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Aplicações avançadas do 555 (ART116)

Existem componentes tradicionais que, apesar da simplicidade de suas configurações básicas, podem  ser combinados e trabalhados em conjunto com outros componentes para realizar funções complexas. Um desses componentes, que pela sua versatilidade, é um dos tijolos básicos da eletrônica, é o circuito integrado 555. Veja neste artigo como usar o 555 em aplicações avançadas na indústria, eletrônica de consumo, automação predial, telecom e em muitos outros campos da eletrônica.

 

Existem componentes que, pela sua versatilidade, apesar de sua idade permanecem ainda muito usados em diversos campos de atividades. Dentre eles destacamos os amplificadores operacionais como o 741, CA3140, reguladores de tensão como o 723, LM350 e evidentemente, o mais importante de todos o 555.

Tamanha é a importância do 555, mesmo em nossos dias, que ele é um dos poucos componentes que é estudado nos cursos de técnica automação e engenharia mecatrônica (automação industrial) como um item completo do programa de eletrônica.

As aplicações desse componente são infinitas, indo das básicas e mais simples até as mais avançadas que poucos conhecem. Neste artigo reunimos algumas dessas aplicações “sofisticadas” que podem ser de utilidade para o leitor que não sabe até que ponto esse componente pode ser útil.

 

 

O 555

O circuito integrado 555 consiste num timer capaz de operar tanto na configuração astável como monoestável com um circuito interno equivalente ao mostrado na figura 1.

Figura 1

 

O 555 pode produzir sinais ate 500 kHz e opera numa faixa de tensões que vai dos 4,5 aos 18 V. Sua saída pode fornecer ou drenar correntes que chegam aos 100 mA.

Existe uma versão dupla desse circuito integrado que é o 556 (não confundir com o 566 que é outro circuito) e que tem a pinagem mostrada na figura 2. Uma versão quádrupla também pode ser encontrada, mas com maior dificuldade e uma versão simples CMOS de baixo consumo que é a TLC555 ou TL7555.

 

Figura 2


Na figura 3 temos a configuração básica para a operação astável.

Figura 3

 

Os resistores de temporização devem estar na faixa de 1 k ohms a 2,2 M ohms tipicamente e o valor mínimo para C é 50 pF. O valor máximo está determinado apenas pela eventual existência de fugas.

Para a operação monoestável, temos o circuito básico mostrado na figura 4.

Figura 4

 

Os valores-limite para os componentes são os mesmos da versão astável. Para disparar esse circuito, o pino 2 deve ser levado a uma tensão menor que 1/3 da tensão de alimentação.

 

 


 

1.Disparo Monoestável AC

Nossa primeira aplicação mostra como fazer o disparo do 555 na versão monoestável com um pulso de curta duração ou operação AC. O circuito é mostrado na figura 5.

 

Quando a chave S1 (ou sensor) é aterrado o capacitor carrega-se através de R1. Isso significa que a tensão entre suas armaduras sobe de zero ao valor aproximado da alimentação, produzindo o pulso de disparo cuja forma de onda é mostrada na mesma figura.

 

 


 

2.Longa Temporização

Na figura 6 temos um circuito em que dois 555 operando um como astável e outro como monoestável permitem obter temporizações muito longas, chegando a 4 horas na versão dada e mais, se blocos adicionais de contagem forem agregados.

 

Figura 6

 

Nesse circuito, o primeiro 555 produz pulsos com intervalos de 30 minutos, os quais são aplicados a um contador/divisor de freqüência N8281 ou equivalente.

Os pulsos com as temporizações desejadas, obtidos na saída desse contador/divisor são aplicados a um 555 monoestável proporcionando assim o comando de saída.

No diagrama, em lugar de serem usados dois 555, encontramos um duplo 555 (556) com as pinagens correspondentes.

A etapa de saída vai produzir um pulso cuja duração vai depender de R e de C. Esse pulso pode ser usado para acionar uma etapa de potência com um relé ou outro dispositivo como carga.

 

 


 

3.Alarme de Velocidade

O circuito da figura 7 alerta quando a freqüência dos pulsos aplicados à sua entrada, que são associados à velocidade de um motor ou de um mecanismo, ultrapassa certo valor, ajustado nos potenciômetros ligados ao primeiro circuito de temporização.

 

Figura 7

 

As formas de onda correspondentes são mostradas na mesma figura, observando-se que a saída do segundo temporizador vai ao nível baixo quando a freqüência de entrada ultrapassa o valor ajustado.

No diagrama representamos um duplo 555 (556), mas 555 separados também podem ser usados com igual desempenho.

A intensidade do pulso de entrada (pulsos negativos) deve ser capaz de disparar o 555. Sensores tipo reed aterrados ou ainda sensores mecânicos comuns podem ser usados para essa finalidade.

 

 


 

 

4.Tacômetro

Uma aplicação tradicional do 555 monoestável, usada em motores que ainda empregam o sistema de platinado, ou ainda para sensoriar peças móveis ou mecanismos com um sistema de chaves tipo reed ou sensores mecânicos é mostrada na figura 8.

 

Figura 8

 

Nesse circuito, os pulsos de entrada geram na saída do 555 monoestável pulsos de duração constante que são integrados, servindo para acionar um indicador de corrente.

A corrente nesse indicador será então proporcional à freqüência dos pulsos aplicados à entrada.

 


 

 

5.Varredura Disparada para Osciloscópio

O circuito mostrado na figura 9 pode ser de grande utilidade para os leitores que possuam um osciloscópio que não tenha o recurso da varredura disparada externamente por um sinal a ser observado.

 

Figura 9

 

O sinal aplicado à entrada do amplificador operacional dispara o monoestável, comutando o flip-flop interno ao 555 e com isso corta a descarga do capacitor que volta a se carregar. Quando a tensão no capacitor atinge 1/3 de Vcc o circuito dispara e com isso o capacitor pode descarregar.

Isso gera no circuito um sinal dente de serra para utilização na entrada horizontal do osciloscópio.

A linearidade depende do circuito RC de saída. Essa linearidade pode ser sensivelmente melhorada se o resistor R for substituído por uma fonte de corrente constante.

 

 


 

6.Gerador de Sinal Quadrado em Salva

O circuito mostrado na figura 10 gera um sinal quadrado (50% de ciclo ativo) quando o interruptor de pressão é acionado.

 

Figura 10


A freqüência depende do capacitor C1. O tempo de produção dos sinais é determinado pelo capacitor C2. Assim, mesmo mantendo o interruptor pressionado a produção dos sinais pára depois de decorrido o tempo determinado por C2.

 

 


 

7.Conversor Tensão x Duração de Pulso

Com a ajuda de um amplificador operacional 741, o circuito da figura 11 converte tensões de entrada em duração de pulsos, podendo ser usado como interface para diversos tipos de sensores, com a possibilidade de envio dos sinais através de fios sem o perigo de alterações das indicações. As tensões se alteram num  cabo longo, mas a duração de pulsos não.

O circuito, que tem as formas de onda mostrada, tem uma precisão de 1% se componentes com tolerâncias estreitas forem usados. A fonte de alimentação deve ser simétrica.

Observe que o circuito precisa de uma tensão de referência na entrada, a qual corresponde a 2/3 da tensão de alimentação, no caso 15 V para o 555.

 

 


 

8.Controlador de Servo

A finalidade do circuito da figura 12 é controlar um servomotor remotamente, usando um cabo simples de sinal. O ajuste da posição do servo é feito através de um potenciômetro comum de 5 k ohms (4,7 k ohms). Observe que o circuito utiliza o NE544 que é um circuito integrado controlado de servo. Observe que as alimentações dos circuitos podem ser feitas com fontes diferentes, no entanto, deve haver um terra comum para retorno dos sinais.

Figura 12

 

Esse circuito foi sugerido pela Philips em seu manual de circuitos integrados lineares.

 

 


 

9.Alarme Automotivo

Se bem que na sua aplicação original, o circuito da figura 13 seja sugerido como um alarme para uso automotivo, ele pode ser modificado para outras aplicações.

Figura 13


O circuito faz uso de dois timers 555 ou ainda um 556 e emprega sensores do tipo chaves normalmente abertas ou normalmente fechadas, como as usadas no sistema de luzes de cortesia e colocadas em pontos estratégicos.

O circuito fornece um pulso de saída ao ser disparado, cuja duração depende de R8 e C8. Esse pulso pode ser usado para energizar um relé o qual atuará sobre os sistemas de aviso e segurança.

Ele pode atuar sobre a buzina e ainda inibir o sistema de ignição enquanto estiver ativo.Evidentemente, sensores e chave de desarme devem ficar ocultos.

 

 


 

10.Teste de Cabos

A figura 14 mostra um elaborado circuito para fazer o teste de cabos, capaz de verificar as condições de curto-circuito e circuito aberto.

Figura 14


 

Observamos que o circuito usa um par diferencial de transistores na saída de cada condutor do cabo. Esses componentes se mantém balanceados pelos pulsos gerados pelos timers correspondentes, fazendo com que os LEDs bicolores fiquem apagados se o cabo estiver em boas condições.

Se apenas o LED vermelho acender, o condutor correspondente do cabo se encontra em curto e se o LED verde acender é sinal que o condutor se encontra aberto.

O circuito é alimentado por uma bateria de 6 a 9 V.

 

 


 

11. Regulador Automático de Tensão

O circuito mostrado na figura 15 é indicado pela Philips para uso automotivo, regulando a tensão de um sistema alternador de automóvel.

 

Figura 15


No entanto, baseado no mesmo princípio de funcionamento, o leitor pode alterá-lo para ser usado em outras aplicações práticas semelhantes. Esse circuito usa um 555 acionando um transistor Darlington de potência que controla a bobina de campo do alternador. Transistores equivalentes ao recomendado podem ser usados, dependendo da aplicação.

Os diodos são de uso geral e o transistor de baixa potência pode ser qualquer NPN de uso geral.

O que esse circuito faz é sensoriar quando a tensão gerada cai para menos de 14,4 V e com isso acionar o transistor Darlington de modo que ele conduza, alimentando a bobina de campo do alternador.

O ponto em que o circuito conduz e deixa de conduzir, acionando da bobina de campo é feito em dois trimpots. Evidentemente, pela corrente controlada, o transistor de potência deve ser dotado de excelente radiador de calor.

O diodo zener 1N5229 é de 4,3 V, podendo ser utilizado qualquer equivalente de 400 mW ou de maior potência.

 

 


 

12. Monoestável CMOS de Ultra-Baixa Potência

Existem aplicações em que o consumo é muito importante. Esse é o caso de equipamentos alimentados por bateria. Se bem que o 555 não seja da época em que consumo era um item fundamental no projeto de componentes, ele pode ser usado de forma a se enquadrar nessas exigências. Assim, o circuito mostrado na figura 16 tem justamente essa finalidade.

 

Figura 16


Na temporização monoestável, esse circuito exige uma corrente de apenas 4,5 mA e no restante do tempo (espera) o consumo cai para aproximadamente 50 uA. Para obter essas características duas portas NAND de um 4011 formam um flip-flop que controla a alimentação do 555 através de um transistor 2N2222.

Assim, apenas durante a temporização o circuito é “acordado” e recebe sua alimentação normal, garantindo-se uma condição de baixo consumo em espera. A temporização e portanto o intervalo de tempo em que o consumo é maior são determinados por R e C.

Veja entretanto, que esse circuito deve ser disparado por sinais retangulares com características compatíveis às exigidas pelo circuito integrado CMOS 4011.

 

 

Conclusão

Mesmo sendo um componente muito simples de usar, os recursos do 555 podem ser explorados de forma intensa em configurações mais sofisticadas. Neste artigo demos alguns exemplos de aplicações em que o 555 se comporta de uma forma mais complexa do que um simples monoestável ou oscilador.

Ajudado por outros componentes, ou ainda combinado com outros 555, esse componente pode ser de extrema utilidade na solução de muitos problemas.  O leitor deve estar atento pois, diante de um problema complexo, antes de pensar numa solução que talvez utilize componentes que sejam caros ou que não possam ser encontrados com facilidade, por que não pensar num 555?

 

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