Se o 555 comum já reúne características que o fazem o mais popular de todos os integrados, imagine o 555 numa versão CMOS de elevadíssima impedância de entrada e que pode alcançar intervalos de temporização muito maiores. Isso já é uma realidade, e neste artigo focalizamos esta interessante versão CMOS do 555.
A versão CMOS do integrado 555
Se o 555 comum já é o mais popular dos circuitos integrados, sendo usado numa infinidade de aplicações em que se deseja produção de sinais de baixas e médias frequências ou temporização, imagine o que não se pode fazer com uma versão "incrementada" do novo circuito numa configuração CMOS de frequência mais alta, menor consumo e entradas de elevadíssima impedância?
Neste artigo abordamos as características desta versão CMOS, baseados em informações obtidas para o tipo TL555 da Texas lnstruments.
Apesar do CMOS 555 ser popular em diversos países, aparecendo com denominações como TLC555 ou 7555, no Brasil trata-se ainda de componente difícil de se obter (O artigo é de 1985. Hoje ele é comum.).
Ninguém pode negar a versatilidade e a utilidade do 555. Folheie as revistas especializadas dos últimos 5 anos e veja quantos projetos fazem uso deste componente, quando não são apoiados totalmente nas suas propriedades.
Mas, mesmo sendo extremamente versátil, o 555 ainda não pode ser considerado o integrado ideal para a função que exerce.
Algumas limitações encontradas no 555 bipolar levaram ao desenvolvimento de uma nova versão os CMOS, com as mesmas características tradicionais do 555 comum, somadas a algumas outras que levam a uma variedade incrível de aplicações.
O 555 em sua versão CMOS é intercambiável com o 555 bipolar, mas existem aplicações em que somente o 555 CMOS pode ser usado pelas suas características insubstituíveis.
O que o 555 CMOS tem de melhor?
O 555 CMOS encontrado com a designação de TL0555 (Texas) ou ainda 7555 tem a mesma configuração interna do 555 comum, como mostra a figura 1.
O que temos são dois comparadores de tensão que disparam tipicamente com 1/3 e 2/3 da tensão de alimentação, podendo estes valores serem alterados pela ligação de componentes externos, e pelo uso do terminal externo de controle.
Os dois comparadores setam e ressetam um flip-flop que pode excitar uma etapa de potência de saída e também um transistor CMOS de controle de descarga.
Se compararmos as características e não o funcionamento dos dois tipos de CMOS é que podemos avaliar melhor suas diferenças.
A primeira diferença se refere a corrente de consumo dos dois tipos, principalmente no momento da comutação.
O que ocorre é que a corrente que um 555 consome no momento da comutação é muito elevada, chegando perto de 400 mA, enquanto que o TLC 555 CMOS consome neste instante apenas 10mA. (figura 2)
Em aplicações que utilizam pilhas ou baterias, esta elevada corrente de comutação pode gerar falhas de funcionamento que não ocorrem com a versão CMOS.
A segunda diferença está na frequência máxima de operação. Enquanto o 555 comum alcança tipicamente apenas 500 kHz, a versão CMOS chega tipicamente aos 2 MHz na configuração astáveL
Em terceiro lugar temos a elevada impedância de entrada que alcança 1012 ohms ou 12 000 000 000 000 ohms tipicamente.
Isso significa que podemos excitar esta versão do 555 com correntes extremamente baixas.
Daremos exemplo de um interruptor de toque de extrema sensibilidade, que não necessita de nenhum componente adicional para o disparo!
E claro que, sendo CMOS e tendo uma impedância elevada de entrada, o componente está sujeito a danos por descargas eletrostáticas.
A versão TLC 555 da Texas é protegida internamente contra descargas de tensão até mais de 2000 volts, mais na prática recomenda-se cuidado no uso em que ocorra a exposição a altas tensões estáticas.
Finalmente, temos a faixa de tensões de alimentação que vai de 2 a 18 V, com um consumo de corrente extremamente baixo, o que significa uma pequena potência absorvida.
Tipicamente a versão TL0555 da Texas exige apenas 1 mW de potência para uma alimentação de 5 V.
As demais características são bem próximas ou iguais à versão bipolar, conforme podemos ver pela tabela comparativa dada a seguir:
Na figura 3 temos a disposição dos terminais do TLC555 observando-se que ele é equivalente nas ligações ao 555 comum.
As características absolutas para a versão CMOS TLC555 são:
Corrente máxima fornecida pela saída. 10 mA (típ)
Corrente máxima drenada pela saída .100 mA(t¡p)
Faixa de tensões de alimentação . . . . . . 2 a 18 V
Faixa de tensões de entrada . . . . . . .-0,3 a 18 V
Dissipação total contínua (a 25°C). . . . . 800 mW
Corrente de disparo (Vdd 5V)\. . . . . . . . . .10 pA
Frequência máxima astável (RA=470 R,RB=200 R,C=200 pF) . . . . . 2,1MHz
Tempo de subida e tempo de descida (Vdd=5 V,RL=10 M, CL=10 pF) . . . 10 ns
APLICAÇÕES
1. Configuração astável
Na configuração astável tradicional a frequência depende de RA, RB e C segundo a fórmula dada ao lado do diagrama. Na versão CMOS os resistores admitem valores muito mais altos que na versão bipolar.
Os resistores para este circuito podem ter valores tão altos como 100 M sem problemas, o que facilita o uso de capacitores com valores bem menores. (figura 4)
Neste circuito o capacitor C carrega-se via Ra e Rb com uma curva dada pela constante de tempo C(Ra+Rb) até o momento em que a tensão no capacitor atinge 2/3 da tensão de alimentação.
Neste momento ocorre o disparo do primeiro comparador fazendo com que a saída comute para o nível LO.
Com isso, começa também a haver a descarga do capacitor via Rb até ser atingida no pino 7 uma tensão que corresponda a 1/3 da tensão de alimentação, quando então entra em ação o segundo comparador.
Neste instante a saída comuta novamente para o nível HI e o ciclo reinicia.
Para se obter um tempo de descida muito curto e assim obter uma forma de onda dente de serra podemos reduzir Rb a zero.
Com isso, o tempo de descida pode cair a alguns microssegundos.
2. Astável simétrico
No circuito mostrado na figura 5 a carga e a descarga do capacitor ocorre pelo mesmo trajeto, o que garante uma saída simétrica.
O resistor R deve ser maior que 10 k para não carregar a saída.
3. Oscilador de áudio
O circuito da figura 6 produz um tom de aproximadamente 500 Hz dado pelo capacitor C de 100 nF.
A saída tem sua potência elevada com a ajuda de uma etapa transistorizada.
A alimentação é feita com tensões entre 5 e 18 V.
Conforme podemos ver pela forma de onda produzida, o período em que a saída se mantém no nível LO é bem menor do que quando ela se encontra no nível HI.
No nível LO o transistor conduz e a corrente no alto-falante é maior.
4. Oscilador com relação marca-espaço variável
Com a configuração mostrada na figura 7 a relação marca-espaço do oscilador pode ser variada na proporção de 20 para 1.
Temos então uma faixa que se estende de 1 para 20 até 20 para 1 de relações entre os tempos em que a saída se encontra no nível HI e o tempo no nível LO.
A frequência produzida depende tanto do valor do capacitor como ligeiramente do ponto de ajuste da relação marca-espaço.
5. Sirene
Dois TL0555 formam esta sirene que produz um som de elevado volume modulado, graças ao emprego de uma etapa de potência transistorizada. (figura 8)
O primeiro TLC555 gera um sinal dente de serra de aproximadamente 1 segundo de período que serve para modular o tom produzido pelo segundo TLC555, que funciona como estável excitando a etapa de potência.
Podemos alterar a velocidade das variações modificando o capacitor de 10 uF do mesmo modo que podemos modificar a tonalidade alterando o capacitor de 47nF.
6. Interruptor de toque
Finalmente, temos na figura 9 um simples e sensível interruptor de toque que tanto pode ser usado para acender um LED como disparar um relé.
O TLC555 funciona como monoestável de modo que o tempo de acionamento da carga é independente da duração do toque de disparo.
Para os valores dados temos uma temporização da ordem de 5 segundos.
O transistor provê a necessária excitação dos relés de modo a não sobrecarregar o circuito.
Para o caso de uma carga de menor corrente como um oscilador de áudio ou um LED, o transistor torna-se desnecessário e temos com isso uma configuração extremamente simples.
O tempo de temporização é dado pela fórmula:
T = 1,1 x R x C
O disparo é feito com a queda de tensão no pino 2 ao nível O. Recomenda-se a utilização de bom aterramento no ponto indicado para maior eficiência do circuito.
