O melhor exemplo de que existem circuitos integrados que, mesmo com o desenvolvimento constante de novos dispositivos mais sofisticados, permanecem insubstituíveis em muitas aplicações é o famoso e utilíssimo 555. Estamos tão acostumados a pensar neste componente quando precisamos de um oscilador padrão, de um monoestável ou de uma temporização, que não nos damos ao trabalho de pensar que talvez chegue um dia em que uma versão melhor o substitua. Na verdade, já existe um equivalente melhor, que, mantendo as características principais do "velho" 555, acrescenta ou amplia outras, que lhe conferem a possibilidade de ser o componente do futuro, substituto do 555 numa infinidade de aplicações. Com maior velocidade, maior impedância de entrada e baixo consumo, o 555 CMOS será analisado neste artigo, em que daremos circuitos práticos de grande utilidade para o projetista.
Não precisamos falar de todas as utilidades do "famoso" circuito integrado 555, pois não há estudante, hobista, projetista ou reparador que não o tenha usado pelo menos uma vez na vida.
Suas características o tornam ideal para qualquer tipo de projeto e por isso o encontramos com facilidade, com diversas origens e de diversos fabricantes.
Mas, mesmo um circuito integrado como 555 pode ser aperfeiçoado e o resultado disso foi o lançamento há alguns anos, pela Texas Instruments, de uma versão CMOS do 555. especificado como TLC7555.
Obs. Este artigo é de 1993
Associando a configuração tradicional do 555 à tecnologia CMOS (linCMOS), o novo componente pode substituir favoravelmente o tradicional numa infinidade de aplicações.
A seguir veremos comparativamente características dos dois componenteso tradicional e o CMOS, para leitor tenha uma ideia de como utilizar com vantagem este componente nos projetos.
O TLC7555
O circuito integrado TLC7555 da Texas tem a mesma pinagem do tradicional 555 bipolar, mostrada na figura 1.
O diagrama de funções é o mesmo, apresentado na figura 2.
No entanto. a versão CMOS oferece diversas melhorias em relação ao tradicional, como por exemplo:
Consumo de energia extremamente baixo: 1 mW a 5 V de alimentação
Operação em velocidade muito maior que o tradicional: 2 MHz contra os 500 kHz do tradicional
Saída complementar com transistores CMOS, que permitem excursões de tensão de O V à tensão de alimentação.
Alta capacidade de corrente de saída: 100 mA drenado, ou 10 mA fornecendo.
Totalmente compatível com as tecnologias TTL e CMOS
Impedância extremamente alta das entradas: 1012 Ω (tip).
Faixa de tensões de operação entre 2 e 18 V
Possui a mesma pinagem dos tradicionais 555.
Uma característica muito importante que a versão CMOS apresenta em relação ao tipo tradicional é apresentada na figura 3.
Este gráfico nos mostra que nas comutações, enquanto que a corrente no 555 tradicional atinge picos elevados, o 555 CMOS se mantém com um baixo consumo.
Esta característica é muito importante para aplicações digitais, principalmente as que envolvem a alimentação por meio de baterias.
MÁXIMOS ABSOLUTOS
Tensão de alimentação (Vdd): 18 V
Faixa de tensões de entrada (qualquer entrada): - 0,3 a 18 V
Dissipação (25°C): 600 mW
Faixa de temperaturas de operação: 55 a +125°C
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS PARA Vcc de 5 a 15 V
Tensão de limiar em porcentagem da tensão de alimentação: 66,7%
Corrente de limiar para Vc.c. = 5 V: 10 pA
Tensão de disparo como porcentagem da tensão de alimentação 33,3%
Corrente de disparo para Vc.c. = 5 V: 10 pA
Tensão de reset: 0,7 V
Corrente de reset para Vc.c.: x10 pA
Tensão de controle (circuito aberto) como porcentagem da tensão de alimentação: 66,7%
Tensão de saída no nível baixo (5 V, 5 mA): 0,1 V
Tensão de saída no nível alto (5 V, 1 mA): 4,5 V
Corrente de alimentação (Vdd = 15 V): 360 µA (Vdd 5v):170 µA
Freqüência máxima no modo astável (Ra = 470 Ω, CL = 200 pF, Rb = 200 Ω): 2,1 MHz
As configurações em que podemos usar o TLC7555 são as mesmas do convencional 555, devendo apenas serem observados mínimos diferentes
para os resistores e capacitores de temporização.
Assim, temos na figura 4 a configuração para operação astável onde a freqüência é dada pela fórmula junto ao diagrama.
A frequência máxima de operação deste circuito é de 2,1 MHz o que nos leva a uma capacitância mínima de 200 pF.
A capacitância máxima assim como a resistência Ra e Rb para aplicação como astável muito lento só estão limitadas pelas fugas do capacitor.
Para operação monoestável temos o circuito básico da figura 5, onde o tempo é dado pela fórmula junto ao diagrama.
A temporização mínima também é dada por um capacitor de 200 pF e por um resistor não menor que 200 Ω.
A partir destes dois circuitos básicos, podemos ter diversas variações, que vão implicar em alterações dos ciclos ativos, excitação de cargas de maior potência, modulação etc.
Vejamos alguns destes circuitos na prática:
O primeiro, mostrado na figura 6, é um circuito com ciclo ativo de 50%, obtendo-se assim uma onda quadrada perfeita na saída, o que não ocorre com a configuração astável básica dada na figura 4.
Este ciclo ativo é possível porque os percursos tanto para a descarga como para a carga do capacitor são os mesmos, via saída, que muda de nível.
Nesta aplicação, é importante que o resistor usado não seja menor que 10 kΩ), de modo a não carregar demais a saída e assim prejudicar a excitação da carga externa.
Lembramos que, diferentemente do 555 bipolar, o TLC7555 deve drenar a corrente da carga, para se obter maior potência (100 mA).
A excitação de uma carga externa de maior potência como, por exemplo, uma lâmpada ou relé, pode ser feita com os recursos da figura 7.
Num caso, temos o acionamento com a saída no nível alto e no outro, em que usamos um transistor PNP, temos o acionamento no nível baixo. A corrente máxima de carga para estes circuitos, usando transistores de uso geral, é de 100 mA.
No entanto, com transistores de maiores potências, podemos acionar cargas de até 1 A.
Entretanto, como no nível alto a corrente de saída do TLC7555 está Iimitada a 10 mA, para obter uma corrente de carga de 1 A precisamos de um transistor ou etapa com ganho 100.
Um par de transistores na configuração Darlington, conforme mostrado na figura 8, pode facilmente resolver este problema.
Para obtermos uma relação marca/espaço grande, por exemplo, de 1 para
100, podemos usar o TLC7555 na configuração mostrada na figura 9.
A relação entre R, e R2 determina a relação marca/espaço. No caso temos o acionamento de uma lâmpada que produz pulsos de curta duração.
No circuito indicado, para cada 2 segundos de intervalo no nível alto, a saída comuta permanecendo 20 ms no nível baixo.
Uma possibilidade interessante de uso para este circuito é como flasher de baixo consumo para LED, conforme a figura 10.
Nesta configuração, alimentando o circuito com 9 V, temos um consumo médio da ordem de 250 hA apenas. o que torna o circuito ideal para aplicações em sinalização a pilhas e brinquedos. já que o TLC7555 também opera com tensões a partir de 2 V.
O circuito da figura 11 nos mostra outra aplicação muito interessante do TLC7555.
Trata-se de um conversor dc./dc que nos permite obter uma tensão negativa entre 7 e 8 V. a partir de uma tensão positiva de 9 V.
Este aplicativo torna-se interessante para os casos em que se necessita de uma alimentação simétrica e pretende-se usar no projeto uma única bateria de 9 V.
Com uma carga de 0,5 mA na saída, a tensão obtida é da ordem de 7 V.
A inversão de polaridade e retificação é feita pela ponte de diodos na saída e pelos capacitores eletrolíticos de filtro.
A freqüência de operação é determinada por R1 R2 e C1 podendo ser alterada conforme a aplicação desejada.
Para se conseguir um sinal com relação marca/espaço variável numa proporção de 1 para 20 até 20 para 1, temos o circuito da figura 12.
A freqüência é dada pelo capacitor C1 que pode ter valores entre 220 pF e 220 µF.
A tensão de alimentação do circuito pode variar entre 5 e 18 V. O trimpot (ou potenciômetro) P1 ajusta a relação marca/espaço do sinal gerado.
Existe uma pequena dependência da freqüência do sinal gerado quando se ajusta a relação marca/espaço.
O pino 4 do circuito integrado TLC7555 pode ser usado para comandar externamente a operação do oscilador.
Levado ao nível baixo, ele inibe a operação do astável.
A excitação de um alto-falante com um tom em torno de 1 kHz aproximadamente, num sistema de aviso sonoro, pode ser feita conforme mostra a figura 13.
Para tensões de alimentação entre 5 e 9 V pode ser usado o BC558, mas para tensões maiores, entre 12 e 15 V deve ser usado um transistor de maior potência como o TIP32 ou BD136, dotado de um radiador de calor.
O consumo deste circuito não é elevado, em vista da relação marca/espaço ser tal que o transistor só conduz aproximadamente 1/10 do tempo de cada ciclo.
Para uma operação com consumo extremamente baixo, gerando um tom de áudio, podemos usar o circuito da figura 14.
Neste circuito o transdutor é do tipo cerâmico piezoelétrico de baixo consumo.
Estes transdutores possuem uma frequência de ressonância entre 1 e 5 kHz, onde o rendimento é maior, sendo por isso interessante ter um ajuste do tom para que este maior volume seja alcançado.
Aplicações em que o 555 tradicional é usado na produção de tons modulados, tais como sirenes, também podem ser elaboradas com base no TLC7555.
Assim, na figura 15 temos um circuito de sirene modulada excitando um alto-falante com boa potência.
Se o problema for consumo, o mesmo circuito pode ter a etapa transistorizada eliminada, utilizando-se em seu lugar um transdutor cerâmico como mostramos no circuito da figura 14.
E claro que, para potências muito altas, um amplificador completo de vários watts pode ser usado também.
O circuito da figura 16 é outro gerador de tom modulado, com o efeito de bips intervalados.
A freqüência dos bips é dada pelos resistores de 10 kΩ, P1 e pelo capacitor eletrolítico de 10 µF, podendo ser alterados segundo o efeito que o leitor deseje.
Neste circuito, a carga, um pequeno alto-falante, é excitada por um transistor, no entanto, podemos ter a excitação direta de um transdutor cerâmico, conforme sugerido nos projetos anteriores.
Observe que os resistores R1 e R2 do oscilador lento determinarão os intervalos e a duração dos bips.
Para a versão indicada, como os bips são de curta duração, o consumo de energia é muito baixo, mesmo quando excitamos um pequeno alto-falante.
A modulação do circuito anterior é feita de modo a haver a interrupção do som, o que caracteriza o bip.
No entanto, com o circuito da figura 17 temos uma modulação em freqüência a qual é produzida por um sinal dente de serra gerado por C1.
A freqüência deste oscilador é de aproximadamente 1 Hz, com um tempo de descida muito rápido, dado pelo diodo entre os pinos 3 e 6.
Este sinal modula o segundo oscilador, formado por CI2, cuja freqüência está na faixa de áudio, podendo ser ajustada no trimpot.
Também neste circuito temos diversas opções para a etapa de saída, indo da configuração de muito baixa potência com transdutor cerâmico, a alta potência, com um transistor Darlington,
Uma possibilidade interessante, que reúne duas tecnologias CMOS é a mostrada na figura 18, em que a etapa de saída de alta potência consiste num MOSFET de potência.
O rendimento muito alto deste componente, cuja resistência dreno-fonte (Ras) pode chegar a frações muito pequenas de ohm, permite a obtenção de potências muito altas nos circuitos alimentados com baixas tensões, por exemplo, de uso automotivo.
A utilização do gerador de marca/espaço variável, por exemplo, em conjunto com este transistor, permite a elaboração de um eficiente dimmer para lâmpadas incandescentes de uso automotivo, conforme mostra a figura 19.
Na figura 20 temos uma configuração interessante em que aproveitamos a elevadíssima impedância de entrada do pino de disparo do TLC7555 na configuração monoestável, para elaborar um interruptor de toque temporizado ou ainda um timer temporizado.
Resistores de valores tão altos como 50 MΩ podem ser usados na polarização de entrada de disparo deste integrado, o que garante uma enorme sensibilidade ao circuito.
A temporização nesta aplicação é ajustada no potenciômetro P1.
Esta alta resistência de entrada permite a utilização de sensores resistivos imersos no disparo do TLC7555.
Na figura 21 temos um exemplo de uma aplicação em que o disparo é feito pela presença da água que sobe num reservatório, por exemplo.
Finalmente, na figura 22 temos o disparo feito por um feixe de luz interrompido usando como sensor um foto-transistor ou ainda um fotodiodo.
Nos dois casos temos a operação monoestável, com um consumo extremamente baixo de energia na condição de espera, quando a bobina do relé ou a carga se encontram desativados.
CONCLUSÃO
As características do 555 CMOS (TLC7555) permitem sua substituição direta na maioria dos casos, já que a pinagem é equivalente à do 555 bipolar.
No entanto, para novos projetos, as propriedades melhoradas que este componente apresenta, devem ser aproveitadas no sentido de obter melhor consumo, melhor desempenho e até mesmo maior sensibilidade, reduzindo-
se assim os elementos necessários a um eventual disparo.
Bibliografia:
Linear Circuits Data Book – Texas Instruments.
