O Circuito Integrado 555 (ART4390)

A variedade sempre crescente de tipos de circuitos integrados disponíveis e citados em publicações técnicas impede que possamos colecionar todas as informações que necessitamos para a realização dos projetos. Um dos circuitos integrados mais populares, do qual muito se fala, mas que não são todos que realmente conhecem a ponto de saber usar num projeto, é o 555. Neste artigo, uma verdadeira informação técnica, um mini manual sobre o 555, é dada, devendo ser guardada com cuidado para consulta.

Nota: Esta é uma das muitas versões de artigo sobre o 555 que escrevi. Publiquei numa revista dos anos 80 com o pseudônimo J. Martin.

O 555, como é conhecido em sua versão normal, apesar de suas variações com siglas que identificam os fabricantes (NE555, LM555, pA555, etc.), consiste num timer, ou seja, um circuito de tempo ou temporizador, que pode ser usado tanto na forma astável como monoestável.

Isso permite que ele seja utilizado com as mais diversas finalidades, não só em vista dos dois modos de operação, como pelas características do sinal produzido e pela sua faixa de frequência de operação. Podemos usá-los em temporizadores de longos intervalos de tempo, em osciladores até 300 kHz, como base de tempo, geradores de forma de onda, etc.

Conforme o fabricante, podemos encontrá-lo com denominações em que ao número tradicional "555" são acrescentados símbolos que identificam sua procedência, como por exemplo pA555 (Fairchild); NE555 (National); SN7555 (Texas); SE555 (Signetics), etc.

Na figura 1 temos o encapsulamento mais comum para este integrado, com as identificações dos seus terminais. Trata-se do encapsulamento plástico DIL (Dual in Line) de 8 pinos.

 

Funcionamento Astável

Na figura 2 temos o circuito para a operação astável do 555. Nesta configuração, ele gera pulsos simétricos retangulares numa frequência que será determinada pelos valores dos componentes (resistores e capacitor).

 

Um fator importante que deve ser observado nesta operação é que, com uma alimentação de 5V, os pulsos são compatíveis com os integrados da família TTL.

Sua alimentação pode ser feita com tensões compreendidas entre 4,5 e 15V, quando então podemos obter na sua saída correntes de até 200 mA, suficiente para acionar diretamente um relé.

O tempo de carga do capacitor C é determinado pelo valor da Ra e Rb que são ligados em série, enquanto o tempo de descarga é determinado por Rb que se encontra em série com C.

Para a determinação dos valores destes componentes num projeto, o leitor pode tomar por base o gráfico da figura 3, observando as seguintes limitações.

a) Ra não deve ser menor que 1k

b) Ra + Rb não deve ser maior que 3,3 M

c) C não deve ser menor que 500 pF

ci)

 

Vejamos como opera o circuito nesta versão astável. Observe o circuito equivalente na figura 4.

 

Assumindo que inicialmente a saída do circuito esteja no nível lógico H/ (1) ou com tensão, e a carga do capacitor seja mínima, o capacitor começa a se carregar através de RI e R2 que estão conectados à fonte de alimentação. Quando a tensão nos terminais do capacitor atinge 2/3 do valor da tensão da fonte, o comparador interno do integrado "sente" este valor, provocando a comutação do estado de saída do circuito que passa ao nível lógico LO (0) ou sem tensão. Ao mesmo tempo, um transístor é polarizado no sentido de conduzir e provocar a descarga do capacitor C através do resistor R2.

A descarga do capacitor continua até que a tensão em suas armaduras caia a um valor igual a 1/3 da tensão da fonte, quando então o comparador novamente entra em ação, levando o circuito ao seu estado inicial, ou seja, com a saída no nível lógico HI. O ciclo repete-se indefinidamente; obtendo-se na sua saída um sinal cuja forma de onda é retangular e cuja amplitude depende da tensão de alimentação e cuja frequência depende dos valores dos resistores R1 e R2 e do capacitor C, da maneira como já explicamos.

Num projeto é importante que o leitor se lembre que a saída se encontra no nível HI ou 1 quando o capacitor se encontra carregando, e no nível lógico LO ou o (zero) quando o capacitor se encontra em descarga. Normalmente, acrescenta-se ao circuito um capacitor de 100 nF ou mais para melhorar a estabilidade nas aplicações mais críticas.

Este circuito pode -operar em frequências teoricamente até 1 MHz, mas não se recomenda a utilização além dos 300kHz.

Para se obter uma forma de onda simétrica em sua saída, deve-se fazer RI bem menor que R2. Por exemplo, para o caso de R1 = 1k e R2 = 1M, a diferença entre o período de carga e o de descarga é da ordem de apenas 0,1%, o que significa uma simetria de 99,9% na onda obtida.

Para os casos em que se necessita de uma simetria melhor ainda, o circuito usado pode ser o da figura 5 em que temos um flip-flop atuando como intermediário.

 

Um fator de grande importância a ser considerado é a imunidade deste circuito às variações externas de temperatura. De fato, para uma variação de 1°C, a frequência do sinal de saída se altera de apenas uma parte em 20.000, ou seja, 0,05%.

Como a frequência é determinada pelo valor de uma resistência, pode-se ter uma gama muito grande de valores, usando-se apenas um potenciômetro de ajuste. Entretanto, isto também significa uma dificuldade muito grande em se obter um ajuste preciso da frequência de operação a não ser no caso de ser usado um potenciômetro "multivoltas" que permite maior precisão. (Veja figura 6).

 

Para precisões de até 1% o 555 pode ser usado sem problemas, mas para os casos em que se necessitar de uma precisão maior já se recomenda o uso de cristais ou de outras técnicas.

Operação Monoestável

Na figura 7 damos o circuito para a operação do 555 de modo monoestável. Neste caso, é produzido apenas um pulso de sinal na saída depois de decorrido um intervalo de tempo determinado pelos componentes externos.

 

Seu funcionamento ocorre do seguinte modo: o circuito é disparado levando-se momentaneamente a entrada de disparo (pino 2) a uma tensão nula (ou inferior a 2V). A largura do pulso produzido é determinada pelos valores R e C, sendo as curvas que permitem um projeto prático as dadas na figura 8.

 

R pode ter valores entre 1 k e 3M3 e não se recomenda a utilização de capacitores menores que 500 pF para C.

Os valores máximos que este capacitor pode ter são determinados pela sua qualidade, em função das fugas. Normalmente, problemas começam a ocorrer com fugas em capacitores de mais de 500 uF.

Aplicações práticas

1. Gerador de ondas quadradas

Na figura 9 temos um gerador de ondas quadradas com 3 faixas de frequências usando apenas um 555. As faixas de frequências varridas por este gerador são:

a) 50 Hz a 150 Hz

b) 150 Hz a 500 Hz

c) 500 Hz a 1.500 Hz

 

As faixas, naturalmente, podem ser modificadas com a utilização de valores diferentes para os capacitores. A alimentação vem de uma fonte (bateria) cuja tensão pode variar de 4,5 a 12V. O ajuste fino da frequência de produção é feito no potenciômetro P2.

C1 - 555 - timer

R1 - 2k2 x 1/8W - resistor (vermelho, vermelho, vermelho)

R2 - 100k - potenciômetro

R3 - 47k x 1/8W - resistor (amarelo, violeta, laranja)

C1 - 68 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster

C2 - 100 nF - capacitor cerâmico

C3 - 100 nF - capacitor cerâmico

C4 - 33 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster

C5 - 10 nF - capacitor cerâmico ou de poliéster

S1 - Interruptor simples

S2 - Chave de 1 polo x 3 posições

2. Metrônomo

Um metrônomo nada mais é do que um oscilador de baixa frequência que produz pulsos intervalados, os quais são aplicados num alto-falante para a reprodução na forma de estalidos. Estes estalidos servem para ajudar os músicos a manter o compasso ao executar seus instrumentos. O circuito completo de um metrônomo simples é dado na figura 10, tendo por base o integrado 555.

 

A variação da frequência é feita no potenciômetro RI e a faixa de frequências que vai de 60 a 300 pulsos por minuto pode ser modificada mediante a troca do capacitor C1.

A alimentação pode ser feita com tensões entre 6 e 12V, e o alto-falante usado é de 8 ohms, não importando seu tamanho.

3. Pisca-pisca Eletrônico com Relé

Este pisca-pisca pode ser usado para acionar sistemas de aviso em saídas de garagens, para dar efeitos especiais em vitrines ou em outras aplicações em que lâmpadas incandescentes alimentadas pela rede local devam piscar com certa frequência.

O circuito completo é dado na figura 11, devendo ser observado que o relé deve ter uma resistência de bobina igual ou superior a 100 ohms para uma tensão de 9 a 12V. (RU 101 012 para 12V)

A carga máxima que pode ser controlada por este circuito, ou seja, o número de lâmpadas é determinado pela capacidade de corrente dos contatos do relé.

 

4. Alarme de luz

O último circuito que apresentamos é de um alarme que dispara quando a luz que incide no elemento sensível (LDR) é cortada.

Mesmo que a luz seja reestabelecida, o alarme se mantém disparado por um tempo que é determinado pelo ajuste de P1, e pelo valor de C1. Com um C1 maior podemos obter tempos de acionamento de até alguns minutos.

O ajuste da sensibilidade do alarme é feito no potenciômetro P2. O relé deve ter bobina para 12V, de boa sensibilidade, para poder ser controlado diretamente pelo 555.

Com a inversão de posição do LDR com P2 e R2 podemos ter o alarme funcionando com a incidência de luz.

O circuito também funcionará com 6V bastando trocar o relé por um de 6V como o RU 101 006 ou equivalentes como o MC2 RC1 da Metaltex. (figura 12)