instituto newton c. braga laboratório de · pdf filefigura 1—circuito integra-do...

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tecn

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discipLiNAtecNOLOgiA

prOfº: sÉrie:

O CIRCUITO INTEGRADO 555 NO MULTISIM

introdução ao Multisim

software de simulação de circuitos da National instruments

InstitutoNewton C. Bragawww.newtoncbraga.com.br

escOLA:

eNsiNOMÉdiO

�

InstitutoNewton C. Bragawww.newtoncbraga.com.br pv013 - O CIRCUITO INTEGRADO 555 NO MULTISIM

O circUitO iNtegrAdO 555

O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configuração astável quanto monoestável. A pina-gem básica deste CI é mostrada na figura 1

Na prática, os fabricantes acrescentam prefixos para identificar os seus 555, e denominações como LM555, NE555, µA555 e outras são comuns. Temos ainda versões “diferentes” do 555 que empregam tecnologias mais avançadas que a tradicional linear. Assim, um primei-ro destaque é o 555 CMOS, também especificado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteriza por

poder operar com tensões menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcançar freqüências mais eleva-das. Na figura 2 temos um diagrama simplificado das fun-ções existentes no circuito integrado 555.

Esses blocos podem ser usados de duas formas básicas, as quais são astável (free running) e monoes-tável (pulso único). Na versão astável, o circuito opera como oscilador gerando sinais retangulares disponíveis na saída do pino 3. Na versão monoestável, o circuito gera um pulso retangular único ao ser disparado exter-namente.

As características principais do 555 são:

Figura 1 — CirCuito iNtEgraDo Do 555

2

O Circuito Integrado 555 O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configuração astável quanto monoestável. A pinagem básica deste CI é mostrada na figura 1

Na prática, os fabricantes acrescentam prefixos para identificar os seus 555, e denominações como LM555, NE555, µA555 e outras são comuns. Temos ainda versões "diferentes" do 555 que empregam tecnologias mais avançadas que a tradicional linear. Assim, um primeiro destaque é o 555 CMOS, também especifi-cado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteriza por poder operar com ten-sões menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcançar freqüências mais elevadas. Na figura 2 temos um diagrama simplificado das funções exis-tentes no circuito integrado 555.

Prof. Ventura, Beto e

Cleto, personagens

criados pelo Prof,.

Newton . Eles apare-

cem em estórias de

tecnologia publicadas

em diversas revistas

técnicas

Figura 1—Circuito integra-

do 555

Figura 2 —Por den-

tro do circuito inte-

grado 555

PV013—O Circuito Integrado 555

2

O Circuito Integrado 555 O circuito integrado 555 consiste em um timer de uso geral que pode operar tanto na configuração astável quanto monoestável. A pinagem básica deste CI é mostrada na figura 1

Na prática, os fabricantes acrescentam prefixos para identificar os seus 555, e denominações como LM555, NE555, µA555 e outras são comuns. Temos ainda versões "diferentes" do 555 que empregam tecnologias mais avançadas que a tradicional linear. Assim, um primeiro destaque é o 555 CMOS, também especifi-cado como TL7555 ou TLC7555, e que se caracteriza por poder operar com ten-sões menores que o 555 comum, ter menor consumo e alcançar freqüências mais elevadas. Na figura 2 temos um diagrama simplificado das funções exis-tentes no circuito integrado 555.

Prof. Ventura, Beto e

Cleto, personagens

criados pelo Prof,.

Newton . Eles apare-

cem em estórias de

tecnologia publicadas

em diversas revistas

técnicas

Figura 1—Circuito integra-

do 555

Figura 2 —Por den-

tro do circuito inte-

grado 555


Figura 2 — Por DENtro Do Cir-Cuito iNtEgraDo 555

Faixa de Tensões de Alimentação 4,5 - 18 V

Corrente máxima de saída +/- 200 mA

Tensão de limiar típica com alimentação de 5 V 3,3 V

Corrente de limiar típica 30 nA

Nível de disparo típico com alimentação de 5 V 1,67 V

Tensão de reset típica 0,7 V

Dissipação máxima 500 mW

Corrente típica de alimentação com 5 V 3 mA


Tensão típica de saída no nível alto com 5 V de alimentação (Io = 50 mA) 3,3 V

Tensão típica de saída no nível baixo com 5 V de alimentação (Io = 8 mA) 0,1 V

As características dessa tabela são dadas para o NE555 da Texas Instruments, podendo variar levemente para CIs de outros fabricantes ou ainda com eventuais sufixos indicando linhas especiais.

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cONfigUrAÇÕes

O circuito integrado 555 pode ser empregado em duas configu-rações básicas, astável e monoestável. Estudaremos apenas a astável em nosso curso. Na figura 3 temos o circuito básico do 555 na confi-guração astável.

Esse circuito pode gerar sinais de 0,01 Hz a 500 kHz e os valo-res limites para os componentes usados são:

R1, R2 = 1k a 3,3 Mohms

C = 500 pF a 2 200 µF

A freqüência de oscilação é dada por:

f = 1,44 /[(R1 + 2R2) C]

Onde:

f é a freqüência em hertz

R1 e R2 são os valores dos resistores em Ohms

C é a capacitância em farads.

O tempo em que a saída permanece no nível alto é dado por:

th = 0,693 x C (R1 + R2)

O tempo em que a saída permanece no nível baixo é dado por:

tl = 0,693 x R2 x C

Veja que, nessa configuração, o ciclo ativo não pode ser 50% em nenhum caso, pois o tempo de carga do capacitor é sempre maior que o tempo de descarga. Para se obter ciclos ativos menores existem configurações em que os percursos das correntes de carga e descarga são alterados, mas nesse caso, não vale o programa do programa para cálculo de freqüência.

Também é importante observar que a carga e descarga do capacitor permitem a obtenção de uma forma de onda dente-de-serra sobre esse componente, con-forme ilustra a figura 4.

Evidentemente, trata-se de um ponto do circuito em que esse sinal é de alta impedância e, portanto, não pode ser usado direta-mente para excitar cargas de maior potência.

3

Esses blocos podem ser usados de duas formas básicas , as quais são astável (free running) e monoestável (pulso único). Na versão astável, o circuito opera co-mo oscilador gerando sinais retangulares disponíveis na saída do pino 3. Na ver-são monoestável, o circuito gera um pulso retangular único ao ser disparado ex-ternamente. As características principais do 555 são:

Características: (*)

(*) As características dessa tabela são dadas para o NE555 da Texas Instru-ments, podendo variar levemente para CIs de outros fabricantes ou ainda com e-ventuais sufixos indicando linhas especiais.

CONFIGURAÇÕES O circuito integrado 555 pode ser empregado em duas configurações básicas, astável e monoestável. Estudaremos apenas a astável em nosso curso. Na figura 3 temos o circuito básico do 555 na configuração astável.

Faixa de Tensões de Alimentação 4,5 - 18 V

Corrente máxima de saída +/- 200 mA

Tensão de limiar típica com alimentação de 5 V 3,3 V

Corrente de limiar típica 30 nA

Nível de disparo típico com alimentação de 5 V 1,67 V

Tensão de reset típica 0,7 V

Dissipação máxima 500 mW



Tensão típica de saída no nível alto com 5 V de ali-

mentação (Io = 50 mA)

3,3 V

Tensão típica de saída no nível baixo com 5 V de

alimentação (Io = 8 mA)

0,1 V

Figura 3—Circuito Inte-

grado 555 usado como

astável


Figura 3—CirCuito iNtEgraDo 555 uSa-Do CoMo aStÁVEL.

4

Esse circuito pode gerar sinais de 0,01 Hz a 500 kHz e os valores limites para os componentes usados são:

R1, R2 = 1k a 3,3 Mohms C = 500 pF a 2 200 µF

A freqüência de oscilação é dada por:

f = 1,44 /[(R1 + 2R2) C]

Onde: f é a freqüência em hertz R1 e R2 são os valores dos resistores em Ohms C é a capacitância em farads.

O tempo em que a saída permanece no nível alto é dado por:

th = 0,693 x C (R1 + R2)

O tempo em que a saída permanece no nível baixo é dado por:

tl = 0,693 x R2 x C

Veja que, nessa configuração, o ciclo ativo não pode ser 50% em nenhum caso, pois o tempo de carga do capacitor é sempre maior que o tempo de descarga. Pa-ra se obter ciclos ativos menores existem configurações em que os percursos das correntes de carga e descarga são alterados, mas nesse caso, não vale o progra-ma do CD para cálculo de freqüência. Também é importante observar que a carga e descarga do capacitor permitem a obtenção de uma forma de onda dente-de-serra sobre esse componente, confor-me ilustra a figura 4.

Evidentemente, trata-se de um ponto do circuito em que esse sinal é de alta im-pedância e, portanto, não pode ser usado diretamente para excitar cargas de mai-or potência.


Figura 4—Formas de onda

no circuito.

Figura 4 - ForMaS DE oNDa No CirCuito.

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circUitO 1— AstáveL 555 cOM Leds

O primeiro circuito faz com que a sida do circuito fique trocando de estado ligando e desligando numa velocidade que vai depender do capacitor. Desta forma, quando a saída vai ao nível alto o LED U2 acende e quando ela vai ao nível baixo o LED U1 acende. Como a saída fica trocando de estado alternadamente, os LEDs piscam alternadamente.

Obs: Dizemos nível alto quando a tensão é igual à da alimentação e nível baixo quando é zero volt. Use LEDs Virtuais de cores diferentes. O circuito para montagem está na figura 5.

5

Circuito 1— Astável 555 com LEDs O primeiro circuito faz com que a sida do circuito fique trocando de estado ligando

e desligando numa velocidade que vai depender do capacitor. Desta forma, quando a saída vai ao nível alto o LED U2 acende e quando ela vai ao nível baixo o LED U1 acende. Como a saída fica trocando de estado alternadamente, os LEDs piscam alternadamente. Obs: Dizemos nível alto quando a tensão é igual à da alimentação e nível baixo quando é zero volt. Use LEDs Virtuais de cores diferentes. O circuito para montagem está na figura 5.

Onde estão os componentes: A1 — 555 na caixa mixed—timer LEDs U1 e U2 —na caixa diodes e na caixa de Basic 3D para os LEDs virtuais V1 e terra – na caixa Sources R1,R2, R3 e R4 na caixa Basic C1, na caixa Basic Importante: observe o (+) do LED. Se inverter não funciona! Use a chave I/O para dar inicio à simulação.

Experimente: A) Alterar a frequência das piscadas clicando em C1 —propriedades e alterando

o valor. B) Altere também a frequência mudando de valores os resistores. C) Desligue um dos LEDs para ver se o outro pisca. Explique.

Atividade: monte o circuito na matriz de contatos.

Circuito 2— Pisca-Pisca de Potência O circuito integrado 555 não tem capacidade para acionar uma lâmpada, que exi-ge muito maior corrente. Assim, para acionar uma lâmpada precisamos de um cir-cuito adicional “de potência”. Ligando a saída OUT a este circuito podemos fazer a lâmpada piscar.

R1

1k

R2

100k

A1

555_VIRTUAL

GND

DIS

OUTRST

VCC

THR

CON

TRI

V1

12 V

R3470

R4470

C1470nF

U1

U2

Figura 5—Astável completo fazendo

dois LEDs piscar alternadamente.


Figura 5—aStÁVEL CoMPLEto FazENDo DoiS LEDS PiSCar aLtErNaDaMENtE.

Onde estão os componentes:

A1 — 555 na caixa mixed—timer

LEDs U1 e U2 —na caixa diodes e na caixa de Basic 3D para os LEDs virtuais

V1 e terra – na caixa Sources

R1, R2, R3 e R4 na caixa Basic

C1, na caixa Basic

Importante: observe o (+) do LED. Se inverter não funciona!

Use a chave I/O para dar inicio à simulação.

experimente:

A) Alterar a frequência das piscadas clicando em C1 —propriedades e alterando o valor.

B) Altere também a frequência mudando de valores os resistores.

C) Desligue um dos LEDs para ver se o outro pisca. Explique.

Atividade: monte o circuito na matriz de contatos.

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circUitO 2— piscA-piscA de pOtêNciA

O circuito integrado 555 não tem capacidade para acionar uma lâmpada, que exige muito maior corrente. As-sim, para acionar uma lâmpada precisamos de um circuito adicional “de potência”. Ligando a saída OUT a este circui-to podemos fazer a lâmpada piscar.Monte este circuito em continuidade ao outro, apagando U1, U2 e R3, R4

A lâmpada está na caixa “indicadores” (indicators).

Ligando a simulação (I/O) a lâmpada vai piscar. Alte-re o capacitor para mudar o ritmo das piscadas.

Onde estão os componentes:

Transistores na caixa de BJT NPN e PNP

Resistores na caixa “basic”

X1 na caixa indicators

Terra e V1 na caixa “sources”

6

Monte este circuito em continuidade ao outro, apagando U1, U2 e R3, R4

A lâmpada está na caixa “indicadores” (indicators). Ligando a simulação (I/O) a lâmpada vai piscar. Altere o capacitor para mudar o ritmo das piscadas.

Onde estão os componentes: Resistores na caixa “basic” Transistores na caixa de BJT NPN e PNP X1 na caixa indicators Terra e V1 na caixa “sources”

Questionário: 1. O que é um circuito integrado? 2. Por que a polaridade do LED é importante? 3. Quais são as funções do circuito integrado 555? 4. Que tipo de sinal gera o circuito integrado 555? ____________________

Mais: No site WWW.newtoncbraga.com.br, na seção Circuitos Simulados, existem de-zenas de circuitos para você montar no seu Multisim. Lá também está o link para baixar a versão do estudante por 30 dias. ________________________

R2

2205%

R3

2.2k5%

V112 V

Q1

BC548BPQ2

BD136

X112V_10W

Figura 6—Circuito de potên-

cia para acionar uma lâmpada


Figura 6 — CirCuito DE PotêNCia Para aCioNar

uMa LâMPaDa

rESPoNDa ao quEStioNÁrio:

1) O que é um circuito integrado?

2) Por que a polaridade do LED é importante?

3) Quais são as funções do circuito integrado 555?

4) Que tipo de sinal gera o circuito integrado 555?

para pesquisar !

No SitE WWW.NEWtoNCbraga.CoM.br, Na SEção CirCuitoS SiMuLaDoS, ExiStEM DEzENaS DE CirCuitoS Para VoCê MoNtar No SEu MuLtiSiM. LÁ taMbéM EStÁ o LiNk Para baixar a VErSão Do EStuDaNtE Por 30 DiaS.

instituto newton c. braga laboratório de · pdf filefigura 1—circuito integra-do...

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