555 Timer IC - Princípio de Funcionamento, Diagrama de Blocos, Esquema do Circuito

Neste tutorial vamos aprender como funciona o 555 Timer, um dos CIs mais populares e amplamente utilizados de todos os tempos. Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão geral

O 555 Timer, projetado por Hans Camenzind em 1971, pode ser encontrado em muitos dispositivos eletrônicos, desde brinquedos e utensílios de cozinha até uma espaçonave. É um circuito integrado altamente estável que pode produzir atrasos e oscilações de tempo precisos. O 555 Timer possui três modos de operação, modo biestável, monoestável e astável.

Como funciona, esquema interno e diagrama de blocos

Vamos dar uma olhada mais de perto no que está dentro do 555 Timer e explicar como ele funciona em cada um dos três modos. Aqui está o esquema interno do 555 Timer, que consiste em 25 transistores, 2 diodos e 15 resistores.

Representado por um diagrama de blocos é composto por 2 comparadores, um flip-flop, um divisor de tensão, um transistor de descarga e um estágio de saída.

O divisor de tensão consiste em três resistores idênticos de 5k que criam duas tensões de referência em 1/3 e 2/3 da tensão fornecida, que pode variar de 5 a 15V.

Em seguida estão os dois comparadores. Um comparador é um elemento de circuito que compara duas tensões de entrada analógicas em seu terminal de entrada positivo (não inversor) e negativo (inversor). Se a tensão de entrada no terminal positivo for maior que a tensão de entrada no terminal negativo, o comparador produzirá 1. Vice-versa, se a tensão no terminal de entrada negativo for maior que a tensão no terminal positivo, o comparador produzirá 0 .

O primeiro terminal de entrada negativo do comparador é conectado à tensão de referência de 2/3 no divisor de tensão e no pino “controle” externo, enquanto o terminal de entrada positivo no pino externo “Threshold”.

Por outro lado, o segundo terminal de entrada negativo do comparador é conectado ao pino “Trigger”, enquanto o terminal de entrada positivo à tensão de referência de 1/3 no divisor de tensão.

Assim, usando os três pinos, Trigger, Threshold e Control, podemos controlar a saída dos dois comparadores que são então alimentados nas entradas R e S do flip-flop. O flip-flop produzirá 1 quando R for 0 e S for 1, e vice-versa, ele produzirá 0 quando R for 1 e S for 0. Além disso, o flip-flop pode ser reinicializado através do pino externo chamado “Reset” que pode substituir as duas entradas, redefinindo assim todo o temporizador a qualquer momento.

A saída Q-bar do flip-flip vai para o estágio de saída ou para os drivers de saída que podem fornecer ou afundar uma corrente de 200mA para a carga. A saída do flip-flip também é conectada a um transistor que conecta o pino “Discharge” ao terra.

555 Timer – Modo biestável

Agora vamos fazer um exemplo do temporizador 555 operando em modo biestável. Para isso, precisamos de dois resistores externos e dois botões.

Os pinos Trigger e Reset do IC são conectados ao VCC através dos dois resistores, e dessa forma eles ficam sempre altos. Os dois botões estão conectados entre esses pinos e o terra, portanto, se os mantivermos pressionados, o estado de entrada será baixo.

Inicialmente, as duas saídas do comparador são 0, portanto, a saída do flip-flop, bem como a saída do 555 Timer, são 0.

Se pressionarmos o botão Trigger, o estado na entrada Trigger se tornará Low, então o comparador emitirá High e isso fará com que a saída da barra Q flip-flip fique Low. O estágio de saída inverterá isso e a saída final do temporizador 555 será alta.

A saída permanecerá alta mesmo quando o botão de disparo não for pressionado porque nesse caso as entradas R e S do flip-flop serão 0, o que significa que o flip-flop não mudará o estado anterior. Para tornar a saída Low, precisamos pressionar o botão Reset, que reinicializa o flip-flop e todo o IC.

Tutorial relacionado:O que é o Schmitt Trigger | Como funciona

555 Timer – Modo Monoestável

A seguir, vamos ver como o 555 Timer funciona em modo monoestável. Aqui está um exemplo de circuito.

A entrada do gatilho é mantida alta conectando-a ao VCC através de um resistor. Isso significa que o comparador de trigger enviará 0 para a entrada S do flip-flop. Por outro lado, o pino Threshold é Low e isso torna o comparador Threshold 0 também. O pino Threshold é realmente Low porque a saída Q-bar do flip-flop é High, o que mantém o transistor de descarga ativo, então a tensão proveniente da fonte vai para o terra através desse transistor.

Para alterar o estado de saída do 555 Timer para High, precisamos pressionar o botão no pino do gatilho. Isso aterrará o pino de disparo, ou o estado de entrada será 0, portanto, o comparador emitirá 1 para a entrada S do flip-flip. Isso fará com que a saída da barra Q fique baixa e a saída do temporizador 555 alta. Ao mesmo tempo, podemos notar que o transistor de descarga está desligado, então agora o capacitor C1 começará a carregar através do resistor R1.

O temporizador 555 permanecerá neste estado até que a tensão no capacitor atinja 2/3 da tensão fornecida. Nesse caso, a tensão de entrada do Threshold será maior e o comparador enviará 1 para a entrada R do flip-flip. Isso trará o circuito para o estado inicial. A saída da barra Q se tornará alta, o que ativará o transistor de descarga, bem como tornará a saída do IC baixa novamente.

Assim podemos notar que a quantidade de tempo que a saída do 555 Timer é High, depende de quanto tempo o capacitor precisa para carregar até 2/3 da tensão fornecida, e isso depende dos valores tanto do capacitor C1 quanto do resistor R1. Na verdade, podemos calcular esse tempo com a seguinte fórmula, T=1,1*C1*R1.

555 Timer – Modo Astável

Em seguida, vamos ver como o 555 Timer funciona em um modo astável. Neste modo o CI torna-se um oscilador ou também chamado de Free Running Multivibrator. Ele não possui um estado estável e alterna continuamente entre High e Low sem a aplicação de nenhum acionador externo. Aqui está um exemplo de circuito do temporizador 555 operando no modo astável.

Precisamos apenas de dois resistores e um capacitor. Os pinos Trigger e Threshold são conectados entre si, de modo que não há necessidade de pulso de trigger externo. Inicialmente, a fonte de tensão começará a carregar o capacitor através dos Resistores R1 e R2. Durante o carregamento, o comparador Trigger produzirá 1 porque a tensão de entrada no pino Trigger ainda é inferior a 1/3 da tensão fornecida. Isso significa que a saída Q-bar é 0 e o transistor de descarga está fechado. Neste momento, a saída do temporizador 555 é alta.

Uma vez que a tensão no capacitor atinge 1/3 da tensão fornecida, o comparador Trigger produzirá 0, mas neste ponto isso não fará nenhuma alteração, pois as entradas R e S do flip-flop são 0. o capacitor continuará subindo e, assim que atingir 2/3 da tensão fornecida, o comparador de Threshold emitirá 1 para a entrada R do flip-flop. Isso ativará o transistor de descarga e agora o capacitor começará a descarregar através do resistor R2 e do transistor de descarga. Neste momento a saída do 555 Timer está Low.

Durante a descarga, a tensão no capacitor começa a diminuir, e o comparador de Threshold imediatamente começa a produzir 0, o que na verdade não faz nenhuma alteração, pois agora as entradas R e S do flip-flop são 0. Mas uma vez que a tensão através do capacitor cai para 1/3 da tensão fornecida, o comparador Trigger produzirá 1. Isso desligará o transistor de descarga e o capacitor começará a carregar novamente. Portanto, esses processos de carga e descarga entre 2/3 e 1/3 da tensão fornecida continuarão funcionando por conta própria, produzindo uma onda quadrada na saída do 555 Timer.

Podemos calcular o tempo em que a saída é alta e baixa usando as fórmulas mostradas. O tempo de alta depende da resistência de R1 e R2, bem como da capacitância do capacitor. Por outro lado, o tempo Low depende apenas da resistência de R2 e da capacitância do capacitor. Se somarmos os tempos Alto e Baixo, obteremos o Período de um ciclo. Por outro lado, a frequência é quantas vezes isso acontece em um segundo, então um ao longo do Período dará uso a frequência da saída da onda quadrada.

Se fizermos algumas modificações neste circuito, por exemplo, trocar o resistor R2 por um resistor variável ou um potenciômetro, podemos controlar instantaneamente a frequência e os ciclos de trabalho da onda quadrada. No entanto, mais sobre isso no meu próximo vídeo, onde faremos um controlador de velocidade do motor PWM DC usando o 555 Timer.

Espero que tenham gostado deste tutorial e aprendido algo novo. Sinta-se à vontade para fazer qualquer pergunta na seção de comentários abaixo.

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