Oscilador Histérico com 555 – Construa um Multivibrador RC Clássico

PEÇAS E MATERIAIS

• 1 × bateria de 9 V
• Conector de bateria (Radio Shack catálogo # 270‑325)
• Mini garras (soldadas ao conector, Radio Shack catálogo # 270‑372)
• U1 – CI timer 555 (Radio Shack catálogo # 276‑1723)
• D1 – LED vermelho (Radio Shack catálogo # 276‑041 ou equivalente)
• D2 – LED verde (Radio Shack catálogo # 276‑022 ou equivalente)
• R1, R2 – resistores de 1 kΩ, ¼ W
• R3 – resistor de 10 Ω, ¼ W
• R4 – potenciômetro de 10 kΩ, 15 voltas (Radio Shack catálogo # 271‑343)
• C1 – capacitor de 1 µF (Radio Shack catálogo # 272‑1434 ou equivalente)
• C2 – capacitor de 100 µF (Radio Shack catálogo # 272‑1028 ou equivalente)

REFERÊNCIAS CRUZADAS

• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Cap. 16 – Cálculos de Tensão e Corrente
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 1, Cap. 16 – Resolvendo Tempo Desconhecido
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 4, Cap. 10 – Multivibradores
• Lessons In Electric Circuits, Vol. 3, Cap. 8 – Realimentação Positiva

OBJETIVOS DE APRENDIZADO

• Compreender como um Trigger de Schmitt aciona um oscilador RC simples.
• Aplicar conceitos de constante de tempo RC para controlar frequência de oscilação.
• Explorar uma das várias configurações de multivibrador astável com timer 555.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

O seguinte esquemático mostra um layout comum para este oscilador. Uma segunda representação equivalente também é fornecida abaixo.

Alternativamente, o circuito pode ser desenhado com o 555 em configuração de pinos ligeiramente diferente, como ilustrado abaixo:

ILUSTRAÇÃO

INSTRUÇÕES

Este é um dos osciladores RC mais fundamentais que você pode construir. É simples, altamente previsível e ideal para demonstrar os princípios centrais de um multivibrador acionado por Trigger de Schmitt.

Características principais:

• Frequência base: ≈0,7 Hz – cada LED alterna uma vez por segundo.
• Frequência ajustável via potenciômetro de 10 kΩ (R4). Girá-lo no sentido anti-horário aumenta a frequência, eventualmente entrando na faixa audível. Com capacitor de temporização de 1 µF, a frequência pode subir a ~70 kHz, bem na banda ultrassônica.
• LEDs fornecem confirmação visual da saída de onda quadrada. A forma de onda é ligeiramente assimétrica porque os transistores de saída do 555 não oscilam totalmente até os trilhos de alimentação. Usar um 555 CMOS (ex.: TLC555, Radio Shack # 276‑1718) produz onda quadrada com duty cycle próximo de 50 %.
• R3 protege o 555 de superaquecimento quando o capacitor curto-circuita a porção CA da saída à terra com uma bateria nova de 9 V. Omitir R3 pode causar calor excessivo; teste isso apenas por um breve momento e com cautela.

Para verificar a varredura de frequência, conecte um alto-falante piezoelétrico ou o Detector de Áudio de Lessons In Electric Circuits, Vol. VI, Cap. 3, Sec. 12. À medida que o potenciômetro gira, você ouvirá o tom subir em tempo real.

Nota de segurança: evite consumir grandes correntes através dos terminais dos LEDs; o limite de corrente interno do 555 protege o circuito, mas corrente excessiva danificará os LEDs.

TEORIA DE OPERAÇÃO

Nesta configuração, o 555 atua como um oscilador histérico — um tipo de oscilador de relaxação que alterna entre dois estados estáveis. A frequência é determinada pela rede RC nos pinos 6 e 2, e a fórmula é:

f = 0,7 / (R × C)

Como os limiares de threshold e trigger do 555 mudam com a tensão de alimentação, a frequência do oscilador permanece relativamente estável em uma faixa de tensões, desde que a limitação de swing rail-to-rail da saída seja contabilizada. A assimetria da onda quadrada surge do swing de saída não ideal, mas o tempo permanece governado exclusivamente pelo par RC.

As figuras abaixo ilustram as curvas de carga e descarga, o pulso inicial longo e a onda quadrada assimétrica resultante.

Experimente nosso Circuito Astável 555 na seção Ferramentas.