Conceitos de Engenharia Eletrônica: utilizando o CI 555, Resumos de Engenharia Eletrônica

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Utilizando o CI 555 Índice Utilizando o integrado 555 ............................................................................................... 03 Operação monoestável (Temporizador) ............................................................................ 06 Operação astável (Oscilador) ........................................................................................... 07 O circuito integrado 556 .................................................................................................. 10 Aplicações úteis ............................................................................................................... 11 Gerador de bips ....................................................................................................... 11 VCO (Oscilador Controlado por Tensão) ................................................................ 12 Monitor de freqüência ............................................................................................. 13 Bibliografia ...................................................................................................................... 14 Utilizando o CI 555 5 de 14 Arq555.pdf Operação Monoestável (Temporizador) As figuras abaixo mostram as configurações do 555 em operação monoestável. Utilizando o CI 555 6 de 14 Arq555.pdf Inicialmente, a tensão de disparo é +Vcc. Como o disparador (trigger) está ligado à entrada inversora do comparador 2, um tensão de +Vcc nesta entrada faz com que se tenha nível baixo na saída deste comparador (já que a tensão na entrada inversora, +Vcc, é maior que a tensão na entrada não-inversora, +1/3Vcc). Isto faz com que o flip-flop RS fique no seu estado normal (com nível alto na saída Q e nível baixo na saída /Q), saturando o transistor de descarga e deixando Ct descarregado. Quando a tensão de disparo vai a nível baixo com um pulso invertido, a tensão na entrada não-inversora (+1/3Vcc) é maior que a tensão na entrada inversora (0V), no comparador 2. Isto faz com que a sua saída vá a nível alto, resetando o flip-flop (nível baixo na saída Q e nível alto na saída /Q) e consequentemente cortando o transistor de descarga. Assim Ct se carrega por Rt. A tensão em Ct (tensão de limiar) aumenta até que exceda a tensão de controle (+2/3Vcc). Quando isto ocorre, a saída do comparador 1 vai a nível alto, setando o flip-flop, saturando o transistor de descarga e, por conseqüência, descarregando Ct. Quanto maior a constante de tempo RC, mais tempo leva para a tensão em Ct chegar a +2/3Vcc (tensão de controle). Isto determina a largura do pulso ou a temporização na saída, que é dada por: T= 1,1 * Rt * Ct Onde T é dado em segundos, Rt em ohms e Ct em farads. A tensão de controle, geralmente de 2/3Vcc, pode ser desacoplada através de um outro capacitor ligado ao pino 5 e à terra (tipicamente de 0,01µ F), para melhorar a imunidade a ruído. Esta tensão também pode ser alterada, através do pino 5, a fim de obter outras tensões diferentes de 2Vcc/3. Alterando os valores de Ct e Rt, o período da temporização pode ser controlado entre cerca de 5ms até aproximadamente 1hora. Porém, em uma temporização acima de 5 mim. a confiabilidade fica comprometida, devido aos altos valores de Rt e Ct necessários para esta temporização. O valor mínimo de Rt é limitado pelo transistor de descarga (geralmente 1kΩ é o mínimo permitido). Com relação ao valor máximo de Rt, geralmente os fabricantes recomendam um máximo de 20MΩ, mas acima de 1MΩ a precisão fica comprometida. Por tanto, em aplicações gerais, o valor de Rt deve ficar entre 1kΩ e 1MΩ . Não há limites para o valor de Ct, a não ser o seu custo. Apenas note que, dependendo do valor da capacitância do capacitor eletrolítico e de sua qualidade, ele pode apresentar correntes de fuga que podem distorcer os períodos calculados das temporizações. Note também que para valores muito altos de capacitância, o transistor de descarga levará mais tempo para descarregar Ct. A sua tensão de isolação deve ser maior ou igual a Vcc (quanto mais próximo de Vcc, melhor), já que uma tensão de isolação menor que Vcc causará uma diminuição na vida útil do capacitor. Utilizando o CI 555 7 de 14 Arq555.pdf Operação Astável (Oscilador) As figuras abaixo mostram as configurações do 555 em operação astável. Utilizando o CI 555 10 de 14 Arq555.pdf O pino 7 (descarga) não é conectado e é colocado um resistor Rt no lugar dos dois resistores Rt1 e Rt2, com o pino 3 (saída) conectado à este resistor Rt. Supondo que inicialmente o flip-flop esteja setado, não existe diferença de potencial em Rt e Ct. Com Ct descarregado, a tensão no disparador (pino 2) é de 0V. Assim, a saída do comparador 2 vai à nível alto, resetando o flip-flop e deixando a saída /Q em nível alto. Neste momento Ct se carrega por Rt, fazendo a tensão de limiar (pino 6) elevar-se, até que atinge a tensão de controle (+2/3Vcc). Quando isso ocorre, a saída do comparador 1 vai a nível alto, setando o flip-flop e fazendo com que a saída /Q vá a nível baixo. Então, Ct se descarrega por Rt, voltando para o estado inicial. Os períodos de nível alto e baixo são iguais porque Ct se carrega por Rt e se descarrega pelo mesmo Rt. O período de carga e de descarga é dado por: Tcarga = Tdescarga = 0,7 * Ct * Rt Assim, o período total é de: Ttotal = 2* Tcarga = 1,4 * Ct * Rt O Circuito Integrado 556 O 556 consiste em dois temporizadores 555 inseridos em um único integrado de 14 pinos. A pinagem do 556 é dada pela figura abaixo: O funcionamento do 556 é idêntico ao 555. Porém, o 556 só pode fornecer ou drenar 150mA, em comparação ao 200mA do 555. Utilizando o CI 555 11 de 14 Arq555.pdf Algumas aplicações úteis Além das funções de oscilador e temporizador vistas acima, aqui vão alguns circuitos que poderão ser de muita ajuda em montagens de projetos mais complexos. Gerador de bips Este circuito consiste em dois 555 em operação astável, sendo que a saída de um (que possui uma freqüência relativamente baixa) está conectada ao reset do outro (que possui uma freqüência relativamente alta). As figuras acima mostram os diagramas elétricos do circuito utilizando dois 555 e um 556. Abaixo temos o diagrama em bloco simplificado do circuito. Utilizando o CI 555 12 de 14 Arq555.pdf a). Este circuito, pela sua simplicidade, dispensa maiores explicações. Ele é ativado com nível alto (Vcc) no pino de reset do oscilador 1. Observe que foram colocados capacitores de 10uF entre os pinos da tensão de controle e o terra. Isto aumenta a imunidade a ruídos que podem alterar esta tensão de controle para valores diferentes de 2Vcc/3. Note também que foram colocados um capacitor de 10uF e um resistor de 150Ω em série com o alto-falante de 16Ω. A função do capacitor em série é de acoplamento, ou seja, bloquear a componente contínua do sinal, deixando passar apenas o sinal alternado. E a função do resistor é a de limitar a corrente no alto-falante, já que a sua impedância é muito baixa. Estejam à vontade para alterar os valores dos resistores e capacitores dos osciladores (nos circuitos acima foram usados resistores de 10KΩ e capacitor de 10uF, no oscilador 1, e resistores de 1kΩ e capacitor de 1uF, no oscilador 2), apenas certifique-se de que a freqüência do oscilador 2 esteja na faixa de freqüência audível do ouvido humano (de 200Hz a 20kHz). Também podem ser colocados potenciômetros ao invés de resistores, caso queira variar as durações dos bips ou a sua freqüência. Para obter uma tensão de Vcc de +12v, recomendamos o integrado 7812. Este regulador de tensão fornece uma tensão constante de +12 v na saída, com uma tensão contínua de entrada que pode variar de +13,7 a +35v. Caso queira tornar este circuito compatível com nível TTL (Vcc= +5v), utilize o regulador 7805 que fornece uma tensão de +5v. Apenas atente para o valor do resistor em série com o alto-falante, que deverá ser menor, já que a tensão diminuiu para 5v. VCO (Oscilador Controlado por Tensão)