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Um dos circuitos integrados mais versáteis até hoje fabricado e também mais utilizado não só em nossos projetos, mas nos de todas as grandes revistas de eletrônica do mundo é o timer 555. Projetado para reunir funções muito usadas de maneira muito simples, exigindo poucos periféricos, o circuito integrado 555 é a solução ideal para projetos que exigem temporizações de até uma hora ou a produção de sinais até uns 100 kHz ou pouco mais. Veja neste artigo como funciona o circuito integrado 555 e como empregá-lo com segurança e aproveitando o máximo de seu potencial

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O circuito integrado 555, como é popularmente conhecido, é produzido por inúmeros fabricantes tradicionais de circuitos integrados que normalmente agregam ao número 555 símbolos adicionais que permitem a identificação de sua procedência.

Assim, podemos ter siglas como NE555, LM555, UA555, etc., que indicam qual é o fabricante do componente como a Signetics (que o criou), National, Texas , Fairchild, etc.

 

O 555 pode ser encontrado em diversos tipos de invólucros, mas o mais comum e portanto mais utilizado é o DIL de 8 pinos, conforme mostra a figura 1.

 


O circuito equivalente em blocos deste componente é ilustrado na figura 2.

 


Esses blocos podem ser interligados de diversas formas, mas basicamente são duas modalidades de operação: monoestável e astável.

Para o usuário do 555 é importante saber que ele pode funcionar com tensões de 5 a 18 volts e que sua saída pode fornecer ou drenar correntes de até 200 mA. Se bem que esta corrente permita o acionamento direto de relés e outros tipos de cargas, é costume utilizar-se uma etapa isoladora-amplificadora (buffer) quando a carga é indutiva (relés e solenoides), com maior estabilidade para o componente.

 

Quando a saída do 555 está no nível alto, o componente drena uma corrente de aproximadamente 10 mA. No entanto, no estado de repouso (com saída baixa) a corrente drenada pela 555 é de apenas 1 mA.

 

Observe que a faixa de tensões de alimentação permite que o 555 seja usado com total compatibilidade em aplicações conjuntas com circuitos integrados TTL e CMOS.

 

Monoestável

 

Na versão monoestável, o circuito integrado 555 é ligado basicamente como indica a figura 3.

 


Nesta configuração, os pinos 6 e 7 que correspondem ao sensor de nível e terminal de descarga do capacitor são interligados e ligados a uma rede RC, ou seja, um capacitor e um resistor externo que vão determinar o tempo de acionamento do circuito.

A entrada de disparo, que corresponde ao pino 2, deve ser mantida sob uma tensão maior que 2/3 da tensão de alimentação (valor dado pelos três resistores internos).

Nas condições indicadas, a saída do circuito (pino 3) se mantém no nível de 0 V, ou seja, sem tensão.

Os pinos 4 e 8 que correspondem à reciclagem e alimentação devem ser mantidos com a tensão de alimentação e o pino 1 aterrado.

Quando, por um instante, o pino 2 é aterrado (ou sua tensão cai para menos de 1/3 da tensão de alimentação, disparando assim os comparadores), o circuito muda de estado e sua saída vai ao nível alto. No pino 3 passamos a ter uma tensão positiva.

O circuito não se mantém indefinidamente neste estado. A saída será mantida no nível alto por um tempo que dependerá justamente de R e de C dado pela fórmula:

 

t = 1,1 ∙ R ∙ C

 

Na figura 4 temos a forma de onda dos sinais.

 


 

Veja que é a carga do capacitor C através do resistor R até que ele atinja uma tensão de 2/3 de Vcc (tensão de alimentação) que irá determinar a comutação do circuito ao estado inicial, através do comparador 1.

 

Para que o circuito seja disparado novamente, basta aterrar por um instante o pino 2.

 

Na prática, não podemos ter valores de temporização tão grandes quanto os que desejamos.

 

A primeira limitação está na fuga dos capacitores eletrolíticos que normalmente são usados. Um capacitor muito grande pode ter uma fuga suficientemente alta para que ele represente uma resistência de tal valor que, com a resistência R que deve ser usada em série, a tensão nunca chegue aos 2/3 de Vcc. Assim, uma vez disparado, o capacitor nunca se carrega até o ponto de temporização e o circuito não funciona, veja a figura 5.

 


 

O outro motivo é o próprio resistor, que não pode ser muito maior que a fuga representada pelo resistor usado.

 

Na prática, utilizando-se resistores de ótima qualidade e capacitores também muito bons, podemos chegar até umas duas horas de temporização, mas com algum risco.

 

Recomendamos que os resistores não sejam maiores que 1,5 M ohms e que os capacitores não sejam maiores que 2 200 µF com o que chegamos perto de uma hora.

 

Astável

 

Na versão astável, o circuito integrado 555 é ligado conforme exibe a figura 6.

 


Nesta versão, o circuito tem sua saída alternando estados entre o nível alto e baixo de modo a produzir um sinal retangular cuja forma de onda é mostrada na figura 7.

 


Veja então que neste caso não temos um terminal de disparo, uma vez que o circuito entra em funcionamento logo que é ligado, produzindo assim o sinal desejado.

 

Observe que precisamos usar dois resistores e um capacitor, nesta configuração.

 

A frequência de operação deste circuito dependerá justamente desses três componentes, conforme podemos conferir voltando à figura 7.

 

O que ocorre é que a tensão no capacitor sobe de 1/3 do valor da tensão de alimentação no ciclo de carga, quando então a saída do 555 se mantém no nível alto.

 

Quando a tensão alcança 2/3 da tensão de alimentação acontece a mudança de estado do circuito, quando então ao mesmo tempo que a saída vai ao nível baixo, o capacitor se descarrega até 1/3 da tensão de alimentação.

 

Com 1/3 da tensão de alimentação ocorre nova mudança de estado e temos um novo clico de carga.

 

Observe então que o capacitor carrega-se através dos dois resistores que estão em série (R1+R2), mas descarrega-se apenas pelo resistor R2.

 

Como R1+R2 sempre é maior que R2 (a soma sempre é maior que cada uma das partes), este circuito produz um sinal que tem uma duração maior quando a saída está no nível alto do que quando está no nível baixo, conforme revela a figura 8.

 


 

A fórmula que permite calcular os componentes para este circuito é a seguinte:

 

f =

 

1,45

 

(R1 + 2R 1)C

 

 

 

Onde f é a frequência em hertz, que está limitada nas aplicações práticas a uns 100 kHz.

 

Existem diversas maneiras de se obter ciclos ativos de 50% para este oscilador, ou seja, tempos iguais no nível alto e no nível baixo.

 

Uma delas é apresentada na figura 9.

 


Uma outra maneira de se obter tempos quase iguais para a carga e descarga (ciclo ativo de 50%) consiste em se usar um valor de R1 muito maior que o de R2. Por exemplo, usar R1 de 220 k ohms e R2 de apenas 1,5 k ohms.

 

As limitações deste circuito devem-se basicamente aos componentes externos usados, como no caso anterior. Para os valores máximos dos componentes, que vão determinar a frequência mais baixa que este circuito pode produzir, temos as mesmas limitações da configuração monoestável.

 

Para as máximas frequências recomendamos que os resistores não tenham menos de 1 k ohms e que os capacitores não sejam menores que 50 pF.

 

Um ponto importante a ser observado nesta aplicação é a possibilidade de se controlar ou modular as oscilações produzidas.

Controle e Modulação

 

O controle mais simples é feito pelo pino 4, que deve ser mantido no nível alto em condições normais (de modo a controlar a reciclagem).

 

Na versão monoestável quando este pino é levado ao nível baixo, o circuito reseta, ou seja, volta ao estado inicial de nível de saída baixo, independentemente do fato de estar no meio de uma temporização.

 

Na figura 10 temos duas maneiras de se aproveitar esta entrada de controle em um 555 monoestável.

 


 

Na primeira temos um interruptor que aterra por um instante esta entrada de modo a resetar o circuito.

 

Na segunda temos uma aplicação muito utilizada em temporizadores e alarmes. Neste circuito, no momento em que o a alimentação é ligada o capacitor C está descarregado. Neste instante a tensão no capacitor é zero, o que leva o 555 a ser resetado. Com o aumento da tensão no capacitor, depois de alguns instantes o 555 é liberado para funcionar com todo o circuito resetado. Com este circuito, evita-se o disparo do 555 no momento em que a alimentação é estabelecida.

 

Ligando um componente ativo como um transistor podemos usar também este terminal para controlar externamente o funcionamento ou “reset” do 555.

 

Na versão astável também podemos inibir as oscilações da mesma forma.

 

A modulação do 555 pode ser feita de diversas maneiras, lembrando que “modular” significa variar a frequência ou o ciclo ativo do 555 a partir de um sinal externo de controle.

 

Uma primeira forma de se modular o sinal produzido por um 555 na configuração astável é aplicando a modulação no pino 5 conforme ilustra a figura 11.

 


 

Uma tensão no pino 5 (de controle) altera o ponto de disparo dos comparadores e, com isso, temos uma modificação da largura dos pulsos gerados e consequentemente da frequência.

 

Este tipo de modulação é muito usada na produção de efeitos sonoros como, por exemplo, em sirenes.

 

Outra aplicação é na modulação pela voz de um 555, operando acima de 40 kHz para transmissão de sinais de um intercomunicador via rede de energia.

 

Circuitos práticos

Uma primeira aplicação prática com o 555 na configuração monoestável é no disparo de um relé em um circuito temporizador.

 

Este circuito é visto na figura 12 e o tempo máximo obtido com os componentes usados é da ordem de 1 hora. Acima disso, pelos motivos que já discutimos, o circuito se torna instável.

 


O relé tanto pode ser de 6 como de 12 V e a corrente de seus contatos dependerá da carga a ser controlada.

 

Quando o pino 2 é aterrado momentaneamente no disparo, a saída do 555 vai ao nível alto travando o relé. O relé permanecerá energizado pelo intervalo de tempo ajustado pelo potenciômetro.

 

Para disparar este circuito a partir de sensores podemos usar a configuração dada na figura 13.

 


 

Neste circuito o corte do feixe de luz que incide no LDR faz com que o circuito dispare. Podemos utilizar esta configuração como um sensível alarme de passagem.

 

Para a versão estável temos um pisca-pisca de LEDs acionado diretamente pela saída do 555 na figura 14.

 


A frequência pode ser ajustada no trimpot e depende basicamente do capacitor. O uso de um resistor pequeno para R2 faz com que o ciclo ativo se aproxime de 50% e os dois LEDs tenham mais ou menos piscadas de mesma duração.

 

Na figura 15 tempos uma aplicação mais complexa em que usamos dois circuitos integrados 555 em uma sirene modulada.




 

A baixa frequência de modulação é gerada pelo primeiro 555 que tem a configuração astável. O sinal deste oscilador é aplicado no pino 5 do segundo 555 que também opera como astável. Desta forma, na saída do segundo circuito integrado temos um sinal modulado em frequência que é aplificado pelo transistor Darlington e aplicado a um alto-falante.

 

Conclusão

Os limites de operação do 555 estão bem estabelecidos neste artigo, e isso permite que o leitor crie muitas aplicações para este componente. Existem ainda outras configurações ou variações em torno das duas configurações que vimos, algumas bastante interessantes e que levam a novas aplicações.

 

Sempre que possível, estas configurações também devem ser aproveitadas em nossos projetos para os quais o leitor deve ficar atento. Lembre-se que o fato de usarmos um 555 em qualquer projeto não significa que ele deva obrigatoriamente obedecer a uma das configurações indicadas e que variações podem ocorrer. Fique atento.