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Curso   CI   555
Aula 01: CI 555 como Astável
1.  Introdução
     É  um CI muito versátil, sendo usado em todas as áreas  de eletrônica. Basicamente é  usado como astável, monoestavel ou Schmitt Trigger. A Figura 1 mostra  o diagrama de blocos interno simplificado do C.I 555.



Figura 1 -  CI 555 - Diagrama de blocos interno simplificado       

Os 3 resistores de 5 k   formam um divisor  de tensão, em cada um tem uma tensão de VCC/3. Os principais elementos desse diagrama em blocos são:

Comparadores (1): Num comparador a saída será alta (nível  lógico 1   ou VCC) se V+ > V- e será baixa (nível  lógico 0 ou 0V) se V+ £ V-. A Figura2a mostra um comparador com a saída  alta e a Figura 2b com saída baixa.



                   ( a )                                                                ( b )
Figura 2 -  Comparadores internos   ( a ) Saida em nivel alto        ( b ) saida em nivel baixo


No 555 a tensão no pino 2 (Trigger ) é sempre comparada com VCC/3, enquanto a tensão no pino 6 (Threshold ) é comparada com 2.VCC/3.


Flip – Flop RS (2): É  um biestável, isto  é, tem dois estados estáveis e a mudança de estado se faz  de acordo com a   tabela verdade da Figura 3b, o símbolo  está representado na Figura 3a.



                      ( a )                                     ( b )
Figura 3 -  Flip             Flop RS - ( a ) Símbolo    ( b ) Tabela Verdade


Buffer  de Saída (3): Tem como finalidade aumentar a capacidade de corrente  do CI. A corrente de saída do CI está limitada a 200 mA , podendo  entrar ou sair. Observe que o buffer inverte a sua entrada, isto é,  a  saída do CI é Q.


Figura 4 - Buffer de saida
Transistor   interno (TR): Opera saturado quando     
=1
ou   cortado quando
=0
Pinagem   DIP 8

A alimentação (VCC) pode variar de 4,5 V a 16 V. O encapsulamento mais comum é  o DIP (Dual In line Package).

   
 
Figura 5 -  Encapsulamento Dual In Line (DIP)  
2. Operação Astável

O circuito básico é o da Figura 6a, sendo a Figura 6b  o mesmo circuito considerando o diagrama em blocos interno.


                       ( a )                                                                         ( b )
Figura 6 -  CI 555 como astavel  ( a ) circuito   ( b ) circuito com diagrama de blocos interno


Na Figura 6a, VC=V6=V2 , e como inicialmente S=1   e    R=0, de acordo com a tabela verdade  do FF
=0
e Vsaida = VCC. Como o transistor interno esta cortado C começa  a se carregar  através de RA + RB .
Quando VC > VCC/3 (basta que seja alguns mV  maior )   então R=S=0 o que mantém o estado do FF   interno, isto  é , Q=1, saída   VCC. Quando porém  VC>(2/3).VCC, o FF resetará, isto é,   R=1 e S=0  e    nesse instante a  saída vai a zero,  saturando o transistor interno e fazendo C se descarregar através de  RB e pelo transistor  interno. Quando a tensão   em C cair abaixo de VCC/3 , novamente teremos  S=1 e R=0 setando  o FF e portanto a saída volta para VCC e o transistor corta fazendo  o capacitor se carregar  por RA + RB e tudo se repete. A Figura 7  mostra o comportamento do circuito do ponto de vista  dos gráficos.




Figura 7- Formas de onda no capacitor e na saida do circuito da figura 5


Os tempos alto (TH) e baixo (TL) são calculados por :

TH = 0,69.(RA + RB).C     (Equação  1)            e              TL = 0,69.RB.C      (Equação 2)         
     
Observe  que o tempo alto é maior que o tempo baixo pois a carga se dá  por (RA + RB) e a descarga por RB. Caso se deseje  tempos  iguais  deve-se impor RB  muito  maior do que RA,  sendo que RA deve ter valor de pelo menos 1 k para que o transistor interno não sofra  danos.

As expressões de TH e TL podem ser generalizadas por :
TH = 0,69.RCarga.C     (Equação  3)   e      TL = 0,69.RDescarga.C    (Equação 4)   onde  RCarga é a resistência   equivalente que C  “vê” durante a carga  e   RDescarga é a resistência equivalente que C “vê” na  descarga, desta forma é possível, modificando os caminhos de carga  e descarga ter   TH   diferente de TL.


3. Exercícios Resolvidos
3.1.  Para o astável  pede-se calcular a freqüência de oscilação e desenhar  os gráficos de VC(t)   e Vsaida (t).

Figura 8 - Circuito para exercicio resolvido  3.1

Solução: TH=0,69.RCarga.C = 0,69.48K.0,1mF=3,31 ms
TL = 0,69.RDescarga.C =0,69.33K.0,1 mF= 2,27 ms
T = TH   + TL = 3,31 +  3,27 =5,58  ms              f  =1/T = 1/5,58ms = 179 Hz
A Figura 9 mostra as formas de onda no capacitor e na saida do circuito da Figur 8.

Figura 9 - Formas de onda do circuito da Figura 8 -  resolvido  3.1


3.2. Para o circuito astável  pede-se calcular a freqüência de oscilação e desenhar  os gráficos de VC(t)   e Vsaida(t)..


Figura 10 - Circuito para exercicio resolvido  3.2

Solução:
 
RCarga=2k2+1k//33k=3,1k
 
                                                 TH=0,69.3,1k.0,1mF=0,22 ms

RDescarga=33k
                                               TL=0,69.33k.0,1mF= 2,27 ms
 

O periodo das oscilações vale:

T=0,22ms + 2,27 ms=  2,49 ms

A frequencia de oscilação vale:

 
                                               



Formas de onda



Figura 11 - Formas de onda do circuito da Figura 10

3.3. Para o circuito astável  pede-se calcular a freqüência de oscilação e desenhar  os gráficos de VC(t)   e Vsaida(t)..



Figura 12 - Circuito para exercicio resolvido 3.3

Solução:
RCarga=2k2+33k=35,2 k
                                                 TH=0,69.35,2k.0,1mF=2,43 ms

RDescarga=1k//33k= 0,97 k
                                               TL=0,69.0,97k.0,1mF=  0,067 ms

O periodo das oscilações vale:

T=0,067ms + 2,43 ms=  2,49 ms

A frequencia de oscilação vale:


Observe que o periodo é o mesmo nos dois exercicios pois a soma das resistencias na carga com a resistencia na descarga é a mesma.


Figura 13 - Circuito para exercicio resolvido  3.1
Fonte: Multisim V. 14

3.4. Para o circuito astável  pede-se calcular a freqüência de oscilação e desenhar  os gráficos de VC(t)   e Vsaida(t)..



Figura 14 -Circuito para exercicio resolvido 3.4

Solução:

RDescarga= RCarga=10 k  logo   TL=TH=0,69.10k.0,1mF= 0,69 ms    O periodo das oscilações vale portanto T=0,69+0,69=,39 ms. A Figura 15 mostra as formas de onda da tensão no capacitor e na saida.



Figura 15 - Formas de onda do circuito da Figura 14
Fonte: Multisim V. 14


4. Exercicios propostos

4.1. Projetar um astável  com  555 que oscile em 5 kHz. Dado: VCC = 12 V  Adotar os valores  que forem necessarios
4.2. Projetar um    astável que gere uma  forma de onda que tenha  TH = 1ms e TL = 3ms.
4.3. Projete um pisca pisca que deixe uma lâmpada de 110 V acesa 2s e apagada  4s. Dados: Relê  12V/30mA        Vcc =12V

5. Experiência: Astavel com 555
5.1. Abra o arquivo Exp555_01_Astavel e identifique  o circuito  da Figura 16.   Inicie a simulação anotando as formas de onda na saida (pino 3) e no capacitor (pinos 2 e 6). Anote   o período das oscilações e os tempos alto, TH, e baixo, TL na tabela 1. Compare com os valores teóricos.  
Atenção!! Faça as mudanças que achar necessário,  mas não salve com o mesmo nome.



Figura 16 - Circuito Astavel para experiencia
Fonte: Multisim V. 14
Tabela 1 - Valores medidos e calculados - Astave com 555
Valores calculadosValores medidos
TH(ms)TL(ms)T(ms)TH(ms)TL(ms)T(ms)



5.2. Escreva as suas conclusões.

6. Experiencia: Astavel Assimetrico - TH menor que TL
6.1. Abra o arquivo   Exp555_02_Astavel_assimetrico1 e identifique o circuito da Figura 17. Inicie a simulação anotando as formas de onda na saida (pino 3) e no capacitor (pinos 2 e 6). Anote   o período das oscilações e os tempos alto, TH, e baixo, TL na tabela 2. Compare com os valores teóricos.
Atenção!! Faça as mudanças que achar necessário,  mas não salve com o mesmo nome.





Figura 17 - Astavel com 555 assimetrico para experiencia - TH menor que TL
Tabela 2 - Valores medidos e calculados - Astave com 555
Valores calculadosValores medidos
TH(ms)TL(ms)T(ms)TH(ms)TL(ms)T(ms)



6.2. Escreva as suas conclusões.

7. Experiencia: Astavel Assimetrico - TH maior que TL
7.1. Abra o arquivo Exp555 Astavel assimetrico 2 e identifique o circuito da Figura 18. Inicie a simulação anotando as formas de onda na saida (pino 3) e no capacitor (pinos 2 e 6). Anote   o período das oscilações e os tempos alto, TH, e baixo, TL na tabela 3. Compare com os valores teóricos.  
Atenção!! Faça as mudanças que achar necessário,  mas não salve com o mesmo nome.


Figura 18 - Astavel com 555 assimetrico para experiencia - TH maior que TL
Tabela 3 - Valores medidos e calculados - Astave com 555
Valores calculadosValores medidos
TH(ms)TL(ms)T(ms)TH(ms)TL(ms)T(ms)



7.2. Escreva as suas conclusões.

8. Experiencia: Astavel Assimetrico - TH igual a  TL
8.1. Abra o arquivo Exp555_04_Astavel_TH_gual_TL e identifique o circuito da Figura 19. Inicie a simulação anotando as formas de onda na saida (pino 3) e no capacitor (pinos 2 e 6). Anote   o período das oscilações e os tempos alto, TH, e baixo, TL na tabela 4. Compare com os valores teóricos.  
Atenção!! Faça as mudanças que achar necessário,  mas não salve com o mesmo nome.



Figura 19 - Astavel simetrico para experiencia
Tabela 4 - Valores medidos e calculados - Astave com 555

Valores calculadosValores medidos
TH(ms)TL(ms)T(ms)TH(ms)TL(ms)T(ms)



8.2. Escreva as suas conclusões.

9. Experiencia: Astavel como sinalizador
9.1. Abra o arquivo Exp555_05_Astavel_como_sinalizador   e identifique o circuito da Figura 20. Inicie a simulação verificando o funcionamento do circuito. Anote os tempos que o LED fica aceso e apagado, medido e calculado.

Calculado:  Taceso=_________Tapagado=_________

Medido:   
Taceso=_________Tapagado=_________




Figura 20 - Astavel como sinalizador com LED

9.2. Recalcule  R1 e R2 de forma que o Taceso=5s e o Tapagado=10s, efetue a troca e inicie a simulação.
9.3. Escreva as suas conclusões.
 
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