Aplicações para o 555 - OK

Prefácio

Há aproximadamente cinco anos atrás, foi desenvolvido um novo e revolucionário tipo de circuito integrado. Os projetistas e os experimentadores amadores encontraram no temporizador 555 — a "máquina do tempo" como é chamado — um dispositivo relativamente barato, estável e de fácil utilização, tanto em operações monoestáveis como em astáveis. 

Desde quando entrou no mercado, muitos circuitos foram desenvolvidos (baseados nele) e publicados em revistas para profissionais e hobistas. 

Este é um livro sobre o temporizador 555. Seu funcionamento e suas aplicações, sozinhos ou acompanhados de outros dispositivos semicondutores, são estudados aqui — sem que você sinta a necessidade de ser um engenheiro elétrico para compreendê-los. 

Escrevi este livro para satisfazer os frequentes pedidos de um colega de trabalho que costumava entrar em meu escritório, dizendo: "Você tem um circuito com o 555 capaz de ...?". Isto porque eu tinha uma pasta repleta destes circuitos. 

Este livro, além de servir para consultas sobre circuitos e técnicas em uso, poderá encorajá-lo a pesquisar e descobrir outras aplicações para o 555. 

No capítulo 1, veremos a estrutura do temporizador e suas características elétricas. Embora as "entranhas" do 555 sejam um labirinto de  transístores, resistores e diodos, a estrutura interna será simplificada. No capítulo 2, começaremos a aprender como montar um multivibrador ou um pulsador monoestável com o 555. O capítulo 3 descreve um gerador de onda quadrada, baseado num multivibrador astável, sem necessidade de cristais caríssimos. Já o capítulo 4 mostra o projeto de fontes de alimentação reguladas de tensão positiva e negativa, ou conversores CC-CC, e reguladores comutáveis com o auxílio do 555. Muitos circuitos novos para medição e controle de parâmetros elétricos, úteis aos experimentadores, são apresentados no capítulo 5. Os próximos quatro capítulos são dedicados a aplicações específicas, entre elas: jogos eletrônicos, telefonia, música e circuitos para seu automóvel, bem como a circuitos domésticos, fotografia e radioamadorismo. 

O capítulo 10 foi feito para lhe proporcionar uma certa prática com o 555. Existem 17 experiências fáceis de montar, projetadas para mostrar as aplicações e as características do temporizador. 

Embora muitos dos componentes necessários possam já fazer parte de sua bancada de trabalho, você poderá adquirir um kit de acessórios da E&L Instruments, que contém todo o material para essas experiências. 

Na leitura deste livro, você provavelmente constatará que o 555 é tão versátil quanto o amplificador operacional. Quase todas as aplicações e técnicas são apresentadas aqui — juntamente com mais de 100 circuitos, gráficos e tabelas já publicados ou não; a maioria dos quais montados e testados por mim. 

Eu gostaria primeiramente de agradecer a colaboração de Kirkman Phelps e Curtis Bauer do Edgewood Arsenal. Além disso, gostaria de agradecer aos autores David G. Larsen, Dr. Peter R. Rony e Jonathan A. Titus pela colaboração e atenção dispensada. Um agradecimento especial a Nancy Notter, escritora técnica do Edgewood Arsenal por sua revisão cuidadosa deste manuscrito. Embora não tivesse nenhuma experiência em eletrônica, ela foi capaz de dar sugestões muito úteis, especialmente após a leitura e a execução das experiências contidas no livro da Série de Educação Contínua da Blacksburg Logic & Memory Experiments Using ITL Integrated Circuits. Sinto-me ainda endividado com os editores de muitas revistas comerciais de hobistas que permitiram a reprodução de ilustrações apresentadas neste livro. 

Porém, meu agradecimento especial vai para a minha esposa Judy, por sua paciência e compreensão durante as muitas noites e fins de semana que passei na preparação deste livro. 

Howard M. Berlin 

Este livro é dedicado a meu pai

Capítulo 1 

Introdução ao Estudo do Temporizador 555 

Antes de nos dedicarmos às aplicações do temporizador 555 contidas neste livro, examinaremos o seu circuito e o seu funcionamento. 

Este circuito de temporização se encontra acomodado em uma única pastilha e é encapsulado em invólucros do tipo TO-99 circulares de oito pinos, ou o DIP de 14 pinos (figura 1-1). A Signetics Corporation comercializa este dispositivo com o nome de SE-555/NE-555, porém, desde seu lançamento, outros fabricantes têm produzido e colocado no mercado suas próprias versões (tabela 1-1). 

Ultimamente, várias companhias têm fabricado o temporizador duplo 556, que nada mais é do que dois 555 acomodados em uma única pastilha. A Teledyne, ao contrário das outras, denominou-o D555. Como podemos observar na tabela 1-1, a maior parte dos fabricantes produz dois tipos de temporizadores 555. Neste caso, o primeiro número especifica o tipo destinado a aplicações militares. Suas características elétricas e térmicas são superiores aos seus corres-pondentes comerciais. Esta convenção é análoga à aplicada às séries 5400 e 7400 dos circuitos integrados TTL. O circuito do temporizador 555 poderá conter mais de 20 transístores, 15 resistores e dois diodos, dependendo do fabricante. A título de comparação, apresentamos os esquemas das versões dos circuitos temporizadores 555, fabricados pela Signetics, RCA, National Semiconductor e EXAR, nas figuras 1-3, 1-4, 1-5 e 1-6 respectivamente.

 

Qualquer uma dessas configurações poderão ser simplificadas a nível de diagrama de blocos (figura 1-7). Assim, podemos divisar mais claramente as seções de controle, disparo, descarga, o sensor ou comparador de nível e o estágio de potência. Nos capítulos 2 e 3, serão explicadas as funções de cada estágio, quando em operação monoestável e astável.  

Encontramos na tabela 1-2 a relação das características elétricas específicas do 555. Esses são os valores típicos de todos os tipos listados na tabela 1-1. As suas curvas típicas de desempenho são reproduzidas na figura 1-8. Aqui, podemos observar o alto nível de precisão e estabilidade do 555. A precisão inicial da temporização em operação monoestável varia em torno de 1% do valor calculado e apresenta uma variação desprezível (0,1%/V) na tensão de alimentação. Portanto, as variações na alimentação por longos períodos de tempo poderão ser ignoradas e a variação de temperatura, desprezada (50 ppm/°C — o equivalente a 0,005%/°C). Os circuitos estudados neste livro serão baseados no 555, sendo que o 556 poderá ser usado ao necessitarmos de dois ou mais temporizadores.

 Capítulo 2 

Operação Monoestável 

Neste capitulo, discutiremos os componentes e as conexões externas necessárias para que o 555 opere como um multivibrador monoestável. 

OPERAÇÃO 

A figura 2-1 mostra um 555 conectado como um multivibrador monoestável. No seu estado inicial, o flip-flop de controle (figura 2-2A) mantém o transistor Q1 saturado, isto é, curto-circuita o capacitor externo de temporização. Enquanto isso, a saída (pino 3) estará no referencial de terra, portanto, no nível baixo. As tensões de polarização, 2/3 Vc e 1/3 Vc, são fornecidas pelo divisor de tensão, formado pelos resistores internos de 5 kΩ. Essas são as duas tensões limiares do comparador e, portanto, responsáveis pela definição do intervalo de tempo de carga. 

O comparador "inferior", estando polarizado em 1/3 Vcc, permanecerá em estado inicial enquanto á entrada de disparo (pino 2) for retida acima de 1/3 da tensão dê fonte, Vcc. Sendo assim, somente um pulso descendente poderá dispará-lo. Nesse momento, ele inverterá o flip-flop terno que, cortando Q1, tirará o capacitor C do curto-circuito e forçará a saída para o nível alto (aproximadamente igual a Vcd). O capacitor C começará a se carregar exponencialmente, tendendo para Vcc, através de segundo uma constante de tempo igual a RaC. Após um certo período de tempo, a tensão do capacitor se igualará a 2/3 Vc; o comparador "superior" inicializará (reset) o flip-flop interno que, por sua vez, fará com que o Q1 se sature e curto-circuite C novamente. A saída agora retorna ao seu estado inicial, isto é, ao referencial terra. 

O diagrama de pulsos em função do tempo do monoestável 555 é mostrado na figura 2-213. O circuito disparará quando ocorrer um pulso descendente, forçando o nível de tensão para um valor abaixo de 1/3 Vcc. Uma vez disparado, a saída permanecerá no nível alto até que o tempo estipulado tenha decorrido, indiferente a qualquer outro disparo neste intervalo. Como a carga do capacitor externo obedece a uma função exponencial dentro do intervalo de O a 2/3 Vc, temos que: 

 

Portanto, o período de tempo em que a saída estiver no nível alto será igual a: 

A figura 2-3 mostra um gráfico da capacitância em função do tempo de retardo, tendo Ra como parâmetro. Os termos definidores do intervalo de tempo, isto é, a razão de carga e os limiares de tensão (Equação 2-2), são diretamente proporcionais à tensão de alimentação. Consequentemente, as variações na tensão de alimentação afetarão os dois da mesma forma, cancelando qualquer diferença no intervalo de tempo. 

Se, porém, um pulso descendente for aplicado simultaneamente ao terminal de inicialização (pino 4) e à entrada de disparo (pino 2) durante o ciclo de temporização, o capacitor externo será descarregado e o ciclo recomeçará imediatamente. Nesse caso, o terminal de inicialização age como uma trava. Quando a tensão sobre ele está acima de 1V, o 555 funciona normalmente. Se, no entanto, ela passar para um valor inferior a 0,4V, a saída será imediatamente forçada para o nível baixo. Nessas condições, a liberação do terminal de inicialização implica a permanência da saída no seu estado atual, até que um outro pulso descendente seja aplicado. Recomendamos que o terminal de inicialização seja conectado à Vc, quando essa função não for usada. Assim você evita qualquer possibilidade de disparo falso. 

O terminal de controle (pino 5) é basicamente empregado para filtragem, quando o temporizador é usado em ambientes ruidosos. No entanto, a aplicação de tensão neste terminal pode variar o intervalo de temporização, como veremos posteriormente neste capítulo. Se o pino de controle não for usado, este deverá ser conectado à terra através de um capacitor de disco de 0.01 uF, para impedir que qualquer ruído altere a largura de pulso calculada. 

DISPARO EM MONOESTÁVEIS 

Às vezes, ocorrerão alguns disparos indesejáveis no circuito do monoestável da figura 2-2A, causados por bordas de pulsos positivos, mesmo com o capacitor de passagem conectado ao pino de controle. A eliminação desse efeito é feita pelo acréscimo de um capacitor de 0.01 µF e um resistor de 10 kΩ, como mostrado na figura 2-4. 

CIRCUITO DE RECUPERAÇÃO NEGATIVA 

Normalmente, os circuitos monoestáveis necessitam de um certo período de tempo para se recuperar, após um disparo. Se esse tempo não decorre completamente, o próximo ciclo de temporização pode ser truncado. Nesses casos, usa-se o circuito de recuperação negativa (figura 2-5). 

O circuito permanecerá acionado com a saída no nível alto, enquanto a freqüência do trem de pulsos de disparo, aplicado ao pino 2, se mantiver constante. Qualquer alteração na freqüência de pulsos de entrada, ou a omissão de um pulso, faz com que o ciclo se complete e a saída seja forçada para o nível baixo, como podemos observar no gráfico da figura 2-6. Via de regra, o tempo de ativação do monoestável é fixado num valor aproximadamente igual a 4/3 do intervalo entre dois pulsos de disparo. Este circuito é conhecido também como detector de pulsos perdidos. 

Uma outra aplicação do 555 no modo monoestável consiste no acionamento de circuitos lógicos quando a alimentação é ativada ou interrompida, usando os circuitos da figura 2-7. Um exemplo do seu uso é a inicialização imediata de contadores TTL, como o 7490, 7492 e 7493. 

A localização do capacitor externo de temporização determina a natureza do pulso de saída (positivo ou negativo) a ser gerado. Caso haja interrupção na alimentação, o diodo garantirá a geração de um pulso, logo que ela voltar, mesmo se o intervalo de tempo entre a desativação e a reativação for muito breve. A equação 2-2 definirá a largura do pulso positivo a ser gerado na saída, no caso do capacitor estar ligado à terra (figura 2-7A). Quando a alimentação retornar, o capacitor reterá o terminal de disparo no nível baixo e a saída passará imediatamente para o nível alto. 

Quando a carga do capacitor atingir 2/3 V, a saída passará para o nível baixo. 

A operação do segundo circuito (figura 2-7B) é similar; entretanto, o capacitor é conectado a Vcc. Sendo assim, á tensão limiar do comparador superior (2/3 V) será excedida imediatamente, forçando a saída para o nível baixo. O capacitor começará a descarregar, alcançando o nível de tensão equivalente a 1/3 Vcc, após o período de 1,1 RC. Nesse instante, a saída do temporizador passará para o nível alto. Neste circuito, o diodo em paralelo com Ra, garante a descarga rápida do capacitor, sempre que houver falta de alimentação. O diodo poderá ser omitido, caso o disparo imediato não seja necessário. 

COMPENSAÇÃO DAS VARIAÇÕES DE CAPACITÂNCIA 

Naturalmente, qualquer erro no valor do capacitor externo de temporização causará um erro correspondente na largura do pulso de saída. Quando usamos vários resistores fixos de temporização para seleção de largura de pulsos, a compensação desses erros pode ser feita mediante o ajuste fino de cada resistor. No entanto, este processo é muito trabalhoso; uma outra opção para efetuar esta correção é apresentada na figura 2-8. Este circuito permite a correção das variações da tolerância do capacitor em até 13%, pelo ajuste de um único resistor variável. A largura do pulso depende do tempo necessário para que a carga do capacitor alcance o valor da tensão de controle (Vc= 2/3 Vcc). Essa carga pode ser matematicamente expressa como: 

A equação 2-4 mostra que a largura do pulso de saída depende da razão Vc/Vcc para quaisquer valores dos componentes de temporização externos: Ra e C. A técnica usada para compensar essas variações da capacitância consiste em variar a razão Vc/Vcc. Para isso, um resistor é colocado em paralelo com os dois resistores internos de 5 kΩ.          

Essa resistência externa é dada por um potenciômetro de 1 MΩ (R1) em série com um resistor fixo de 20 KΩ. A razão Vc/Vcc é determinada primeiramente pela relação do divisor de tensão: 

onde Rp é a combinação de RI + R2 em paralelo com a resistência interna de 10 KΩ, ou 

Rp será igual a 6,67kΩ  e Vc/Vcc, a 0,57, quando a resistência externa for ajustada ao seu valor mínimo, isto é, 20kΩ . Portanto, a largura do pulso de saída, dada pela equação 2-4, será:

 

De maneira similar, se a resistência externa for ajustada no seu valor máximo, isto é, 1,02MΩ, a largura de pulso será: 

 

Assim, a variação de R1 poderá alterar a largura do pulso de saída em ± 13% em torno do valor nominal de 0,98 RaC. Se os valores do capacitor e dos resistores de temporização forem calculados por esse método, as variações de ± 13% poderão ser compensadas através de um ajuste simples de R1. Se as tolerâncias forem maiores, R2 deverá ser reduzido. O efeito da variação da resistência externa sobre a largura do pulso de saída se encontra plotado na figura 2-9. 

DISPARADOR SCHMITT 

O temporizador pode ser conectado de modo a funcionar como um disparador Schmitt de limiar variável. 

Como o circuito interno tem uma alta impedância de entrada e uma elevada capacidade de travamento (latching), a tensão limiar pode ser amplamente ajustada com saídas simultâneas em coletor aberto e em "pilha" (totem-pole). 

Os circuitos básicos equivalentes e os diagramas de blocos, dados no capítulo 1, podem ser redesenhados, usando símbolos lógicos para descrever a operação do circuito de disparo. 

O temporizador 555, como mostra a figura 2-10, pode ser considerado um comparador, que possui unia alta impedância de entrada. Ele controla um disparador Schmitt que também possui uma trava corri alta impedância de entrada e uma saída de acoplamento sincronizado. 

Consideremos por um momento a figura 1-3. Os transistores de Q1 a Q8 formam um dos comparadores não-inversor e os de Q9 a Q13 junta-mente com o Q15, o outro, que, por sua vez, controla o disparador Schmitt, constituído pelos transistores Q16 e Q17. Embora, à primeira vista, as saídas dos dois comparadores pareçam estar simplesmente multiplicadas logicamente na entrada do disparador Schmitt, a limitada capacidade de corrente de fonte/dreno do primeiro comparador faz com que o outro tenha prioridade. O primeiro comparador agirá como uma trava, permitindo que o outro, juntamente com o disparador Schmitt, seja disparado quando a trava, ou entrada limiar (pino 6), estiver no nível alto. Quando esta entrada passar para o nível baixo, tanto o disparador Schmitt como a saída do circuito serão travados no seu estado atual. 

O resistor (R3) conectado entre a entrada de travamento e Vcc no circuito da figura 2-10 pode variar de 4kΩ    a 100kΩ. Ele destrava o Schmitt e ao mesmo tempo desacopla qualquer ruído de alta frequência proveniente da linha. 

A entrada de disparo do 555 com uma impedância de entrada de aproximadamente 1MΩ, através do pino 5, controla o Schmitt, cujo limiar varia de quase zero até um pouco abaixo da tensão de polarização existente na entrada de travamento. 

O terminal de inicialização pode exercer também o papel de controlador, fazendo com que o temporizador permaneça ativo enquanto ele estiver no nível alto. As saídas em coletor aberto e pull-up ativo podem ser obtidas simultaneamente nos pinos 3 e 7, ambas podendo drenar uma corrente de até 200 mA. 

No entanto, algumas precauções devem ser observadas. As entradas de controle e de limiar deverão ser conectadas a um capacitor de passagem ou desacopladas da fonte de alimentação de outra forma. Além disso, quando a tensão de entrada de disparo for reduzida a um valor igual ou, inferior a —0,2V, a saída retornará ao nível alto, dobrando, assim, a frequência das formas de ondas periódicas na entrada. 

Às vezes, alguns problemas poderão surgir quando a entrada de controle for conectada diretamente à fonte ou a uma tensão inferior a 0,5V, devido a ruídos e aos níveis de polarização. Para evitar essas armadilhas, usa-se um valor para R1 igual ou superior a 180 Ω. 

Outro disparador Schmitt é mostrado na figura 2-11A. Aqui, as duas entradas dos comparadores internos (pinos 2 e 6) são conectadas e polarizadas externamente numa tensão equivalente a 1/2 Vc, através de R1 e R2. Considerando-se que o comparador superior é acionado em 2/3 Vcc e o comparador inferior, em 1/3 Vcc, a polarização obtida através de R1 e R2 deve ser centrada entre esses dois limiares. 

Uma entrada senoidal de amplitude suficiente para exceder os níveis de referência faz com que o flip-flop interno seja ora armado, ora inicializado, formando uma saída de onda quadrada. O 555 será automaticamente polarizado em qualquer tensão de alimentação na faixa de 5V a 16V, quando RI e R2 forem iguais. Os sinais de entrada e saída poderão ser observados na figura 2-11B; nota-se aí um defasamento de 180° entre ambos. 

Este circuito poderá ser aproveitado no controle de uma série de contadores binários ou de contadores divisores por N, adaptando uma onda senoidal de 60Hz de referência, proveniente de um transformador CA de 6,3V. A maior vantagem deste esquema reside no fato de que este método faz a conversão do sinal referencial senoidal de 60 Hz  , sem dividir a frequência de entrada, como acontece com o tipo convencional que a divide por dois. 

ACOPLADOR INVERSOR BIESTÁVEL 

A redução da constante de tempo de entrada do disparador Schmitt da figura 2-11, pela diminuição do valor do capacitor C1 para 0,001 µF, faz com que os pulsos de entrada sejam diferenciados. Deste modo, o 555 poderá ser usado como um dispositivo biestável ou como um inversor. No último caso, a pequena constante de tempo, formada pôr R1 e C1 em paralelo com R2, faz com que somente as bordas do pulso de entrada ou da onda quadrada passem. Estes pulsos armam e inicializam o flip-flop, originando assim uma saída em nível alto defasada 180°. 

LEMBRETE 

O pulso descendente de disparo deverá ser curto em relação ao de saída. Os valores do resistor e do capacitor externo de polarização podem ser determinados ou pala equação 2-2 ou graficamente pela figura 2-3. No entanto, o valor do resistor é limitado por motivos de ordem prática. Mantê-lo dentro da faixa especificada evita o uso de capacitores eletrolíticos de grandes valores, quase sempre de vedação precária. Caso seja necessário, capacitores de tântalo ou mylar deverão ser usados. 

 Capítulo 3 

Operação Astável 

Este capítulo apresentará o segundo modo de operação básico do 555: o multivibrador astável. 

OPERAÇÃO 

O multivibrador astável da figura 3-1 utiliza um 555. Aqui, o resistor de temporização é dividido em duas seções, Ra e Rb, com o transístor de descarga (pino 7) conectado na junção de ambas. Ao se conectar a alimentação, o capacitor de temporização começa a se carregar através de Ra e Rb, tendendo a 2/3 Vcc. Neste ponto, o comparador superior dispara o flip-flop, e o capacitor se descarrega através de Rb até alcançar 1/3 Vcc, onde o comparador inferior é ativado, iniciando um novo ciclo. O capacitor carrega e descarrega periodicamente entre 2/3 e 1/3 de Vcc respectivamente (figura 3-1B). A saída estará no nível alto durante o ciclo de carga por um período de tempo ti: 

O nível de saída será baixo durante o ciclo de descarga por um período de tempo t2 dado por: 

Assim, o período de tempo total (em segundos) de carga e descarga será: 

de modo que a freqüência de saída será dada por: 

A figura 3-2 mostra um gráfico das combinações entre (Ra + 2Rb) e C, para produzir uma freqüência específica na saída de um multivibrador astável. 

CICLO DE OPERAÇÃO 

O ciclo de operação de uma forma de onda periódica é definido co-mo a razão entre o tempo em nível alto e o tempo do ciclo completo, ou 

Se fizermos Rb muito maior que Ra, obteremos uma onda quadrada simétrica com um ciclo de operação de aproximadamente 50% (veja gráfico da figura 3-3). O circuito da figura 3-4 melhora essa simetria. Um flip-flop sincronizado é acoplado à saída do temporizador, agindo como um divisor por dois. Nessas circunstâncias, os valores de Ra e Rb poderão ser escolhidos 4 sem se considerar o ciclo de operação. A freqüência do sinal de saída do flip-flop será igual à metade do fornecido pelo temporizador. 

Por outro lado, o circuito da figura 3-5 garante a mesma simetria sem necessitar de divisão de freqüência. Neste circuito, o capacitor de temporização carrega exponencialmente através de um único resistor (R1), tendendo a Vcc. Conseqüentemente, o tempo em que a saída se en-contra no nível alto será: 

Quando a tensão do capacitor alcança 2/3 Vcc, a saída passa para o nível baixo, e o capacitor se descarrega através de R1. O período de tempo em que a saída estará no nível baixo, durante a descarga do capacitor, será: 

Assim, o período total deste astável será: 

e sua freqüência de saída (plotada na figura 3-6):

O resistor pull-up (R2) de 1kΩ garante que a tensão de saída em nível alto seja aproximadamente igual a Vcc. R1 deve ser, no mínimo, igual a 10R2, ou 10KΩ.

Às vezes, a saída do circuito de um astável básico (figura 3-1A), operando com grandes cargas, pode ser deslocada em 1V ou mais em relação à Vcc ou à terra. Como este deslocamento varia a tensão em cima da rede de temporização RC, a frequência de saída e/ou o ciclo de operação também serão afetados. No circuito da figura 3-7, um transistor e um diodo foram acrescentados à rede de temporização RC, permitindo que a frequência seja variada numa faixa ampla, enquanto o ciclo de operação se mantém constante em 50%. Quando a saída do temporizador se encontra no nível alto, Q1 é polarizado através de R2 e entra em saturação; a corrente de carga, nessas condições, passa através de Q1 e R1 em direção a C. Quando a saída passa para o nível baixo, o transístor de descarga (pino 7) corta Q1 e descarrega o capacitor através de R1 e D1. Como as impedâncias de ambas as malhas são iguais entre si, os períodos de nível alto e baixo da saída resultante também serão. 

O transístor deverá ter um alto beta para que sua saturação ocorra, mesmo no caso em que R2 tenha um valor muito elevado. A minimização das quedas de tensão em D1 e Q1 poderá ser obtida através do emprego de um diodo de alta condutância de germânio ou Schottky, no lugar de D1. 

A característica de condução de Q1 deve ser equivalente às de D1 e do transístor de aterramento, ligado ao pino de descarga do 555, para se obter ondas quadradas mais precisas. O método de otimização desta compensação consiste no ajuste da malha de realimentação na faixa das mais altas frequências e no ajuste de R2 durante a monitorização da saída de onda quadrada, para que exista uma simetria na onda para todas as combinações de R1 e C. 

 

AJUSTE DE FREQUÊNCIA E CICLO DE OPERAÇÃO 

Vários circuitos permitem o controle do ciclo de operação sem afetar a frequência de saída do temporizador. O circuito da figura 3-8 apresenta controles independentes dos períodos de carga e descarga. Os diodos D1 e D2 constituem malhas separadas para as correntes do capacitor de temporização. Os potenciômetros R1 e R2 controlam independentemente os semiciclos em nível alto e baixo em toda a faixa de operação do temporizador. Os resistores R3 e R4 servem para fixar as resistências mínimas das malhas de carga e de descarga, respectivamente. 

O circuito da figura 3-9, que é uma modificação da 3-8, cria um compromisso entre cada semiciclo de modo que quando se varia R1, um diminui e o outro aumenta proporcionalmente. Por exemplo, se R1 for igual a 10 MΩ, e R2 e R3 iguais a 1 kΩ, o ciclo de operação variará de 0,01% a 99,99% com uma alteração ínfima na frequência. 

Em ambos os casos, a queda de tensão nos diodos diminui a tensão efetiva na malha de temporização RC. Por conseguinte, os semiciclos de saída são menores do que os fornecidos pelas equações 3-1 e 3-2. Para estes circuitos, a queda constante de tensão destes diodos deve ser levada em conta. Se a queda de tensão em cada diodo for 0,6V, quando polarizado diretamente, o semiciclo de saída em nível alto será igual a:

Como podemos observar, quanto menor a tensão de alimentação, maior o efeito da queda de tensão do diodo. 

O circuito da figura 3-10 mostra um multivibrador astável que apresenta um ciclo de operação variável, usando transístores ao invés de diodos. Os transístores Q1 e Q2 estarão saturados quando a saída do temporizador estiver em nível alto. Durante este tempo, C estará carregando através de Q1 , R1 e Ra. Quando a tensão em C alcançar 2/3 V., a saída passará para o nível baixo. O capacitor descarregará através de R2 e Rb até que o limiar inferior (1/3V.) seja alcançado, e a saída passe para o ní-vel alto. Então, o ciclo é reiniciado. O tempo durante o ciclo de carga, quando a saída se encontra no nível alto é: 

e a saída será baixa para

de modo que o período total será: 

 

Como o fator (Ra + Rb) é igual à resistência do potenciômetro RP, teremos:

 Por conseguinte, o ciclo de operação será:

Os componentes mostrados na figura 3-10 foram dimensionados para que o ciclo de operação possa variar entre 1% e 99%. 

ASTÁVEL CONTROLADO POR CRISTAL 

O circuito básico do multivibrador astável mostrado na figura 3-1A apresenta uma precisão compatível com a maior parte das aplicações. Todavia, se desejarmos melhorá-la poderemos modificar este oscilador RC, fazendo-o controlado por cristal (figura 3-11). O cristal é colocado entre o circuito série RC externo e o comparador do temporizador. As malhas de carga e descarga para o capacitor permanecem as mesmas descritas para o circuito básico, contudo, o sinal de controle dos dois comparadores se encontra, agora, forçado a passar através do cristal que faz o circuito oscilar na sua frequência ou num de seus sub-harmônicos.  

Os valores de R e C são selecionados de modo que, com o cristal curto-circuitado, a os-cilação se mantenha próxima à frequência do cristal, ou

Os valores de R e C podem variar em torno de 25%, sem que isto al-tere a freqüência do cristal, pois as tensões de carga e descarga do capaci-tor compensam os valores escolhidos. 

Se dobrarmos a constante de tempo sem trocar o cristal, as oscilações se reduzirão à metade da frequência nominal do cristal: se a triplicarmos, obteremos 1/3 desta frequência e assim por diante. Outros múltiplos produzirão sub-harmônicos correspondentes. O capacitor variável em paralelo com o cristal permite o ajuste fino da freqüência do cristal num padrão conhecido, como, por exemplo, o das transmissões da WWW. O resistor de 1 MΩ constitui uma via de CC para as entradas do comparador, assegurando o pronto acionamento do circuito ao ser alimentado.

EQUALIZAÇÃO DOS PERÍODOS DE UM ASTÁVEL E UM MONOESTÁVEL 

Um único componente como, por exemplo, um diodo ou um resistor, poderá minimizar a diferença entre os períodos de temporização monoestáveis e astáveis do temporizador 555. No multivibrador astável, a saída (equação 3-3) tem um período igual a 0,693 RC. Entretanto, quando o circuito é montado como um multivibrador monoestável ou quando ele é controlado por um pulso na entrada de inicialização, o período será de 1,1 RC (equação 2-2). 

A configuração convencional do circuito é mostrada na figura 3-12. O modo de operação, monoestável ou astável, é definido mediante uma chave seletora. Um resistor ou um diodo poderá ser acrescentado, para equalizar os períodos de temporização. O diodo, colocado entre os pinos 3 e 5, força a tensão de controle para aproximadamente 0,9 v, Cada vez que a saída passa para o nível baixo. Portanto, a tensão no capacitor de temporização C deve primeiramente cair para cerca de 0,5 v, antes que o nível no pino 2 possa disparar outro pulso de saída. Os dois períodos irão coincidir dentro de uma faixa de tolerância 5%, contanto que o capacitor comece a se carregar a partir do referencial terra em ambos os modos de operação. No caso de se usar um resistor (R3), este fará com que o período monoestável e o astável se igualem, quando ele impedir a descarga completa do capacitor. O ajuste do divisor de tensão, formado por R1 e R3, permite que a tensão do capacitor caia somente o bastante para disparar um novo pulso. A vantagem de se usar o diodo consiste na obtenção de um bom casamento das larguras de pulso sem a necessidade de cálculos. Um único potenciômetro poderá controlá-las. No entanto, o limiar inferior e, consequentemente, a largura de pulso dependerão da tensão inicial de condução do diodo e da sua estabilidade. 

O controle dos períodos nos dois,modos de operação, através de R1 e R3, apresenta também algumas vantagens. Os períodos poderão ser definidos com grande precisão, sendo possível a conexão de um capacitor de passagem de 0,01 µF do pino 5 à terra. O método do resistor não in-troduz as variações de temperatura de um diodo e o casamento da largura dos pulsos tenderá a permanecer constante com as variações em Vcc. Entretanto, R1 não poderá ser variado para controlar o período do pulso sem o ajuste de R3. 

Neste capítulo, concluímos a discussão sobre os modos básicos de operação do temporizador 555. Nos próximos, veremos a versatilidade deste dispositivo numa vasta gama de aplicações.