I. INTRODUÇÃO TEÓRICA.
Introduzido pela Signetics em 1971, foi criado originalmente para funcionar como temporizador de precisão (Monoestável). O circuito integrado 555 é classificado como um circuito integrado da família linear, mas possui aplicações na eletrônica digital como circuitos temporizadores e geradores de pulsos de clock.
PINO 1 MARCA
O circuito integrado 555 é composto de uma rede resistiva (divisor de tensão), dois amplificadores operacionais (configurados como comparadores de tensão), um flip-flop RS, um inversor e um transistor. - Diagrama em blocos: Vcc (8) (5) Controle Reset (4) Saída (3) Descarga (7) GND (1) Limiar (6) Gatilho (2) S R Q F.F. - Rede resistiva Vcc V
A rede resistiva fornece tensões de referência para os amplificadores operacionais: 3 Vcc V1 = 3 Vcc . 2 V2 =
- Amplificadores operacionais:
Neste caso, os amplificadores operacionais são utilizados como comparadores de tensão. A saída opera apenas com dois valores de tensões: 0V (nível baixo) e Vcc (nível alto).
V+
V-Saída
Temos duas situações possíveis:
a) V+ > V- saída: nível alto (Vcc) b) V+ < V- saída: nível baixo (0V)
- Flip-Flop RS: R S Q Q 0 0 Q0 Q0 0 1 1 0 1 0 0 1 S R Q F.F. 1 1 0 0
Sempre que a entrada “Gatilho” estiver abaixo de Vcc/3, teremos nível alto na saída do comparador de tensão (V+ > V-) e assim: S = 1. Com S = 1 e R = 0, temos:
Q = , 1 Q = e saída = Vcc 0
Quando a entrada “Limiar” ultrapassa 2.Vcc/3 (V+ > V-), temos: R = 1. Com R = 1 e S = 0, temos: Q = , 0 Q = e saída = 0V 1
Sempre que a saída (pino 3) é baixa, temos Q = , o que satura o transistor de “descarga” 1 permitindo que flua corrente entre o pino 7 e GND (1).
II. CIRCUITO ASTÁVEL
Quando o circuito é utilizado para gerar um trem contínuo de pulsos, com freqüência definida, o modo de operação é denominado astável. Um circuito astável gera um sinal com os dois estados instáveis, ou seja, os estados em nível baixo e em nível alto estão sempre se alternando. Como exemplos de aplicações, temos: gerador de “clock” para circuitos de tempo (relógio, cronômetro, controle de processos etc.), gerador de tom (alarme sonoro, teclado), controle de velocidade em motores elétricos etc..
- Circuito Vcc Saída (Vout) Limiar Gatilho S R Q F.F. C Vc RB RA 2.Vcc Vcc3 3 Funcionamento:
a) Inicialmente, com o capacitor C descarregado, temos a tensão de “Gatilho” menor que Vcc/3, assim S =1 , Q = . O transistor está cortado (não conduz) e o capacitor carrega-se 0 através de RA e RB. A saída está em nível alto;
b) Quando o capacitor ultrapassar Vcc/3 , temos S =0 e R = 0, o que mantêm o estado anterior. O capacitor continua a carga;
c) Ao atingir 2.Vcc/3, temos R = 1 e Q = (a saída está em nível baixo) saturando o 1 transistor (entra em condução) e promovendo a descarga do capacitor através de RB até
atingir Vcc/3, quando S =1 e Q = ; 0
d) Com a tensão menor que Vcc/3 (S =1 , Q = ), o transistor está cortado (não conduz) e o 0 capacitor carrega-se através de RA e RB . A saída está em nível alto;
e) A partir deste ponto a operação repete-se ciclicamente (itens b, c, d). Vc 2.Vcc Vcc 3 3 Vout Vcc t T1 T T2
- tempo de carga: T1 = 0,693 . (RA + RB) . C - tempo de descarga: T2 = 0,693 . RB . C - período: T = T1 + T2 - freqüência: f = C . ) 2.R (R 44 1 B A + , (Hz)
III. CIRCUITO MONOESTÁVEL
Este circuito gera um pulso com largura definida, este modo de operação é denominado monoestável. Um circuito monoestável gera um sinal com um estado instável (em nível alto neste caso), ou seja, o estado em nível alto durará apenas um certo intervalo de tempo ( J ). Este circuito pode ser aplicado em situações onde é necessária a limitação de tempo de funcionamento de um processo, motor elétrico, lâmpada (minuteria), forno elétrico etc..
- circuito Vcc Saída (Vout) Limiar Gatilho S R Q F.F. C Vc R 2.Vcc Vcc3 3 Funcionamento:
a) Inicialmente, com o capacitor C descarregado, o nível “Limiar” está abaixo de 2.Vcc/3 , então R =0. Com R = 0 o estado Q é mantido (supondo Q = ); 1
b) Aplicando um pulso negativo na entrada “Gatilho”, temos S = 1 e Q = , cortando o 0 transistor e permitindo que o capacitor se carregue através do resistor R;
c) Quando a tensão no capacitor ultrapassa 2.Vcc/3 , temos R = 1 e Q = . O transistor entra 1 em condução e descarrega o capacitor. Com o capacitor descarregado, temos a situação inicial (S = 0 , R = 0 e Q = ). 1
Vc Gatilho 2.Vcc 3 Vout Vcc Vcc t t t
τ
- largura do pulso:J
= 1,1 . R . CIV. PARTE PRÁTICA 1 – CIRCUITO ASTÁVEL
1. Ajustar o traço na tela do osciloscópio, de forma que o sinal do canal 1 ocupe a metade superior da tela do osciloscópio e o canal 2, a metade inferior:
T’ D 200us/ 1 100mV CH1 T 1 0V (CANAL 1) 0V (CANAL 2) EXCURSÃO DO CANAL 1 EXCURSÃO DO CANAL 2 200mV/ T T 2 2 figura 2
a) Se o menu do canal 1 não estiver sendo exibido, pressione a tecla do canal 1; b) No menu Canal, pressione Acoplamento;
c) Continue pressionando a tecla virtual Acoplamento ou gire o botão de seleção para escolher Terra (ou GND). Pressione o botão de seleção ;
d) Ajuste o traço do canal1 (amarelo), conforme a figura 2. Esta é a posição de 0V do canal1 para medida de tensão (vertical);
e) Pressione a tecla virtual Acoplamento e gire o botão de seleção para ajustar em DC. Pressione o botão de seleção ;
f) Ajuste a ponta de prova para 1X; g) Pressione a tecla do canal 2;
h) No menu Canal, pressione Acoplamento;
i) Continue pressionando a tecla virtual Acoplamento ou gire o botão de seleção para escolher Terra (ou GND). Pressione o botão de seleção ;
j) Ajuste o traço do canal2 (verde), conforme a figura 2. Esta é a posição de 0V do canal2 para medida de tensão (vertical);
k) Pressione a tecla virtual Acoplamento e gire o botão de seleção para ajustar em DC. Pressione o botão de seleção ;
l) Ajuste a ponta de prova para 1X.
T’ D 1.0ms/ 1 2.00V CH1 T 1 5V/ T T CH1 Limite Banda Desligar 1X Ponta prova Filtro digital 1/2 GND Acoplamento 2 T’ D 1 2.00V CH1 T 1 T T CH1 Limite Banda Desligar 1X Ponta prova Filtro digital 1/2 DC Acoplamento 2 100us/ 100mV/ figura 3
2. Inserir a placa EB-134 no rack PU-2000;
3. Localizar o circuito 555 na placa e montar o circuito astável. Utilizar R2 para RA , R3 para
RB e C2 para C: Vcc = 5V RA = 4,7 kΩ (R2) RB = 2,2 kΩ (R4) C = 4,7 µF (C1) RB C +5V +5V TIMER 555 DIS TH Tri OUT R (descarga) (limiar) (disparo) RA figura 4
4. Conectar o canal 1 do osciloscópio na saída do CI 555. Conectar o canal 2 no terminal limiar/disparo. R1 R3 C1 R2 R4 C2 C4 100kΩ 33kΩ 4,7 Fµ 4,7kΩ 2,2kΩ 0,01 Fµ +5V +5V +PS-1 TIMER 555 DIS TH Tri OUT R Vc (descarga) (limiar) (disparo) CANAL 1 (CH 1) CANAL 2 (CH 2) GND GND figura 5 5. Ajuste da escala vertical. Gire o botão V/div do
canal 1 (botão maior amarelo na seção vertical) no sentido horário até a leitura no canto inferior esquerdo do visor apresentar “2V/”. Ajuste o canal 2 também para 2V/.
CH1 5V/
CH1 2V/ CH1CH2 2V/5V/
Freq= 33 Hz Vmax= 4,7V Vpp= 4,8V
T’ D 1.0ms/
T’ D 5ms/
figura 7 - Controles horizontais
7. Ajustar o osciloscópio para medidas automáticas da tensão na entrada VIN, no canal 1, de Largura de pulso + (+Wid), Largura de pulso - (-Wid) e tensão de pico a pico (Vpp):
Entrada a) Pressione a tecla Medição [Meas] no painel frontal;
b) Selecionar o canal 1 como fonte;
c) Se a softkey superior estiver rotulada como 2/2 (menu 2 de 2); pressione essa softkey para alternar para 1/2 (menu 1 de 2);
d) Pressione a softkey Tempo; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Largura de pulso + (+Wid) e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar; e) Pressione novamente a softkey Tempo; em seguida,
gire o botão Entrada para destacar Largura de pulso - (-Wid) e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar;
f) Pressione novamente a softkey Tensão; em seguida, gire o botão Entrada para destacar Vpp e, em seguida, aperte o botão Entrada para selecionar; g) Pressione o menu On/Off para desligar o menu na
tela. figura 8
8. Anote as formas de onda, indicando os valores das tensões e o tempo ou salve a figura e as medidas no “pendrive”:
Out
Disparo
t t
SALVAR FORMA DE ONDA
Porta USB no painel frontal Tecla Salvar/recuperar [Save/recall]
a) Conecte seu dispositivo de memória USB pessoal na porta USB do painel frontal do osciloscópio;
b) Pressione a tecla Salvar/recuperar [Save/Recall] na seção Arquivo do painel frontal;
c) Pressione a softkey Armazenar; em seguida, gire o botão Entrada para destacar PNG e aperte o botão Entrada para selecionar esse como o tipo de arquivo;
d) Pressione a softkey Externo, para salvar os dados na unidade USB externa; e) Pressione a softkey Novo arq para criar um novo nome de arquivo.
f) Pressione a softkey Salvar para salvar esse arquivo de imagem. Isso salva a imagem (figura) que estava no visor do osciloscópio antes de você acessar este menu;
g) Pressione a tecla Ligar/Desligar Menu [Menu On/Off] no painel frontal para desligar o menu. Importante: Ao desligar o osciloscópio após salvar ou recuperar dados de uma unidade USB externa, aguarde pelo menos cinco segundos para que a transferência dos dados termine.
9. Alterar os valores de RA , RB e C. Anotar os respectivos valores de T1 e T2: T1 = T2 = 9.1. RA = 4,7 kΩ (R2) RB = 33 kΩ (R3) C = 0,01 µF (C2) T1 = T2 = 9.2. RA = 4,7 kΩ (R2) RB = 2,2 kΩ (R4) C = 0,01 µF (C2) T1 = T2 = 9.3. RA = 100 kΩ (R1) RB = 33 kΩ (R3) C = 0,01 µF (C2) Vc 2.Vcc Vcc 3 3 Vout Vcc t t T1 T2
10. Observar o efeito sobre o sinal de saída quando se liga a entrada “RESET” ao GND (0V). 11. Comparar valores práticos e teóricos.
V. PARTE PRÁTICA 2 – CIRCUITO MONOESTÁVEL
1. O circuito monoestável fornece um sinal elétrico com largura definida
J
(J
= 1,1 . R . C). Para iniciar a geração deste sinal elétrico é necessário aplicar um negativo (0V) na entrada disparo. Para que este pulso de disparo não afete a temporização, este pulso de disparo deve ser de curtíssima duração. Neste caso, utilizaremos um circuito RC (formado por R5 e C3) denominado “diferenciador” para gerar este pulso estreito.R1 R3 C1 R2 R4 R5 C2 C4 C3 100kΩ 33kΩ 4,7 Fµ 4,7kΩ 2,2kΩ 0,01 Fµ +5V +5V +5V +PS-1 E 1 0 TIMER 555 DIS TH Tri OUT R Vc (descarga) (limiar) (disparo)
Funcionamento do circuito diferenciador:
a) Com a chave “E” em nível alto (1), temos a seguinte situação:
C3 VC VC VR VCC VCC VCC VCC 2.VCC VCC VS VS VE VE R5 t t t
O capacitor está em paralelo com o resistor, fazendo com que o mesmo seja descarregado através do resistor. O capacitor estará descarregado. A tensão na saída é a soma de VE
(Vcc) com VC (0V), resultando em VE = Vcc
b) Comutando a chave “E” para nível baixo (0), temos a seguinte situação:
C3 VC VC VR +VCC VCC VCC 2.VCC VCC VS VS VE VE R5 t t t
Inicialmente, temos o capacitor descarregado então a tensão na saída é inicialmente igual a 0V. O capacitor recebe carga através do resistor e a tensão na saída será igual ao do capacitor, atingindo o valor Vcc. Criamos neste ponto o pulso de disparo negativo para o circuito monoestável.
c) Comutando a chave “E” para nível alto (1), temos a seguinte situação:
C3 VC VC VR VCC +VCC VCC VCC 2.VCC VCC VS VS VE VE R5 t t t
Com o capacitor ainda carregado, a tensão na saída será a soma da tensão de entrada (Vcc) com a tensão do capacitor (Vcc), ou seja, na saída a tensão atinge 2.Vcc. O capacitor
2. Montar o circuito monoestável, utilizando R1 para R e C1 para C: Vcc = 5V R = 100 kΩ (R1) C = 4,7 µF (C1) +5V +5V +5V +5V TIMER 555 DIS TH Tri OUT R (descarga) (limiar) (disparo) R1 C1 C3 R5 E Ligações: CANAL 1 (CH 1) GND R1 R3 C1 R2 R4 R5 C2 C4 C3 100kΩ 33kΩ 4,7 Fµ 4,7kΩ 2,2kΩ 0,01 Fµ +5V +5V +5V +PS-1 E 1 0 TIMER 555 DIS TH Tri OUT R Vc (descarga) (limiar) (disparo)
3. Medida com o osciloscópio. O circuito monoestável gera um pulso de temporização, este evento ocorre uma só vez a cada disparo manual. Desta forma o osciloscópio deve registrar este único pulso, para esta situação utiliza-se a função “Single”. Pressionado o botão “Single”, gerar o pulso de disparo (chave “E” deslocando de “1” para “0”) do circuito.
Single
4. Anote a amplitude da tensão do sinal de saída e a respectiva duração ou salve no “pendrive”: Out
t 5. Comparar valores práticos e teóricos.