Timer 555

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Tudo sobre o timer 555 e outros temporizadores de referência

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Timer 555

  1. 1. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 1 Electrónica Analógica: Timers Temporizadores Timers
  2. 2. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 2 Electrónica Analógica: Timers  Antes de ser introduzido o temporizador integrado 555, em 1971, a maioria dos circuitos temporizadores eram constituídos com semicondutores discretos e integrados com produtos finais de certa complexidade.  O advento do 555, transformou essa situação, fazendo com que o mesmo tipo de circuito possa agora ser conseguido á custa de meia dúzia de componentes de baixo preço, apresentado características de elevado nível de precisão e robustez.  Hoje em dia os temporizadores integrados apresentam-se com aplicações que vão dos nanossegundos, a intervalos de tempo da ordem de dias, semanas e mesmo meses... Temporizadores Introdução
  3. 3. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 3 Electrónica Analógica: Timers 8 V+  Apresentamos em seguida um esquema bloco de um temporizador. (One Shot) Trigger Input C t* Rt* Threshold control Circuit Output S1 É formado por 4 Componentes: Mais…  Entrada de Disparo (Trigger). … e uma saída (Output). Quando accionado por um impulso negativo, dará uma impulso na saída com um certo tempo que dependerá de Ct e Rt. Ct Voltage Trigger Input Output 0V+ 0V V+ T V+ Temporizador: 555 Introdução  Resistência de temporização Rt. Condensador de temporização Ct. Comutador S1. Circuito de controle (Threshold).
  4. 4. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 4 Electrónica Analógica: Timers  Dois comparadores. O divisor de tensão é constituído por R7, R8, e R9, que dão com ref 2/3 V+ para o comparador superior e 1/3 de V+ para o comparador inferior.  Um Flip-Flop.  Um divisor de tensão resistivo.  Um andar de saída.  V+ (Terminal 8)- Tensão positiva de alimentação que pode variar entre +5 e 15 Volts. Control Voltage (Terminal 5)- Tensão de acesso directo ao divisor de tensão R7 - R8 (2/3 de V+), de modo a referenciar o nível de cada comparador. Esta possibilidade permite utilizar o “timer” como V.C.O. Quando esta tensão não é utilizada, este terminal (5),deve estar ligado á massa através de um condensador de 0,01uF, aumentando a imunidade ao ruído, evitando erros e oscilações. Temporizador: 555 Constituição - Pinos
  5. 5. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 5 Electrónica Analógica: Timers  Reset (Terminal 4)- Função prioritária, leva a saída a zero, independentemente das outras entradas, quando lhe é aplicado um potencial baixo, permitindo o inicio de novo ciclo.  Trigger (Terminal 2)- É uma das entradas do comparador de 1/3 de V+ e é usada para mudar o estado do Flip-Flop de control e provoca alteração da saída.  Threshold (Terminal 6)- É uma das entradas do comparador de 2/3 de V+ e é usada para mudar o estado do Flip-Flop. Dando alteração da saída. NOTA: um impulso de “trigger” inicia um novo ciclo, e o circuito não responderá a novo impulso de “trigger”, mas se o “Reset” for actuado, imediatamente fica pronto para novo ciclo. Quando não usada esta entrada deve ser ligada ao V+. O impulso “Reset” deve ser de 0,4 a 1Volt . Temporizador: 555 Constituição - Pinos
  6. 6. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 6 Electrónica Analógica: Timers  Discharge (Terminal 7) É o colector dum transistor NPN de emissor á massa. A condução ou não deste transistor, depende do estado do andar de saída reflectindo o inverso deste andar.. “(Identificação dos pinos)” Temporizador: 555 Constituição - Pinos
  7. 7. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 7 Electrónica Analógica: Timers “Pinos” Temporizador: 555 Esquema Interno
  8. 8. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 8 Electrónica Analógica: Timers Ct Voltage Trigger Input Output 1/3V+ T T= 1.1*RtCt Rt= 10K a 14 M Ct= 100pF a 1000uF  Funcionamento: No estado estável, o flip-flop de Controle mantém o transistor Q14 (7) em condução pondo o condensador de temporização externa Ct, ligado á massa. Durante esse tempo a saída (3), matem-se ao nível da massa. As três resistências actuam como divisores de tensão fornecendo 2/3V+ e 1/3V+. O comparador “Lower” tem a tensão de ref. de 1/3V+ e mantém-se estável enquanto a entrada de “Trigger” (2) estiver acima de 1/3 de V+. Quando há um impulso negativo na entrada “Trigger” (2) o comparador “Lower” coloca o Flip-Flop em zero levando Q14 ao corte, enquanto que a saída (3) ficará em “high”. C1 Ground Discharge Trigger Threshold Reset V+ Output Control Voltage 4 6 2 7 1 3 5 C t* Rt* 0,01uF 555 8 0V+ V+ 2/3V+ 0V+ Multivibrador Monoestável Temporizador: 555
  9. 9. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 9 Electrónica Analógica: Timers Ct Voltage Trigger Input Output 1/3V+ T Rt= 10K a 14 M Ct= 100pF a 1000uF C1 Ground Discharge Trigger Threshold Reset V+ Output Control Voltage 4 6 2 7 1 3 5 C t* Rt* 0,01uF 555 8 0V+ V+ 2/3V+ 0V+  Funcionamento (Cont): Então o condensador de temporização Ct irá carregar exponencialmente para V+ através de Rt, com uma constante em tempo de Rt.Ct. Após um período de tempo, a tensão no condensador iguala a tensão de 2/3V+ e o comparador “upper” (6) irá comutar o flip-Flop de controle novamente para a situação inicial, saída a zero (3). “A duração do impulso” : Temos: t= ln[V+/[(V+)-(VC) ] 2/3V+=V+(1-e-t/RtCt)Pelo que: O que dá : T= 1.1*RtCt  ln3=1.1 Multivibrador Monoestável Temporizador: 555 Vc=V+(1-e-t/RtCt)
  10. 10. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 10 Electrónica Analógica: Timers Ct Voltage Output 1/3V+ 2/3V + 0V+ V+ t1 t2 T t1=0.693(Rta+Rtb)Ct t2=0.693.Rtb.Ct T=0.693(Rta+2Rtb)Ct f=1/T = 1.44 (Rta+2Rtb)Ct  Nesta montagem de Astável a resistência de temporização é desdobrada em duas Rta e Rtb com o transistor Q14 “Discharge” (7) ligado á junção das duas. Note-se que o “Trigger”(2), está também ligado á entrada de “Threshold” (6). Quando a fonte é ligada o condensador Ct carrega até 2/3V+, através de Rtb e Rta.  Quando a tensão no condensador atinge os 2/3V+ o comparador “Upper” (6) muda o estado do Flip-Flop que põe em condução Q14 (7) e o condensador descarrega para zero através de Rtb. Quando a descarga atinge 1/3V+, o comparador “Lower” (2), é disparado, vai fazer comutar o Flip- Flop e inicia um novo ciclo.  Funcionamento: Ground Discharge Trigger Threshold Reset V+ Output Control Voltage 84 6 2 7 1 3 5 C1C t* 0,01uF 555 R tb* R ta* V+(+5V a +15V) Multivibrador Astável Temporizador: 555
  11. 11. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 11 Electrónica Analógica: Timers  O condensador é assim periodicamente carregado e descarregado entre 2/3V+ e 1/3V+. t1=(Rtb+Rta).Ct ln [(V+)-(1/3V+) [(V+)-(2/3V+) Ou seja:  A saída baixa t2:  Sendo: f= 1 T = 1,44 (Rta+2Rtb).Ct t1= 0,693(Rtb+Rta).Ct (High) t2= 0,693.Rtb.Ct T=t1+t2= 0,693(Rta+2Rtb).Ct seg  Funcionamento (Cont): Ct Voltage Output 1/3V+ 2/3V + 0V+ V+ t1 t2 T t1=0.693(Rta+Rtb)Ct t2=0.693.Rtb.Ct T=0.693(Rta+2Rtb)Ct f=1/T = 1.44 (Rta+2Rtb)Ct Ground Discharge Trigger Threshold Reset V+ Output Control Voltage 84 6 2 7 1 3 5 C1C t* 0,01uF 555 R tb* R ta V+(+5V a +15V)  1/0,693 =1,44  Ou seja:ln2 Multivibrador Astável Temporizador: 555
  12. 12. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 12 Electrónica Analógica: Timers Multivibrador Astável Temporizador: 555
  13. 13. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 13 Electrónica Analógica: Timers  Funcionamento (Cont): Multivibrador Astável Temporizador: 555
  14. 14. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 14 Electrónica Analógica: Timers  Com a adição dum simples diodo, agora o condensador C só carrega através de R1 e descarrega através de R2, permitindo que o tempo de carga e descarga do condensador, sejam praticamente iguais, se R1=R2…ou diferentes... Mas independentes. f= 1 T = 1,44 (R1+R2).C t1= 0,693.R1.C t2= 0,693.R2.C T=t1+t2= 0,693(R1+R2).C seg  Se R1=R2: =0,5 Desprezando a queda de tensão de 0,7V no diodo... Multivibrador Astável Temporizador: 555
  15. 15. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 15 Electrónica Analógica: Timers R1 e R2 devem ter um valor entre 1KΩ e 1MΩ. Primeiramente escolhe-se o condensador adequado á frequência desejada, visto não haver muitos valores disponíveis. (usar a tabela somente como referência). 555 astável - frequências C1 R2 = 10kΩ R1 = 1kΩ R2 = 100kΩ R1 = 10kΩ R2 = 1MΩ R1 = 100kΩ 0.001µF 68kHz 6.8kHz 680Hz 0.01µF 6.8kHz 680Hz 68Hz 0.1µF 680Hz 68Hz 6.8Hz 1µF 68Hz 6.8Hz 0.68Hz 10µF 6.8Hz 0.68Hz (41 per min.) 0.068Hz (4 per min.) Escolha de R1, R2 e C1 R2 = 0.7 f × C1 Escolha R2 para a frequência desejada e assuma que R1 é  R2 (1/10 mas nunca 1KΩ) de tal modo que Tm e Ts são praticamente iguais. A menos que se queira tempos diferentes para Tm e Ts.  Para um astável com um 555 standard, normalmente TmTs pelo que o Duty cycle deve de ser pelo menos  50%.  Para um Duty cycle = 50% ou menor, coloca-se um diodo em paralelo com R2, que a curto-circuito durante a carga pelo que Tm depende somente de C1 e R1. Multivibrador Astável Temporizador: 555
  16. 16. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 16 Electrónica Analógica: Timers  De notar que nesta montagem, não há ligação ao pino 7 (Discharge), há só uma resistência de temporização, que está ligada não ao V+ mas ao pino 3 (Saída). f= 1 T = t1= 0,693.R1.C Se: t1= t2 D=0,5 T=t1+t2= 0,693.2.R1.C seg t2= 0,693.R1.C Ton=Toff (Teórico) Nesta Montagem, aparentemente o t1=t2 na teoria, na prática verifica-se que devido a tempos de resposta t1>t2 mas C carrega de entre 1/3 a 2/3 de V+ . Multivibrador Astável Temporizador: 555
  17. 17. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 17 Electrónica Analógica: Timers  Funcionamento:  Quando a base de T1 é positiva, este conduz e vai colocar o condensador Ct á massa originando um impulso negativo na entrada do comparador “Lower”(2) (1/3V+) mudando o estado do Flip-Flop e colocando a saída (3) em “high”.  Quando T1 vai ao corte, por a sua base estar negativa, o condensador Ct vai carregar para V+ através de Rta ate 2/3V+;  Nessa altura, entra em acção o comparador “Upper” (6) que vai mudar o estado do Flip-Flop e consequentemente a saída para zero, esperando novo impulso de T1. 2/3V+ C1 Ground Discharge Trigger Threshold Reset V+ Output Control Voltage 84 6 2 7 1 3 5 C t* 0,01uF 555 R ta* V+(+5V a +15V) T1 Vi td=Time delay td=1.1 R.C td  T/2 Vi VCt Vo t t t td T Como Temporizador Temporizador: 555
  18. 18. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 18 Electrónica Analógica: Timers  Funcionamento: td=Time delay td=1.1 R.C td  T/2 …Pode até funcionar como divisor, porque quando disparado por um impulso de “Trigger”, vai percorrer a constante em tempo predeterminada, e durante esse tempo não interessa quantos impulsos de entrada houve… A menos que entretanto haja “Reset”… Monoestável: - Time delay Temporizador: 555
  19. 19. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 19 Electrónica Analógica: Timers “Monoestável” “Astável” Montagens Temporizador: 555
  20. 20. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 20 Electrónica Analógica: Timers Montagens Temporizador: 555
  21. 21. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 21 Electrónica Analógica: Timers  Foi o primeiro “Timer“ a aparecer, que ultrapassou o 555 em algumas características: Maior gama de tensões de alimentação (4,5-40V). Maior precisão. Maior imunidade ao ruído. É semelhante ao 555 no Comparador, Flip-Flop e Q1, assim como nos divisores de tensão R16 e R17.  A voltagem de referência é retirada de um regulador interno que dá á saída 3,15V, sendo esta é a grande diferença em relação ao 555, pois assim é eliminada qualquer consequência resultante da variação da fonte de alimentação. Estrutura Temporizador: LM322
  22. 22. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 22 Electrónica Analógica: Timers R/C é o ponto de junção R e C de temporização exteriores á qual Q1 também está ligado. A função da porta “Logic”, é controlar o ON/OFF do andar de saída. O sinal de “Trigger” é um impulso positivo que leva o Flip-flop a iniciar o ciclo de temporização. A saída do Flip-flop não modifica por si só a saída, pois existe um “EXC.OR” que tem duas entradas: o F/F e a porta Logic. Quando a porta “Logic” é “1”, durante o ciclo de temporização o andar de saída está “on” (colector) e “off” durante o restante período de funcionamento, quando a porta “Logic” é “0”, acontece o oposto. O andar de saída é um par de transistores NPN em que o Colector e o Emissor de um estão ligados ao exterior podendo a saída ser retirada do Colector ou do Emissor. in=0 in1 Estrutura Temporizador: LM322
  23. 23. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 23 Electrónica Analógica: Timers Esquema Temporizador: LM322
  24. 24. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 24 Electrónica Analógica: Timers Ground R/C Trigger Logic V+ Collector Emitter Output 3 2 4 5 6 12 1 C t* Trigger Input 322VRef V+ (+4,5 V to +40V RL 10 R t* Ct Voltage Trigger Input Logic 0V+ 0V+ V+ T 1,6V 2V to VRef 0V+ V+ Logic to Ground Output  With logic high, output is high during T.  With logic low output is low during T.  T=Rt.Ct.  Rt and Ct, , value ranges:  Rt = 10K to 100M.  Ct = 100pF to 100FMontagem como Monoestável, com saída do colector. Monoestável Temporizador: LM322
  25. 25. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 25 Electrónica Analógica: Timers Ct Voltage Trigger Input Logic 0V+ 0V+ V+ T 1,6V 2V to Ground 0V+ V+ Logic to Vref Output Ground R/C Trigger Logic V+ Collector Emitter Output 3 2 4 5 6 12 1 C t* Trigger Input 322VRef V+ (+4,5 V to +40V RL 10 R t*  With logic high, output is low during T.  With logic low output is high during T.  T=Rt.Ct.  Rt and Ct, , value ranges:  Rt = 10K to 100M.  Ct = 100pF to 100F Montagem como Monoestável, com saída do Emissor. Monoestável Temporizador: LM322
  26. 26. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 26 Electrónica Analógica: Timers Encapsulamentos Toda esta família de integrados temporizadores têm características idênticas, sendo a diferença a entradas “Boost” cuja característica é aumentar a velocidade do Comparador quando esta está ligada ao V+ Temporizadores: - LM 122/222/322/2905/3905 Encapsulamentos
  27. 27. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 27 Electrónica Analógica: Timers  Este tipo de “Timer”, como se pode verificar, é constituído por duas secções principais: Uma que é um “Timer” 555 que funciona como oscilador astável com frequência determinada pelo condensador e resistência externas. E a outra é um contador programável pelo utilizador controlado pelo control “Logic” em função do “Trigger” e do “Reset”. Estrutura Temporizador programável: XR-2240
  28. 28. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 28 Electrónica Analógica: Timers  A saída do 555 é no terminal 14, sendo a saída base. O contador tem 8 andares binários, cada um com saída múltipla da saída base. O “Control Logic” é um Flip-flop de control através das entradas de “Trigger” e “Reset”. Em operação, uma resistência e um condensador são ligados externamente á entrada “R/C” fazendo a constante em tempo da frequência do oscilador. A tensão de referência do Comparador “lower” é de 0,269.V+ e a tensão de referência do comparador “upper” é de 0,731.V+. ( Simples divisor de tensão entre V+, R1 até R3.) No estado de “Reset” Q2 conduz e o nó “R/C” aproxima-se de V+, C está carregado a V+.que através do comparador “upper”, mantém o F/F de Control em Set, bloqueando a saída no pino 14. Quando surge um impulso de “Trigger”, no “Control Logic” este autoriza o F/F de Control e Q2 vai (e fica) ao corte e Q3 á condução e o condensador Ct descarrega até ao nível de 0,269.V+ o que faz disparar o comparador “lower” que muda o estado do “Flip-flop de Control” e leva Q3 ao corte e faz Ct iniciar a carga através de Rt, para o nível superior fazendo disparar o comparador de cima que muda o F/F e leva Q3 á condução, e assim sucessivamente, até surgir um impulso de “Reset”, do “Control Logic”. Funcionamento Temporizador programável: XR-2240
  29. 29. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 29 Electrónica Analógica: Timers 2T Ground Trigger V+ 9 16 C t* Trigger Input 2240 V+ (+4V to +15V R/C RL R t* Output Reset 1T 2T 4T 8T 16T 32T 64T 128T V+ 13 11 10 1 2 3 4 5 6 7 8 Trigger Input 1,4V 0V 0,731.V+ V+ R/C Timing Ramp 0,269.V+ T V+ 1T Output 0V 2T Output 0V V+ Time Base Output 0V V+ Temporização Temporizador programável: XR-2240
  30. 30. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 30 Electrónica Analógica: Timers O XR-2240 tem um oscilador interno, e 8 andares divisores binários, que permitem ajustar a divisão para valores entre 1 e 255 (todas as saídas em “1”) através de selectores externos.  É actuado por um impulso positivo aplicado ao pino 11 que dá inicio ao funcionamento do oscilador e põe as saídas de 1-8 em estado lógico “0“. A sequência de contagem binária começa nas saídas de 1-8 podendo estar ligadas a uma gate “AND”. Todas as saídas seleccionadas têm que estar em “1” para que efectivamente haja uma saída. Se uma saída seleccionada for “0” a saída é “0”. Isto pode ser usado como “Reset” do contador ligando o pino 10 á saída desejada.  A frequência do oscilador interno tem o período t = C.R segundos sendo C em Farads e R em Ohms. Modo Programável Temporizador programável: XR-2240
  31. 31. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 31 Electrónica Analógica: Timers  É actuado por um impulso positivo aplicado ao pino 11 que dá inicio ao funcionamento do oscilador e põe as saídas de 1-8 em estado lógico “0“. O oscilador base continua a funcionar até atingir a selecção determinada pelos selectores, ao fim da qual a saída passa a “1” e o entrada “Reset” é actuada (pino 10), terminando o ciclo de temporização. O “Timer” está agora na situação de repouso até á chegada de novo impulso de “Trigger”. Trigger Input 1,4V 0V Output 0V V+ T  Output Pulse Width =T= n.Rt.Ct.  Where 1≤n≤255 set by selectors.  Rt and Ct, , value ranges:  Rt = 1K to 10M.  Ct = 0,01F to 1000F. Monoestável Temporizador programável: XR-2240
  32. 32. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 32 Electrónica Analógica: Timers tt o C.R.n2 1 f   A operação como astável é semelhante á de Monoestável, com a diferença que a entrada de “Reset” (pino 10), não está ligada á saída, o que permite que o “Timer” 2240 oscile continuamente a partir do momento que é iniciado pelo impulso de “Trigger”... Trigger Input 1,4V 0V 2T Output 0V V+ Reset  With a single output selected:  To=1/2 period of output frequency (fo).  =n.Rt.Ct For n=1,2,4,8,16,32,64,128 Astável Temporizador programável: XR-2240
  33. 33. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 33 Electrónica Analógica: Timers Temporizadores de precisão. Linhas de retardo longas. Temporização sequencial. Sintetizadores de frequência. Contagem de impulsos. Conversão A/D. Digital Sample and Hold. Aplicações Se os selectores 1, 4, e 8 estão seleccionados a divisão será 1+8+128=137. Se o período do oscilador for 1 segundo, então a saída será “1” durante 137 segundos. O 2240 pode operar com um fonte de alimentação simples de 4 – 15V. Consumo de corrente típico é de 15 mA. Pode fornecer temporizações de 10s a 10 horas. Ground Trigger V+ 9 16 C t* Trigger Input 2240 V+ (+4V to +15V R/C RL R t* Output Reset 1T 2T 4T 8T 16T 32T 64T 128T V+ Algumas características Temporizador programável: XR-2240
  34. 34. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 34 Electrónica Analógica: Timers Dúvidas?
  35. 35. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 35 Electrónica Analógica: Timers
  36. 36. Electrónica Analógica 28-06-2013 Por : Luís Timóteo 36 Electrónica Analógica: Timers Bibliografias http://pencho.my.contact.bg/start/comp/555/555.htm http://www.electronics.dit.ie/staff/mtully/555%20folder/555%20timer.htm http://pr.radom.net/~pgolabek/materialy/Elektronika/Dodatki/555/williamson-labs.com/555-circuits.htm http://www.docstoc.com/docs/120789589/IC-Timer-() http://www.electroniq.net/other-projects/xr2240-timer-circuit-project.html http://www.datasheetarchive.com/LM122-datasheet.html http://www.datasheetarchive.com/LM322-datasheet.html http://www.datasheetarchive.com/LM3905-datasheet.html

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