Abbiamo visto che multivibratori e oscillatori CMOS possono essere facilmente costruiti da componenti discreti per produrre oscillatori relax per generare forme d’onda di uscita onda quadra di base. Ma ci sono anche IC dedicati appositamente progettati per produrre con precisione la forma d’onda di uscita richiesta con l’aggiunta di pochi componenti di temporizzazione aggiuntivi.,

Uno di questi dispositivi che è stato intorno fin dai primi giorni di IC e di per sé è diventato qualcosa di un settore “standard” è il 555 Timer Oscillatore che è più comunemente chiamato il “555 Timer”.

Il timer di base 555 prende il nome dal fatto che ci sono tre resistori 5kΩ collegati internamente che utilizza per generare le tensioni di riferimento dei due comparatori., Il 555 timer IC è un dispositivo di temporizzazione di precisione molto economico, popolare e utile che può agire come un semplice timer per generare singoli impulsi o lunghi ritardi, o come un oscillatore di rilassamento producendo una serie di forme d’onda stabilizzate di cicli di lavoro variabili dal 50 al 100%.,

Il 555 timer chip è estremamente robusto e stabile a 8 pin dispositivo che può essere usato come un accurato Monostabile, Bistabile o Multivibratore Astabile per produrre una varietà di applicazioni come one-shot o delay timer, la generazione di impulsi, LED e lampada lampeggiatori, gli allarmi e la generazione del suono, di logica, di orologi, di divisione di frequenza, alimentatori e convertitori ecc, in realtà ogni circuito che richiede una qualche forma di controllo in tempo la lista è infinita.,

Il singolo chip Timer 555 nella sua forma base è un dispositivo bipolare a 8 pin mini Dual-in-line Package (DIP) composto da circa 25 transistor, 2 diodi e circa 16 resistori disposti per formare due comparatori, un flip-flop e uno stadio di uscita ad alta corrente come mostrato di seguito. Oltre al timer 555 è disponibile anche l’oscillatore timer NE556 che combina DUE singoli 555 all’interno di un singolo pacchetto DIP a 14 pin e versioni CMOS a bassa potenza del singolo timer 555 come 7555 e LMC555 che utilizzano invece transistor MOSFET.,

Un “diagramma a blocchi” semplificato che rappresenta la circuiteria interna del timer 555 è riportato di seguito con una breve spiegazione di ciascuno dei suoi pin di collegamento per aiutare a fornire una comprensione più chiara di come funziona.

555 Schema a blocchi timer

  • • Pin 1. – Terra, il pin di terra collega il timer 555 alla guida di alimentazione negativa (0v).
  • • Perno 2. – Trigger, L’ingresso negativo al comparatore n. 1., Un impulso negativo su questo pin ” imposta “il Flip-flop interno quando la tensione scende sotto 1/3Vcc causando il passaggio dell’uscita da uno stato” BASSO “a uno” ALTO”.
  • • Perno 3. – Uscita, il pin di uscita può guidare qualsiasi circuito TTL ed è in grado di sourcing o affondare fino a 200mA di corrente ad una tensione di uscita pari a circa Vcc – 1.5 V così piccoli altoparlanti, LED o motori possono essere collegati direttamente all’uscita.
  • • Perno 4. – Reset, questo pin viene utilizzato per “resettare” il Flip-flop interno che controlla lo stato dell’uscita, pin 3., Questo è un ingresso attivo-basso ed è generalmente collegato a un livello logico ” 1 ” quando non viene utilizzato per impedire qualsiasi ripristino indesiderato dell’uscita.
  • • Perno 5. – Tensione di controllo, questo pin controlla i tempi del 555 sovrascrivendo il livello 2/3Vcc della rete divisore di tensione. Applicando una tensione a questo pin la larghezza del segnale di uscita può essere variata indipendentemente dalla rete di temporizzazione RC. Quando non viene utilizzato è collegato a terra tramite un condensatore 10nF per eliminare qualsiasi rumore.
  • • Perno 6. – Soglia, L’ingresso positivo al comparatore n. 2., Questo pin viene utilizzato per ripristinare il Flip-flop quando la tensione applicata ad esso supera 2 / 3Vcc causando l’uscita per passare da” alto “a” BASSO” stato. Questo pin si collega direttamente al circuito di temporizzazione RC.
  • • Perno 7. – Scarico, il perno di scarico è collegato direttamente al collettore di un interno NPN transistor che viene utilizzato per ” scarico “il condensatore di temporizzazione a terra quando l’uscita a pin 3 interruttori”BASSO”.
  • • Perno 8. – Alimentazione + Vcc ,questo è il pin di alimentazione e per uso generale TTL 555 timer è tra 4.5 V e 15 V.,

Il nome dei timer 555 deriva dal fatto che ci sono tre resistori 5kΩ collegati tra loro internamente producendo una rete di divisori di tensione tra la tensione di alimentazione al pin 8 e la massa al pin 1. La tensione attraverso questa rete resistiva di serie tiene l’input invertente negativo del comparatore due a 2 / 3Vcc e l’input non invertente positivo al comparatore uno a 1 / 3Vcc.,

I due comparatori producono una tensione di uscita dipendente dalla differenza di tensione ai loro ingressi che è determinata dall’azione di carica e scarica della rete RC collegata esternamente. Le uscite di entrambi i comparatori sono collegate ai due ingressi del flip-flop che a sua volta produce un’uscita di livello “ALTO” o “BASSO” a Q in base agli stati dei suoi ingressi. L’uscita dal flip-flop viene utilizzata per controllare uno stadio di commutazione di uscita ad alta corrente per pilotare il carico collegato producendo un livello di tensione “ALTO” o “BASSO” sul pin di uscita.,

L’uso più comune dell’oscillatore timer 555 è come un semplice oscillatore astabile collegando due resistori e un condensatore attraverso i suoi terminali per generare un treno di impulsi fisso con un periodo di tempo determinato dalla costante di tempo della rete RC. Ma il chip oscillatore timer 555 può anche essere collegato in una varietà di modi diversi per produrre multivibratori monostabili o bistabili, nonché il più comune multivibratore astabile.,

Il timer 555 monostabile

Il funzionamento e l’uscita del timer 555 monostabile è esattamente lo stesso di quello transistor che vediamo in precedenza nel tutorial Multivibratori monostabili. La differenza questa volta è che i due transistor sono stati sostituiti dal dispositivo timer 555. Si consideri il circuito monostabile timer 555 sotto.,

Timer 555 monostabile

Quando un impulso negativo ( 0V ) viene applicato all’ingresso trigger (pin 2) dell’oscillatore timer 555 monostabile configurato, il comparatore interno, (comparatore No1) rileva questo ingresso e “imposta” lo stato del flip-flop, cambiando l’uscita da un “BASSO” stato a uno stato “ALTO”. Questa azione a sua volta spegne il transistor di scarica collegato al pin 7, rimuovendo così il cortocircuito attraverso il condensatore di temporizzazione esterno, C1.,

Questa azione consente al condensatore di temporizzazione di iniziare a caricarsi attraverso il resistore, R1 fino a quando la tensione attraverso il condensatore raggiunge la soglia (pin 6) di tensione di 2/3Vcc impostata dalla rete di divisori di tensione interna. A questo punto l’uscita dei comparatori va ” ALTA” e “ripristina” il flip-flop al suo stato originale che a sua volta gira” ON ” il transistor e scarica il condensatore a terra attraverso il pin 7. Ciò fa sì che l’uscita cambi il suo stato al valore “BASSO” stabile originale in attesa di un altro impulso di trigger per avviare nuovamente il processo di temporizzazione., Quindi, come prima, il Multivibratore monostabile ha solo” UNO ” stato stabile.

Il circuito del timer 555 monostabile si innesca su un impulso negativo applicato al pin 2 e questo impulso di trigger deve essere molto più breve della larghezza dell’impulso di uscita, consentendo al condensatore di temporizzazione di caricarsi e quindi scaricarsi completamente. Una volta attivato, il 555 Monostabile rimarrà in questo stato di output instabile “ALTO” fino a quando non sarà trascorso il periodo di tempo impostato dalla rete R1 x C1. La quantità di tempo in cui la tensione di uscita rimane “ALTA” o ad un livello logico “1”, è data dalla seguente equazione costante di tempo.,

Dove, t è in secondi, R è in Ω e C in Farad.

555 Timer Esempio No1

È necessario un timer 555 monostabile per produrre un ritardo all’interno di un circuito. Se si utilizza un condensatore di temporizzazione 10uF, calcolare il valore del resistore necessario per produrre un ritardo di uscita minimo di 500ms.

500ms è lo stesso che dice 0.,5s quindi riorganizzando la formula sopra, otteniamo il valore calcolato per il resistore, R come:

Il valore calcolato per il resistore di temporizzazione richiesto per produrre la costante di tempo richiesta di 500ms è quindi, 45.5 KΩ. Tuttavia, il valore del resistore di 45.5 KΩ non esiste come resistore di valore standard, quindi dovremmo selezionare il resistore di valore preferito più vicino di 47kΩ che è disponibile in tutti gli intervalli di tolleranza standard da E12 (10%) a E96 (1%), dandoci un nuovo ritardo ricalcolato di 517ms.,

Se questa differenza di tempo di 17 ms (500-517 ms) è inaccettabile invece di un singolo resistore di temporizzazione, due diversi resistore di valore potrebbe essere collegato insieme in serie per regolare la larghezza di impulso per l’esatto valore desiderato, o un diverso condensatore di temporizzazione valore scelto.

Ora sappiamo che il ritardo temporale o la larghezza dell’impulso di uscita di un timer 555 monostabile è determinato dalla costante di tempo della rete RC collegata., Se sono necessari lunghi ritardi nei 10 secondi, non è sempre consigliabile utilizzare condensatori di temporizzazione ad alto valore in quanto possono essere fisicamente grandi, costosi e avere tolleranze di grande valore, ad esempio ±20%.

Una soluzione alternativa è quella di utilizzare un condensatore di temporizzazione di piccolo valore e un resistore di valore molto più grande fino a circa 20MΩ per produrre il ritardo richiesto., Inoltre, utilizzando un condensatore di temporizzazione di valore più piccolo e diversi valori di resistenza collegati ad esso tramite un interruttore rotante multiposizione, possiamo produrre un circuito oscillatore timer 555 monostabile in grado di produrre diverse larghezze di impulso ad ogni rotazione dell’interruttore, come il circuito timer 555 monostabile commutabile mostrato di seguito.

Un timer 555 commutabile

Possiamo calcolare manualmente i valori di R e C per i singoli componenti richiesti come abbiamo fatto nell’esempio precedente., Tuttavia, la scelta dei componenti necessari per ottenere il ritardo desiderato ci richiede di calcolare con kilohm (KΩ), Megaohm (MΩ), microfarad (µF) o picafarad (pF) ed è molto facile finire con un ritardo temporale che è fuori di un fattore di dieci o anche cento.

Possiamo rendere la nostra vita un po ‘ più facile utilizzando un tipo di grafico chiamato “Nomograph” che ci aiuterà a trovare i multivibratori monostabili uscita frequenza prevista per diverse combinazioni o valori sia della R e C., Ad esempio,

Nomograph monostabile

Quindi selezionando valori adatti di C e R negli intervalli da 0,001 uF a 100uF e da 1kΩ a 10MΩ rispettivamente, possiamo leggere la frequenza di uscita prevista direttamente dal grafico nomograph eliminando così qualsiasi errore nei calcoli. In pratica il valore del resistore di temporizzazione per un timer 555 monostabile non deve essere inferiore a 1kΩ o superiore a 20MΩ.,

Bistable 555 Timer

Oltre alla configurazione monostabile one shot 555 di cui sopra, possiamo anche produrre un dispositivo bistabile (due stati stabili) con il funzionamento e l’uscita del Bistabile 555 simile a quello transistor che vediamo in precedenza nel tutorial sui multivibratori bistabili.

Il bistabile 555 è uno dei circuiti più semplici che possiamo costruire utilizzando il chip oscillatore timer 555. Questa configurazione bistabile non utilizza alcuna rete di temporizzazione RC per produrre una forma d’onda di uscita, quindi non sono necessarie equazioni per calcolare il periodo di tempo del circuito., Si consideri il bistabile 555 circuito Timer di seguito.

Bistabile 555 Timer (flip-flop)

La commutazione della forma d’onda di uscita si ottiene controllando il trigger e reset ingressi del 555 timer che sono tenuti “alto” dalle due resistenze di pull-up, R1 e R2. Prendendo l’ingresso trigger (pin 2)” BASSO”, interruttore in posizione impostata, cambia lo stato di uscita in stato” ALTO “e prendendo l’ingresso di reset (pin 4)” BASSO”, interruttore in posizione di reset, cambia l’uscita in stato” BASSO”.,

Questo circuito timer 555 rimarrà in uno stato indefinitamente ed è quindi bistabile. Quindi il timer bistabile 555 è stabile in entrambi gli stati, “ALTO”e “BASSO”. L’ingresso soglia (pin 6) è collegato a terra per garantire che non possa ripristinare il circuito bistabile come in una normale applicazione di temporizzazione.

Uscita timer 555

Non abbiamo potuto finire questo tutorial Timer 555 senza discutere qualcosa sulle capacità di commutazione e azionamento del timer 555 o addirittura del doppio timer 556 IC.,

L’uscita (pin 3) del timer standard 555 o del timer 556, ha la capacità di “affondare” o “Generare” una corrente di carico fino a un massimo di 200mA, sufficiente per pilotare direttamente trasduttori di uscita come relè, lampade a filamento, motori a LED, altoparlanti ecc., con l’ausilio di resistori in serie o di protezione a diodi.,

Questa capacità del timer 555 di “Sink” (assorbire) e “Source” (alimentazione) significa che il dispositivo di uscita può essere collegato tra il terminale di uscita del timer 555 e l’alimentazione per affondare la corrente di carico o tra il terminale di uscita e la terra per generare la corrente di carico. Biru.

sink e source 555 Timer di Uscita

il primo circuito di cui sopra, il LED è collegato tra il positivo di alimentazione ( +Vcc ) e il pin di uscita 3., Ciò significa che la corrente “affonderà” (assorbirà) o fluirà nel terminale di uscita del timer 555 e il LED sarà “ACCESO” quando l’uscita è “BASSA”.

Il secondo circuito sopra mostra che il LED è collegato tra il pin di uscita 3 e la massa ( 0v ). Ciò significa che la corrente sarà “Sorgente” (alimentazione) o il flusso fuori del 555 timer terminale di uscita e il LED sarà “ON” quando l’uscita è “ALTA”.,

La capacità del timer 555 di affondare e generare la corrente di carico in uscita significa che entrambi i LED possono essere collegati al terminale di uscita allo stesso tempo, ma solo uno verrà acceso “ON” a seconda che lo stato di uscita sia “ALTO” o “BASSO”. Il circuito a sinistra mostra un esempio di questo. i due LED saranno alternativamente accesi e spenti a seconda dell’uscita. Resistenza, R viene utilizzato per limitare la corrente del LED al di sotto di 20mA.,

Abbiamo detto in precedenza che la corrente di uscita massima per affondare o sorgente la corrente di carico tramite pin 3 è di circa 200mA alla massima tensione di alimentazione, e questo valore è più che sufficiente per guidare o commutare altri IC logici, LED o piccole lampade, ecc. Ma cosa succede se volessimo cambiare o controllare dispositivi di potenza superiore come motori, elettromagneti, relè o altoparlanti. Quindi avremmo bisogno di usare un transistor per amplificare l’uscita dei timer 555 al fine di fornire una potenza sufficientemente elevata per pilotare il carico.,

555 Timer Transistor Driver

Il transistor nei due esempi di cui sopra, può essere sostituito con un dispositivo MOSFET di potenza o transistor Darlington se la corrente di carico è alta. Quando si utilizza un carico induttivo come un motore, un relè o un elettromagnete, è consigliabile collegare un diodo a ruota libera (o volano) direttamente attraverso i terminali di carico per assorbire eventuali tensioni emf posteriori generate dal dispositivo induttivo quando cambia stato.

Finora abbiamo visto l’uso del timer 555 per generare impulsi di uscita monostabili e bistabili., Nel prossimo tutorial sulla generazione della forma d’onda vedremo di collegare il 555 in una configurazione multivibratore astable. Quando viene utilizzato in modalità astable sia la frequenza e duty cycle della forma d’onda di uscita può essere controllato con precisione per produrre un generatore di forme d’onda molto versatile.