Guinguette Marais Poitevin

555 Timer Tutorial

Di Philip Kane

555 Timer Tutorial Bundle include:

555 Segnali e piedinatura (8 pin DIP)

La figura 1 mostra i segnali di ingresso e di uscita del timer 555 come sono disposti in un package standard a 8 pin dual inline (DIP).

Pin 4 – Reset (RES)
Una bassa tensione (inferiore a 0.7V) applicata al pin di reset causerà l’uscita (pin 3) per andare basso. Questo ingresso dovrebbe rimanere collegato a Vcc quando non viene utilizzato.
Pin 5 – Tensione di controllo (CON)
È possibile controllare la tensione di soglia (pin 6) attraverso l’ingresso di controllo (che è internamente impostato a 2/3 della tensione di alimentazione). Potete variarla dal 45% al 90% della tensione di alimentazione. Questo vi permette di variare la lunghezza dell’impulso di uscita in modalità monostabile o la frequenza di uscita in modalità astabile. Quando non è in uso si raccomanda che questo ingresso sia collegato alla massa del circuito tramite un condensatore da 0.01uF.

Pin 6 – Soglia (TRE)
In entrambe le modalità astabile e monostabile la tensione attraverso il condensatore di temporizzazione è monitorata attraverso l’ingresso di soglia. Quando la tensione a questo ingresso sale sopra il valore di soglia, l’uscita passerà da alta a bassa.
Pin 7 – Scarica (DIS)
quando la tensione attraverso il condensatore di temporizzazione supera il valore di soglia. Il condensatore di temporizzazione viene scaricato attraverso questo ingresso
Pin 8 – Tensione di alimentazione (VCC)
Questo è il terminale positivo della tensione di alimentazione. L’intervallo di tensione di alimentazione è solitamente compreso tra +5V e +15V. L’intervallo di tempo RC non varierà molto nell’intervallo di tensione di alimentazione (circa 0,1%) sia in modalità astabile che monostabile.

Circuito monostabile

La figura 2 mostra il circuito base del 555 timer monostabile.

Figura 2: Circuito base del multivibratore 555 monostabile.
Riferendoci al diagramma di temporizzazione in figura 3, un impulso di bassa tensione applicato all’ingresso di attivazione (pin 2) causa la tensione di uscita al pin 3 per andare da bassa ad alta. I valori di R1 e C1 determinano per quanto tempo l’uscita rimarrà alta.

Figura 3: Schema di temporizzazione per 555 in modalità monostabile.
Durante l’intervallo di tempo, lo stato dell’ingresso di attivazione non ha effetto sull’uscita. Tuttavia, come indicato nella figura 3, se l’ingresso di trigger è ancora basso alla fine dell’intervallo di tempo, l’uscita rimarrà alta. Assicuratevi che l’impulso di trigger sia più breve dell’intervallo di tempo desiderato. Il circuito in figura 4 mostra un modo per realizzare questo elettronicamente. Produce un impulso basso di breve durata quando S1 è chiuso. R1 e C1 sono scelti per produrre un impulso di trigger che è molto più breve dell’intervallo di tempo.

Figura 4: Circuito di trigger di bordo.
Come mostrato in figura 5, impostando il pin 4 (Reset) su basso prima della fine dell’intervallo di tempo, il timer si fermerà.

Figura 5: Reset del timer prima della fine dell’intervallo di tempo.
Il reset deve tornare alto prima che un altro intervallo di tempo possa essere attivato.
Calcolo dell’intervallo di tempo
Utilizzare la seguente formula per calcolare l’intervallo di tempo per un circuito monostabile:
T = 1,1 * R1 * C1
dove R1 è la resistenza in ohm, C1 è la capacità in farad, e T è l’intervallo di tempo. Per esempio, se si usa una resistenza da 1M ohm con un condensatore da 1 micro Farad (.000001 F) l’intervallo di tempo sarà di 1 secondo:

T = 1.1 * 1000000 * 0.000001 = 1.1
Scegliere i componenti RC per il funzionamento monostabile
1.Innanzitutto, scegliere un valore per C1.
(La gamma disponibile di valori di condensatore è piccola rispetto ai valori di resistenza. È più facile trovare un valore di resistenza corrispondente per un dato condensatore).
2.Successivamente, calcolare il valore di R1 che, in combinazione con C1, produrrà l’intervallo di tempo desiderato.

R1 = T
1.1 * C1

Evitare di usare condensatori elettrolitici. Il loro valore reale di capacità può variare significativamente dal loro valore nominale. Inoltre, perdono la carica che può risultare in valori di temporizzazione imprecisi. Invece, utilizzare un condensatore di valore inferiore e un resistore di valore superiore.
Per i timer standard 555 utilizzare valori di resistenza di temporizzazione tra 1K ohm e 1M ohm.
Esempio di circuito monostabile
La figura 6 mostra un circuito completo di multivibratore monostabile 555 con semplice innesco del bordo. La chiusura dell’interruttore S1 avvia l’intervallo di tempo di 5 secondi e accende il LED1. Alla fine dell’intervallo di tempo il LED1 si spegne. Durante il normale funzionamento l’interruttore S2 collega il pin 4 alla tensione di alimentazione. Per fermare il timer prima della fine dell’intervallo di tempo si imposta S2 sulla posizione “Reset” che collega il pin 4 a terra. Prima di iniziare un altro intervallo di tempo si deve riportare S2 alla posizione “Timer”.

Figura 6: Interruttore di reset del circuito del timer 555 completo.
Circuito astabile
La figura 7 mostra il circuito base 555 astabile.

Figura 7: Circuito base 555 astabile multivibratore.
In modalità astabile, il condensatore C1 si carica attraverso le resistenze R1 e R2. Mentre il condensatore si carica, l’uscita è alta. Quando la tensione attraverso C1 raggiunge i 2/3 della tensione di alimentazione, C1 si scarica attraverso la resistenza R2 e l’uscita diventa bassa. Quando la tensione attraverso C1 scende sotto 1/3 della tensione di alimentazione C1 riprende a caricarsi, l’uscita va di nuovo alta e il ciclo si ripete.
Il diagramma di temporizzazione in figura 8 mostra l’uscita del timer 555 in modalità astabile.

Figura 8: timer 555 in modalità astabile.
Come mostrato in figura 8, mettendo a terra il pin Reset (4) si ferma l’oscillatore e si imposta l’uscita su basso. Riportando il pin Reset su alto si riavvia l’oscillatore.
Calcolo del periodo, della frequenza e del duty cycleLa figura 9 mostra 1 ciclo completo di un’onda quadra generata da un circuito astabile 555.

Figura 9: onda quadra astabile un ciclo completo.
Il periodo (tempo per completare un ciclo) dell’onda quadra è la somma dei tempi di uscita alta (Th) e bassa (Tl). Cioè:
T = Th + Tl
dove T è il periodo, in secondi.
È possibile calcolare i tempi alti e bassi dell’uscita (in secondi) usando le seguenti formule:
Th = 0,7 * (R1 + R2) * C1
Tl = 0,7 * R2 * C1
o, usando la formula sottostante, è possibile calcolare il periodo direttamente.
T = 0,7 * (R1 + 2*R2) * C1
Per trovare la frequenza, basta prendere il reciproco del periodo o usare la seguente formula:

f = 1
T = 1.44
(R1 + 2*R2) * C1

Dove f è in cicli al secondo o hertz (Hz).
Per esempio, nel circuito astabile in figura 7 se R1 è 68K ohm, R2 è 680K ohm e C1 è 1 micro Farad, la frequenza è circa 1 Hz:

= 1.44
(68000 + 2 * 680000) * 0.000001 = 1.00 Hz

Il duty cycle è la percentuale di tempo che l’uscita è alta durante un ciclo completo. Ad esempio, se l’uscita è alta per Th secondi e basso per Tl secondi poi il duty cycle (D) è:

D = Th
Th + Tl * 100

Tuttavia, è davvero solo bisogno di conoscere i valori di R1 e R2 per calcolare il duty cycle.

D = R1 + R2
R1 + 2*R2 * 100

C1 si carica attraverso R1 e R2 ma si scarica attraverso R2 solo così duty cycle sarà maggiore del 50 per cento. Tuttavia, è possibile ottenere un duty cycle molto vicino al 50% scegliendo una combinazione di resistenze per la frequenza desiderata tale che R1 è molto più piccolo di R2.
Per esempio se R1 è 68.0000 ohm e R2 è 680.000 ohm il duty cycle sarà circa 52 per cento:

D = 68000 + 680000
68000 + 2 * 680000 * 100 = 52,38%

Più piccolo R1 è rispetto a R2 il duty cycle sarà più vicino al 50%.
Per ottenere un duty cycle inferiore al 50% collegare un diodo in parallelo con R2.
Scegliere i componenti RC per il funzionamento Astable
1.Scegliere C1 prima.
2.Calcolare il valore totale della combinazione di resistenze (R1 + 2*R2) che produrrà la frequenza desiderata.

(R1 + 2*R2) = 1.44
f*C1

3.Selezionare un valore per R1 o R2 e calcolare l’altro valore.Per esempio, diciamo (R1 + 2*R2) = 50K e si seleziona un resistore 10K per R1. Allora R2 deve essere un resistore da 20K ohm.
Per un duty cycle vicino al 50%, scegliete un valore per R2 che sia significativamente più alto di R1. Se R2 è grande rispetto a R1 potete inizialmente ignorare R1 nei vostri calcoli. Per esempio, supponiamo che il valore di R2 sia 10 volte R1. Utilizzare questa versione modificata della formula di cui sopra per calcolare il valore di R2:

R2 = 0,7
f*C1

Poi dividere il risultato per 10 o superiore per trovare il valore di R1.

Per i timer standard 555 utilizzare valori di resistenza di temporizzazione tra 1K ohm e 1M ohm.

Esempio di circuito stabile

La figura 10 mostra un oscillatore 555 onda quadra con una frequenza di circa 2 Hz e un duty cycle di circa il 50 per cento. Quando l’interruttore SPDT S1 è in posizione “Start” l’uscita alterna tra il LED 1 e il LED 2. Quando S1 è in posizione “Stop” il LED 1 rimane acceso e il LED 2 rimane spento.

Figura 10: Circuito completo dell’oscillatore a onda quadra 555 con interruttore start/stop.

Versioni a bassa potenza

Il 555 standard ha alcune caratteristiche che sono indesiderabili per i circuiti alimentati a batteria. Richiede una tensione operativa minima di 5V e una corrente di alimentazione di riposo relativamente alta. Durante le transizioni di uscita produce picchi di corrente fino a 100 mA. Inoltre, la sua polarizzazione d’ingresso e i requisiti di corrente di soglia impongono un limite al valore massimo della resistenza di temporizzazione, che limita l’intervallo di tempo massimo e la frequenza astabile.
Le versioni CMOS a basso consumo del timer 555, come il 7555, il TLC555 e il CSS555 programmabile, sono state sviluppate per fornire prestazioni migliori, soprattutto nelle applicazioni alimentate a batteria. Sono pin compatibili con il dispositivo standard, hanno una gamma di tensione di alimentazione più ampia (per esempio da 2V a 16V per il TLC555) e richiedono una corrente operativa significativamente inferiore. Sono anche in grado di produrre frequenze di uscita più elevate in modalità astabile (1-2 MHz a seconda del dispositivo) e intervalli di tempo significativamente più lunghi in modalità monostabile.
Questi dispositivi hanno una bassa capacità di corrente di uscita rispetto al 555 standard. Per carichi superiori a 10 – 50 mA (a seconda del dispositivo) sarà necessario aggiungere un circuito di boost di corrente tra l’uscita del 555 e il carico.

Per maggiori informazioni

Considerate questa una breve introduzione al timer 555. Per ulteriori informazioni assicuratevi di studiare la scheda tecnica del produttore per la parte specifica che state usando. Inoltre, come una rapida ricerca su Google verificherà, non c’è carenza di informazioni e progetti dedicati a questo IC sul web. Per esempio, il seguente sito web fornisce maggiori dettagli sulle versioni standard e CMOS del timer 555. Per quasi due decenni, Phil Kane è stato uno scrittore tecnico nell’industria del software e occasionalmente ha scritto articoli per riviste di appassionati di elettronica. Ha una laurea in tecnologia dell’ingegneria elettronica con un minore in informatica. Phil ha avuto per tutta la vita un interesse per la scienza, l’elettronica e l’esplorazione dello spazio. Si diverte a progettare e costruire gadget elettronici, e gli piacerebbe molto vedere almeno uno di questi gadget in viaggio verso la luna o Marte un giorno.