Multivibrador Astable usando 555 Timer IC
Neste artigo, explicamos um multivibrador astável, geralmente chamado de multivibrador de funcionamento livre. Um multivibrador astável pode ser projetado usando diferentes tipos de componentes, digamos, usando transistores (e componentes associados) sozinho ou usando amplificadores operacionais (e componentes associados). Neste artigo, estamos projetando um Multivibrador Astable usando 555 Timer IC.
Se você está se perguntando quais são as aplicações práticas de um multivibrador astável, vamos começar vendo alguns. Uma das aplicações mais comuns para um multivibrador astável é gerar atrasos de tempo. Digamos que você queira ligar um LED “ON” por 1 segundo e mantê-lo “OFF” por 0,5 segundo, então um multivibrador astável é o melhor circuito que você poderia usar para construir esta aplicação.
Ao contrário do multivibrador monoestável, este circuito não requer nenhum gatilho externo para alterar o estado da saída, daí o nome de funcionamento livre. Antes de fazer o circuito, certifique-se de que seu 555 IC está funcionando. Para isso, leia o artigo: Como testar um CI 555 para funcionar Um multivibrador astável pode ser produzido adicionando resistores e um capacitor ao CI do temporizador básico, conforme ilustrado na figura. O tempo durante o qual a saída é alta ou baixa é determinado pelos dois resistores conectados externamente e um capacitor. Os detalhes do circuito multivibrador astável são fornecidos abaixo.
Então, vamos começar a projetar multivibradores astáveis usando 555 CI temporizador. Vamos primeiro desenhar o circuito multivibrador astável do temporizador 555.
Conteudo
Diagrama do circuito multivibrador astável do temporizador 555
Um Multivibrador Astable pode ser projetado adicionando dois resistores (RA e RB no diagrama do circuito) e um capacitor (C no diagrama do circuito) ao 555 Timer IC. Esses dois resistores e o capacitor (valores) são selecionados apropriadamente de modo a obter os tempos desejados de ‘LIGADO’ e ‘DESLIGADO’ no terminal de saída (pino 3). Então, basicamente, o tempo ON e OFF na saída (ou seja, o estado ‘HIGH’ e ‘LOW’ no terminal de saída) depende dos valores escolhidos para RA, RB e C. Veremos mais sobre isso no multivibrador astável seção de design fornecida abaixo.
Nota: O capacitor C2 (0,01uF) é conectado ao pino número 5 (Terminal de Tensão de Controle) em todos os circuitos baseados em 555 IC nos quais aquele pino particular (pino 5 – terminal de tensão de controle) não é usado. Este capacitor é usado para evitar problemas de ruído que podem surgir no circuito se o pino for deixado aberto.
As Conexões
Vamos ver como as conexões multivibrador astáveis do temporizador 555 são feitas no diagrama de circuito.
O pino 1 está aterrado; os pinos 4 e 8 estão em curto e, em seguida, ligados à alimentação + Vcc, a saída (Vout) é retirada do pino 3; os pinos 2 e 6 são encurtados e, em seguida, conectados ao aterramento através do capacitor C ao terminal de aterramento, o pino 7 é conectado à alimentação + VCC através de um resistor RA; e entre os pinos 6 e 7 um resistor RB é conectado. No pino 5, um capacitor de desvio (para desviar os sinais de ruído) de 0,01uF é conectado ou a entrada de modulação é aplicada.
Multivibrador Astable Funcionando
Até agora vimos como um multivibrador astável é projetado usando 555 CI temporizador, o diagrama de circuito e como as conexões de pinos são feitas. Agora vamos ver o funcionamento e funcionamento de um multivibrador astável. Para explicar o funcionamento do multivibrador astável do temporizador 555, desenhamos um diagrama de circuito interno do CI do temporizador 555 (consistindo em dois amplificadores op, um flip-flop SR e o transistor conectado no terminal de descarga – pino 7) junto com as conexões externas necessárias ( RA, RB e C). As formas de onda do terminal de saída (Vout – pino 3) são mostradas no lado direito do diagrama de circuito. Observe cuidadosamente o diagrama do circuito e as formas de onda de saída antes de iniciarmos a explicação.
O objetivo básico de um multivibrador astável é mudar o status de saída (de HIGH para LOW e de LOW para HIGH) nos intervalos de tempo desejados, sem qualquer intervenção externa (digamos, um pulso de disparo de entrada como no caso de multivibrador monoestável). Conseguimos isso (em um 555 IC) controlando o terminal de descarga (pino 7) do 555 IC por meio de um capacitor (C). Dentro do IC 555, este terminal de descarga (pino 7) é conectado ao terminal coletor de um transistor cuja base está diretamente conectada ao terminal de saída (terminal não inversor – Q) do flip flop SR. Você deve observar que Vout (pino 3 – terminal de saída de 555 IC) é obtido do terminal de saída inversor (terminal complementar Q) do flip-flop SR. Portanto, quando quando a saída do flip-flop (não inversora) Q for HIGH, Vout será LOW e quando a saída do flip-flop Q for LOW, Vout será HIGH.
Agora vamos ver como a comutação automática do estado LIGADO e DESLIGADO no terminal Vout é alcançado pelo capacitor C conectado ao terminal de descarga – pino 7.
Você também pode relembrar o Diagrama de Bloco (fornecido abaixo) e o Princípio de Funcionamento do 555 IC, explicado em nosso capítulo / tutorial anterior sobre o 555 Timer.
O diagrama de blocos de um temporizador 555 é mostrado na figura acima. Um temporizador 555 tem dois comparadores (que são basicamente 2 amperes operacionais), um flip-flop R-S, dois transistores e uma rede resistiva.
- A rede resistiva consiste em três resistores iguais (5K Ohms cada) e atua como um divisor de tensão. Observe que a rede do resistor é projetada de forma que a tensão no terminal inversor do comparador 1 seja 2/3Vcc e a tensão no terminal não inversor do comparador 2 será 1/3Vcc.
- Comparador 1 – compara a tensão limite (no pino 6) com a tensão de referência + 2/3 VCC volts.
- Comparador 2 – compara a tensão de disparo (no pino 2) com a tensão de referência + 1/3 VCC volts.
Para fins de explicação, vamos supor que o circuito está energizado e agora o status na saída do flip-flop sem inversão – Q é BAIXO. Quando Q é BAIXO, Vout será ALTO (que chamamos de Saída de Timer). Você vê que Q está diretamente conectado à base do transistor (no terminal de descarga). Portanto, quando Q está BAIXO, o transistor estará em seu estado de corte (estado OFF). Neste estado, o capacitor C está conectado diretamente à fonte de alimentação Vcc através dos resistores RA e RB. Assim, o capacitor começará a carregar em direção à tensão de alimentação Vcc e a constante de tempo de carga será definida pelos valores de RA e RB como (RA + RB) * C. O capacitor será carregado em direção a Vcc e isso aumentará a tensão de limiar (tensão no pino 6) de 555 IC. Quando o capacitor carrega até 2 / 3Vcc e além, a tensão limite também ultrapassará o nível 2 / 3Vcc e isso forçará a saída do amplificador operacional (comparador 1) a ir ALTA (observe que a tensão de referência no terminal – do comparador 1 é 2 / 3Vcc). Uma vez que a saída do amplificador operacional do comparador 1 está conectada ‘S’ (entrada SET) do flip-flop SR, o flip-flop será acionado e a saída Q (saída não inversora) do flip-flop ficará ALTA. Você conseguiu isso? Você deve se lembrar que começamos esta explicação assumindo que Q é BAIXO inicialmente. Agora, como resultado do carregamento do capacitor, Q mudou automaticamente para ALTO de BAIXO. Quando Q for ALTO, Vout irá automaticamente para BAIXO já que Vout nada mais é do que um elogio de Q.
Quando Q é HIGH, o transistor no pino 7 (o terminal de descarga) será ligado e o transistor ficará saturado. Quando o transistor fica saturado, o pino 7 (terminal de descarga) agirá como um aterramento para o capacitor. Como resultado, um novo caminho está disponível para o capacitor descarregar do nível 2 / 3Vcc para zero volts. O capacitor começará a descarregar através do novo caminho (através de RB) e isso resultará na diminuição da tensão no terminal de disparo (pino 2) de 555 IC. A constante de tempo de descarga é definida por RB * C. Uma vez que o capacitor descarrega a um nível abaixo de 1 / 3Vcc, resultando na mesma tensão (tensão do capacitor) através do terminal de disparo (observe que a tensão de entrada de referência no terminal + do comparador 2 é 1 / 3Vcc), a saída do amp op o comparador 2 ficará ALTO. Uma vez que a saída do comparador 2 está conectada a ‘R’ – o terminal de entrada RESET do flip-flop SR, a saída Q do flip-flop irá de HIGH para LOW. Quando Q vai para BAIXO, Vout irá automaticamente para ALTO. Assim, uma transição automática de ALTO para BAIXO e de BAIXO para ALTO é alcançada em um Multivibrador Astable. O ciclo se repete.
Concluímos com sucesso a explicação de trabalho de um multivibrador astável usando 555 IC. Você pode ver as formas de onda de saída nos diagramas fornecidos acima. Os dois parâmetros importantes que devemos entender da saída do temporizador são ON Time (THIGH) e OFF Time (TL0W).
ON Time – é o tempo durante o qual a saída do temporizador Vout permaneceu no estado HIGH. Notamos isso com THIGH.
OFF Time – é o tempo durante o qual a saída do temporizador Vout permaneceu no estado LOW. Notamos isso com TL0W.
ON Time e OFF Time são dependentes dos valores de RA, RB e C. Assim, podemos obter o ON Time e OFF Time desejados na saída do temporizador com o cálculo adequado dos valores de RA, RB e C.
Multivibrador Astable usando 555 – Teoria do Projeto
O tempo durante o qual o capacitor C carrega de 1/3 VCC a 2/3 VCC é igual ao tempo em que a saída é alta e é dado como tc ou THIGH = 0,693 (RA + RB) C, o que é comprovado a seguir.
A tensão através do capacitor em qualquer instante durante o período de carga é dada como, vc = VCC(1-et/RC)
O tempo gasto pelo capacitor para carregar de 0 a +1/3 VCC
1/3 VCC= VCC (1-et/RC)
O tempo que o capacitor leva para carregar de 0 a +2/3 VCC O tempo que o capacitor leva para carregar de 0 a +2/3 VCC
or t2 = RC loge 3 = 1.0986 RC
Portanto, o tempo gasto pelo capacitor para carregar de +1/3 VCC a +2/3 VCC
tc = (t2 – t1) = (10986 – 0.405) RC = 0.693 RC
Substituindo R = (RA + RB) na equação acima, temos
THIGH = tc = 0.693 (RA + RB) C
onde RA e RB estão em ohms e C em farads.
O tempo durante o qual o capacitor descarrega de +2/3 VCC para +1/3 VCC é igual a
o tempo em que a saída é baixa e é dado como
td ou TL0W = 0,693 RB C onde RB está em ohms e C está em farads A equação acima é trabalhada da seguinte forma: A tensão através do capacitor em qualquer instante durante o período de descarga é dada como
vc = 2/3 VCC e– td/ RBC
Substituindo vc = 1/3 VCC e t = td na equação acima, temos
+1/3 VCC = +2/3 VCC e– td/ RBC
ou td = 0.693 RBC
Período geral de oscilações, T = THIGH + TLOW = 0,693 (RA + 2RB) C, a frequência das oscilações sendo o recíproco do período total de oscilações T é dada como
f = 1/T = 1.44/ (RA+ 2RB)C
A equação indica que a frequência de oscilação / é independente da tensão de alimentação do coletor + VCC.
Freqüentemente, o termo ciclo de trabalho é usado em conjunto com o multivibrador astável.
O ciclo de trabalho, a proporção do tempo tc durante o qual a saída é alta para o período de tempo total T é dado como
% duty cycle, D = tc / T * 100 = (RA + RB) / (RA + 2RB)*100
A partir da equação acima, é óbvio que a saída de onda quadrada (ciclo de trabalho de 50%) não pode ser obtida a menos que RA seja zerado. No entanto, existe o perigo de curto-circuitar a resistência RA a zero. Com RA = 0 ohm, o terminal 7 é conectado diretamente a + VCC. Durante a descarga do capacitor através do RB e do transistor, uma corrente extra será fornecida ao transistor do VCC através de um curto entre o pino 7 e + VCC. Isso pode danificar o transistor e, portanto, o temporizador.
No entanto, uma onda quadrada simétrica pode ser obtida se um diodo for conectado ao resistor RB, conforme ilustrado nas linhas pontilhadas na figura. O capacitor C carrega através de RA e diodo D para aproximadamente +2/3VCC e descarrega através do resistor RB e terminal 7 (transistor) até que a tensão do capacitor caia para 1/3 VCC. Então o ciclo se repete. Para obter uma saída de onda quadrada, RA deve ser uma combinação de um resistor fixo R e um potenciômetro, de modo que o potenciômetro possa ser ajustado para fornecer a onda quadrada exata.
Embora o temporizador 555 tenha sido usado em uma ampla variedade de aplicações frequentemente exclusivas, ele é muito difícil em suas linhas de alimentação, exigindo um pouco de corrente e injetando muitos transientes de ruído. Este ruído será frequentemente acoplado a ICs adjacentes, disparando-os falsamente. O 7555 é uma versão CMOS do 555. Seus requisitos de corrente quiescente são consideravelmente menores do que os do 555, e o 7555 não contamina as linhas de alimentação. Ele é compatível com o pino 555. Portanto, esta versão CMOS do 555 deve ser a primeira escolha quando um CI com temporizador 555 for usado.
