NE555 em modo Astável

Dando continuidade aos posts relacionados ao NE555, vamos ver hoje o primeiro modo para gerar mudança de estado, configurando o NE555 em modo astável. Astável em eletrônica significa um circuito que tem 2 estados não estáveis cuja mudança depende do controle através de capacitores e resistores.

Modo astável é quando o NE555 é usado para oscilar controladamente, fazendo assim o papel de um clock, ou oscilador. Também pode ser usado para gerar sons, ondas de rádio e outras funcionalidades exemplificadas em artigos aqui no blog. Procure na caixa de pesquisa rápida por "NE555".

O primeiro artigo sobre esse modo terá o objetivo de piscar um LED com o intervalo controlado. Essa é a aplicação mais simples desse CI e você pode fazê-lo sem o NE555, apenas com um conjunto de componentes discretos, mas se não passarmos por esse artigo, não teremos visto todas as funcionalidades desse CI, portanto, junte seus recursos e vamos à brincadeira. E se você não tem um NE555 à mão, saiba que na data desse artigo seu custo é de R$0,90 (noventa centavos), não tem porque você não entrar na brincadeira.

Reconhecimento

Essa imagem abaixo é um esquema de bloco sobre a pinagem. Como citado no post anterior, você pode alimentar com diferentes tensões. Por comodidade, alimentarei o CI com 5V.

O que são comparadores

Repare que en TRIGGER e THRESHOLD encontram-se os dois comparadores desse CI e tem duas entradas utilizáveis, sendo "V+" e "V-" em cada um deles.

Seu trabalho é devolver 0 ou 1 conforme o estado de saída. Se V+ for maior que V-, ele devolve 1 (pino 6 entrando tensão positiva maior que o valor no primeiro nó do divisor de tensão, por exemplo). Se o valor em V- for maior que a tensão entrando em V+, ele devolve 0. O retorno dos comparadores vai para o flip-flop, como você pode notar no desenho acima.

Flip-Flop

E como já citei o flip-flop, discorro a respeito agora.

Existem CIs J K que fazem o mesmo papel, com a função exclusiva de flip-flop. O NE555 tem esse conjunto de recursos interno, como você pode reparar; os 2 comparadores, divisor de tensão, transistores e flip-flop.

O flip-flop tem as entradas R (sobre), S (direita) e o Output e funciona de uma maneira bastante simples de entender:

Output = R > S ? 0 : 1;

Ok, isso é C. Vamos a uma explicação prática.

Se R = 0 e S = 1, a saída é igual a 1.

Se R = 1 e S = 0, a saída é igual a 0.

Essa é a etapa final do processo; o resultado de toda essa operação resultará na saída no pino 3. A terceira entrada no flip-flop é simplesmente um Master Reset, que reinicia o CI inteiro e está ligado ao pino 4.

resistores 5k

Seguindo do pino 8 (Vcc), você pode ver uma sequência de 3 resistores. Eles são resistores de 5k, dando o nome 555 ao CI. Como explicado no post anterior, esses resistores em série resultam em um divisor de tensão onde no primeiro nó você tem 2/3 da tensão de Vcc, no segundo nó você tem a divisão por 2 da tensão restante. Por exemplo, a alimentação de 5V que será utilizada deve resultar em ~3.3V no primeiro nó e ~0.85V no segundo nó.

Wiring no modo astável

Existem diversas possibilidades, essa é uma delas; a que selecionei para esse post. Primeiro, a tensão deverá ser introduzida no pino 8 e no pino 4. Não creio que seja necessário dizer que o pino 1 vai ao GND estou certo?

O próximo passo é colocar um resistor do pino 8 para o pino 7, de modo que a tensão entre no coletor do transistor localizado no pino 7 do CI.

Outro resistor será ligado do pino 7 ao pino 6, de modo que interaja com o comparador do pino 6.

Um capacitor deve ir do pino 6 ao GND.

Outro capacitor deve ir do pino 5 ao GND.

Coloque um jumper do pino 2 ao pino 6.

Basicamente, a tensão passará a carregar o capacitor que está lá no pino 6. Quando acontecer de V- ser menor que V+ no comparador do pino 2, a saída desse comparador será 1. Enquanto isso, o capacitor do pino 6 que está sendo carregado consome a tensão e o comparador do pino 6 tem uma tensão em V+ menor do que a tensão do primeiro nó do divisor de tensão interno do CI, produzindo assim um belo e redondo 0. Daí, conforme a mudança de estado pela descarga do capacitor, você já pode deduzir o comportamento do flip-flop. Ainda, a saída do flip-flop também retorna à base do transistor do pino 7 quando em 1. O coletor desse transistor está em GND, portanto quando a base é excitada o capacitor do pino 6 descarrega.

Falando do OUTPUT, quando a saída do flip-flop for 0, OUTPUT estará em HIGH e a tensão de saída será de Vcc-1.7V. Supondo 5V do exemplo, a saída será 3.3V. Esse valor de 1.7V não varia, independente da tensão empregada na entrada.

Tempo de descarga

O tempo de descarga está diretamente relacionado aos valores dos resistores ligados nos pinos 6, 7 e 8. Isso porque o tempo de HIGH depende de quanto tempo a tensão de Vcc demora para carregar o capacitor e o tempo de baixa depende da resistência do resistor entre o pino 7 e 6.

Calcular o capacitor e resistor

Para calcular a frequência (em Hz) da mudança de estado, aplica-se a seguinte fórmula:

freq = \dfrac{1,44}{(R\_{A}+2R\_{B})C}

O tempo em HIGH:

TH = 0,693(R\_{A}+R\_{B})C

O tempo em LOW:

TL = 0,693\times R\_{B}C

Ciclo de trabalho:

\dfrac{R\_{A}+R\_{B}}{R\_{A}+2R\_{B}}

Se você quiser ter a possibilidade de variar a velocidade, experimente utilizar um potenciômetro em R\_{B}.

Pra simplificar mais ainda sua vida, tem um site (tomara que perdure) onde você pode entrar com os parâmetros desejados e ele lhe devolve as informações necessárias. Se tiver preguiça ou simplesmente quiser iniciar rapidamente um teste, visite esse link.

A última nota a respeito é em relação à escolha dos valores.

• Quanto maior o capacitor, menor a frequência.
• Quanto mair for [latex]R_{A}[/latex], maior será o tempo em HIGH.
• Quanto maior for [latex]R_{B}[/latex], maior o tempo em LOW com decremento do ciclo de trabalho, até o mínimo de 50%.

Prova de conceito

Monte em sua protoboard o seguinte esquema em 5v.

No exemplo do video demonstro o meu teste utilizando 2 resistores de 10k e um capacitor de 100uF. Com esses números redondos se consegue um valor mais aproximado (com diferença imperceptível) do tempo de HIGH e LOW, que ficarão em torno de 693ms em cada estado.

No próximo post mostrarei a configuração do NE555 como um oscilador astável e vamos fazer 2 projetinhos bem bacanas, somente com NE555. Aposto um iPhone virtual que você vai amar!

https://youtu.be/hdczFncXHDs

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Próximo post a caminho!