TIMER 555 - CIRCUITO ASTABILE, CIRCUITO ASTABILE

TIMER 555

Il timer 555 è un dispositivo integrato che ha avuto un enorme successo per le sue numerose applicazioni in campo generico (general purpose application) ed in telecomunicazioni.  È un circuito integrato a otto pins in contenitore plastico. Il suo schema interno è dato in ura 1-555, come si vede si osservano:

una rete resistiva costituita da tre resistenze del valore di 5kW (da cui il nome all'integrato di 555)

un atore (quello superiore) non - invertente

un atore (quello inferiore) invertente

un FLIP-FLOP R-S

due terminali di uscita di cui uno uscita vera e propria, l'altro è il terminale di scarica

Per quanto riguarda i terminali, li elenchiamo come di seguito:

a. pin 1: massa

b. pin 2: trigger

c.  pin 3: uscita

d. pin 4: reset (in logica negativa)

e. pin 5: controllo

f.    pin 6: soglia

g. pin 7: scarica

h.  pin 8: alimentazione (4,5volt a 15volt)

Come applicazioni di particolare importanza ne abbiamo due, esse sono l'oscillatore (astabile) e il circuito "temporizzatore" (monostabile).

CIRCUITO ASTABILE

Lo schema è riportato in ura 2-555, come si vede il pin di reset è stato collegato a +Vcc (pin 8), il pin 5 è stato collegato mediante un condensatore da 100nF (valore consigliato dal costruttore), mentre (consigliato dal costruttore) si è collegato un condensatore elettrolitico da C2=10m F il più possibile vicino al pin 8 (alimentazione) per evitare instabilità nel componente. Si è posta la rete costituita dalle due resistenze R1 e R2  e dal condensatore C1. Al punto centrale del collegamento di R1 con R2 si è collegato il pin di "scarica", mentre all'armatura superiore del condensatore C1 si sono collegati i pin 2 e 6. Supponiamo inizialmente (all'atto dell'accensione) il condensatore C1 scarico. Pertanto, il i pin 2 e 6 sono a massa, ciò comporta che il FF è in condizioni di reset, perchè l'uscita del atore superiore ( non invertente con riferimento 2/3Vcc) è a livello basso, mentre quella del atore inferiore (invertente con riferimento 1/3Vcc) è a livello logico alto, ciò comporta (come si vede dalla ura 1-555) che l'uscita del FF è a livello logico zero, il che comporta:

a.   uscita nel pin 3 a livello logico alto (uno)

b.  interdizione del BJT (a collettore aperto, collegato al pin 7, vedi ura 1-555), pertanto in esso non passa alcuna corrente.

In queste condizioni, il condensatore è libero di caricarsi tramite la serie R1 ed R2, con la legge:

dove t 1 vale:

quando la carica del condensatore raggiunge il valore 1/3Vcc non accade nulla, perché il FF parte già in condizione di reset, perché possa porsi in condizione di set si deve attendere che il atore superiore commuti in saturazione positiva; ciò accade quando la tensione sul condensatore C1 raggiunge il valore

2/3Vcc, e ciò avviene quando si verifica la condizione:

il valore di T0 che si ricava come di seguito:

Estraendo il logaritmo naturale, si ha:

In questo istante, si ha la commutazione del FF che si porta in set cioè con uscita a livello logico uno, ciò comporta:

l'uscita al pin 3 si porta a livello logico 0 (zero)

il BJT  di scarica, si satura portando il pin 7 a livello logico 0.

In tal modo, si ha che nel collettore del BJT di scarica si hanno due correnti:

una corrente costante proveniente dalla resistenza R1

la corrente di scarica del condensatore che  si scarica attraverso la sola R2.

La seconda è quella che rende fluttuante il potenziale dei pin 2 e 6, l'andamento di tali potenziali si ricava facilmente dalla tensione di scarica del condensatore C1 come di seguito (si ricordi che il processo di carica si è interrotto quando la tensione su C1 era 2/3Vcc):

essendo t2=R2C1.

Il processo di scarica continua fino a che la tensione su C1 non arriva 1/3Vcc. Calcoliamo l'istante T2  in cui ciò avviene:

In questo istante, si ha la nuova commutazione del TIMER che porta l'uscita al pin 3 di nuovo a potenziale zero e interdicendo il BJT  il cui collettore non assorbe più corrente dal pin 7. Questo comporta una nuova carica del condensatore C1, che si carica dal potenziale attuale 1/3Vcc portandosi al potenziale 2/3Vcc. Il tempo T1 in cui ciò avviene si può calcolare tenendo presente che un condensatore che parte carico con tensione iniziale Vin e si carica alla tensione finale Vfin possiede una legge di carica come di seguito:

Nel nostro caso diventa:

dove:

t1=(R1+R2)C1

È facile calcolare l'istante in cui avviene la successiva commutazione, ciò avviene all'istante T1 ricavabile dalla relazione:

Semplificando e facendo i passaggi avremo:

Da questo momento si ha la nuova commutazione del TIMER. Pertanto i tempi che determinano il periodo T, sono T1 e T2, pertanto avremo:

inoltre, calcoliamo il ciclo utile (DUTY CUCLE) D  definito dal rapporto fra la parte alta del periodo e l'intero periodo. Avremo pertanto:

In genere, il duty-cycle è espresso in percentuale del periodo. Se R1 è molto minore di R2 il duty-cycle è approssimativamente pari al 50%, altrimenti  la parte alta del periodo è maggiore della parte bassa.

CIRCUITO ASTABILE

Il circuito astabile o temporizzatore, è un circuito al quale applicando un breve impulso in uscita si ha un impulso di durata prestabilita. Lo schema del circuito che impiega un TIMER 555 è riportato in ura 3-555. L'impulso di comando (negativo) è applicato al piedino 2 del 555, ciò comporta che il atore è a livello di tensione positivo ciò porta il FF in condizioni di RESET il che comporta:

il pin 3 si porta a livello logico 1, cioè l'uscita si porta a livello logico uno

il transistore con collettore collegato al pin 7 è in interdizione, cioè si comporta come una resistenza infinita.

Questo comporta la carica del condensatore C1 attraverso la resistenza R1, questa carica dura fino a che la tensione sul condensatore non raggiungere la tensione di 2/3Vcc in corrispondenza della quale il FF commuta dalla condizione di RESET alla condizione di SET. Questo comporta che l'uscita si porta a livello logico zero e il BJT si satura producendo la scarica praticamente immediata del condensatore. Il tempo di carica si calcola facilmente con la relazione:

si calcola il tempo T, ricavandola dalla relazione precedente:

in definitiva avremo:

T=R1C1ln3