CI 555 - Parte 1

O circuito integrado 555 é um dos integrados de maior sucesso. Lançado em 1971, continua sendo vendido em grandes quantidades. Embora nominalmente seja um timer, é um componente bastante flexível. Nesta série de posts vamos ver um pouco sobre ele e suas aplicações.



Funcionamento

O livro "The Art of Electronics" de Horowitz e Hill fala no 555 como um pequeno kit com o qual são montados os mais diversos circuitos.

A implementação original do 555 usava 23 transistores, num misto de circuito digital e analógico. A figura abaixo contem um esquema equivalente ao que é implementado em silício (clique para ampliar):

O diagrama de blocos correspondente aparece de forma diversa no livro acima, nos datasheets dos vários fabricantes e na wikipedia. O diagrama abaixo foi o que me pareceu melhor explicar o comportamento do 555.

Nesta descrição vou considerar que o pino CTRL opera com a tensão determinada pelo divisor resistivo interno ao CI (2/3 Vcc). Normalmente isto é feito colocando um pequeno capacitor entre este pino e o terra para manter a tensão em caso de variação momentânea da alimentação.

O 555 possui duas saídas: o pino OUT (que é a saída propriamente dita) e o pino DIS (discharge) que está ligado internamente a um transistor que, quando ativo, conecta o pino ao terra.

No centro do 555 temos um flip-flop do tipo Set/Reset. Quando um nível alto é colocado na entrada R e a entrada S está em nível baixo, a saída Q vai para o nível alto. Com R no nível baixo, um nível alto em S coloca a saída Q no nível baixo. Se R e S estiverem em nível baixo, a saída Q permanece com o valor anterior.

O pino RESET, quando em nível baixo, força a saída para nível baixo e ativa o pino DIS, independente dos demais pinos.

Com RESET no nível alto, passamos a examinar o pino THR (threshold). Se a tensão nele for maior que 2/3 Vcc, a saída do comparador fica no nível alto, acionando a entrada R do flip-flop, colocando a saída em nível baixo e ativando o pino DIS.

Se RESET está no nível alto e THR está abaixo de 2/3 Vcc, entra em consideração o pino TRG (trigger). Se TRG está abaixo de 1/3 Vcc, a saída do comparador associado fica no nível baixo, acionando a entrada S do flip-flop o que coloca a saída em nível alto e desativa o pino DIS. Se TRG está acima de 1/3 Vcc, a saída e o pino DIS mantem a condição anterior.

A tabela abaixo resume o que foi dito acima:

Reset	THR	TRG	DIS	Saída
Baixo	não importa	não importa	ativo	Baixa
Alto	acima de 2/3 Vcc	não importa	ativo	Baixa
Alto	abaixo de 2/3 Vcc	abaixo de 1/3 Vcc	inativo	Alta
Alto	abaixo de 2/3 Vcc	acima de 1/3 Vcc	inalterado	inalterada

Esta tabela, entretanto, não representa a dinâmica habitual do 555, que ocorre em ordem inversa, nem indica como o 555 pode fazer uma temporização.

Normalmente o pino RESET está sempre em nível alto. Inicialmente o pino TRG está com uma tensão acima de 1/3 de Vcc e o pino THR com tensão abaixo de 2/3 Vcc. A saída está inicialmente em nível baixo.

Um pulso no pino TRG coloca esta entrada momentaneamente em um nível abaixo de 1/3 Vcc, ativando a saída e desativando o pino DIS. A tensão no pino THR passa então a subir. Como? Colocando-se um capacitor entre o pino THR e o terra e um resistor entre o pino THR e o Vcc.

Nestas condições a tensão no pino THR vai subir exponencialmente. Ao atingir 2/3 de VCC a saída irá retornar ao nível baixo e o pino DIS será ativado. O pino DIS pode ser usado para descarregar o capacitor, permitindo repetir a operação.

O pino RESET, quando usado, permite interromper um ciclo da operação, forçando um retorno à situação de repouso.