Il timer 555 - IIS Falcone

Il temporizzatore integrato 555
Questo dispositivo è in grado di funzionare sia come generatore d’onda quadra che come multivibratore monostabile
(generatore di impulso singolo). Ha un elevato grado di precisione e stabilità e le variazioni lente di alimentazione
possono essere ignorate.
Figura 1. Schema a blocchi del dispositivo NE 555.
L’alimentazione VCC (applicata tra il piedino 8 e 1) può essere compresa fra 5 V e 15 V; il funzionamento del dispositivo è determinato dai livelli di tensione sui due terminali d’ingresso: trigger (2) e soglia (6). L’uscita (3) può essere ttl
compatibile se l’alimentazione è a 5 V.
Un partitore di tensione molto preciso costituito da tre resistori da 5 kΩ fornisce ai due comparatori interni le tensioni
di riferimento (rispettivamente ⅓ VCC e ⅔ VCC). Il terminale di scarica (7) fa capo internamente a un bjt utilizzato
come interruttore on/off. Il piedino di reset (4) collegato a un livello basso (≤ 0,4 V) azzera il timer portando l’uscita a
livello basso e il bjt in conduzione. Il terminale tensione di controllo (5) è collegato direttamente al partitore interno;
è utilizzato per variare dall’esterno la tensione e quindi i riferimenti dei comparatori interni; quando non è utilizzato
deve essere collegato a massa tramite un condensatore da 10 nF che serve da isolamento del partitore cortocircuitando
a massa i disturbi.
Quando l’ingresso di trigger scende sotto ⅓ VCC il comparatore inferiore fornisce un’uscita alta che attiva l’ingresso
di set del flip-flop SR; pertanto l’uscita Q va bassa e il bjt va in interdizione (off ) portando il buffer ad avere l’uscita
alta. Quando l’ingresso di soglia supera ⅔ VCC viene attivato l’ingresso di reset del flip-flop RS; quindi Q diventa alta
portando in saturazione (on) il bjt e bassa l’uscita del buffer.
In senso generale possiamo dunque dire che le condizioni di funzionamento sono legate a due specifiche combinazioni
delle tensioni di ingresso: con attivazione di trigger oppure di soglia. Se la tensione all’ingresso di trigger è inferiore a
⅓ VCC e contemporaneamente la tensione all’ingresso di soglia è inferiore a ⅔ VCC, il 555 presenta l’uscita allo stato
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alto (≈ Vcc) e il bjt è interdetto (off ). Viceversa, l’uscita scende allo stato basso e il bjt si porta in saturazione (on).
Trigger (2)
Soglia (6)
Uscita (3)
bjt
Trigger attivo
< ⅓ VCC
< ⅔ VCC
Alta
off
Soglia attiva
> ⅓ VCC
> ⅔ VCC
Bassa
on
Il 555 come astabile
Per il funzionamento del dispositivo in modo da generare una forma d’onda quadra è necessario predisporre agli ingressi (2 e 6) un ramo di temporizzazione costituito da RARBC a cui è collegato anche il terminale di scarica (7).
Figura 2. Schema del temporizzatore 555 utilizzato come astabile, con il confronto tra i diagrammi delle tensioni
presenti all’uscita del timer e ai capi del condensatore C.
All’accensione il condensatore è scarico e la tensione ai suoi capi è nulla. Essendo la tensione del trigger e della soglia al
di sotto di ⅓ VCC, l’uscita (3) è alta e il bjt interdetto (off ); il condensatore si carica tendendo a VCC [t = (RA+RB)C],
ma quando arriva a ⅔ VCC si attiva l’ingresso di soglia che porta l’uscita bassa e il bjt in saturazione (on).
Il condensatore C si scarica su RB con una costante di tempo (t = RB• C) più breve della precedente; giunto a ⅓ VCC,
il trigger si attiva e riporta il dispositivo nella condizione iniziale e il condensatore ricomincia così a caricarsi. Il ciclo si
ripete mantenendo questo andamento.
I due semiperiodi dell’onda generata con questo circuito non possono essere uguali; il duty cicle risulta sempre superiore al 50% in quanto non è possibile eliminare RA senza danneggiare il bjt interno di scarica per l’eccessiva corrente.
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Il 555 come monostabile
Nel funzionamento del dispositivo come generatore di impulso singolo, l’ingresso coincide con il trigger (2) e i tre resistori interni forniscono le due tensioni di polarizzazione per i comparatori necessarie a determinare la durata dell’impulso di uscita. Dato che il comparatore di soglia inferiore è polarizzato ⅓ VCC il monostabile rimane in condizione di
riposo fino a che l’ingresso trigger (2) è tenuto a un valore superiore.
In condizione di riposo dunque il flip-flop RS tiene il bjt in saturazione (on) e il condensatore C scarico; l’uscita (3)
si trova a livello basso. Solo quando viene agganciato da un impulso negativo, il comparatore di soglia inferiore fa
commutare il flip-flop portando il bjt in interdizione (off ) e l’uscita va in condizione alta con un valore approssimativamente pari a VCC.
Il condensatore così si carica tendendo a VCC con costante di tempo t = RA• C; quando arriva a ⅔ VCC la soglia viene
però attivata e il bjt torna in saturazione (on), scaricando rapidamente il condensatore. L’uscita si porterà così a livello
basso.
Figura 3. Schema del temporizzatore 555 utilizzato come monostabile e confronto delle sequenze dei tempi di
funzionamento: il circuito si sincronizza solo sugli impulsi negativi che scendono al di sotto del valore corrispondente a ⅓ VCC; una volta partito l’impulso di sincronismo, anche se viene dato un nuovo impulso, l’uscita rimane
alta fino a che non è trascorso un tempo pari alla durata prefissata dalla costante t = 1,1 RA• C.
Se si applica contemporaneamente un impulso negativo al reset (4) e all’ingresso trigger (2) durante un ciclo di temporizzazione, il condensatore C si scarica immediatamente e si riparte con un nuovo ciclo. L’ingresso reset (4) funziona
come abilitazione: quando si trova al di sopra di 1 V il 555 funziona liberamente, ma quando scende sotto 0,4 V
l’uscita viene forzata bassa; quando la tensione sul reset (4) risale nuovamente sopra 1 V l’uscita (3) rimane bassa fino
all’applicazione di un impulso negativo sull’ingresso trigger (2).
Approfondimento
Esempio semplificato del funzionamento interno del timer 555: generazione di un forma d’onda quadra.
http://www.falstad.com/circuit/e-555int.html
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