Tutorial NE555


NE555   Breve Tutorial sull’Integrato NE555, Soffermandosi sulla Piedinatura, sullo Schema a Blocchi e sulle Funzioni…


 
 
 
 




 
INTRO

L’integrato NE555 svolge la funzione di timer grazie a una rete RC esterna. Internamente dispone di due comparatori e un flip flop, oltre che ad un partitore resistivo integrato, che lo rendono un ottimo circuito per realizzare timer, oscillatori e tantissimi circuiti. Il nome deriva proprio dal partitore resistivo interno, formato da tre resistenze da 5Kohm. È uno degli integrati più economici sul mercato, le prime versione erano a transistor, le versioni più moderne sono in tecnologia cmos. Vi è anche la versione NE556 che include due separati NE555 in un unico package. L’integrato NE555 ha 8 pin , il Ne556 ne ha 8 e la piedinatura è la seguente:

NE555

L’integrato può funzionare in tre modalità, ovvero astabile, monostabile e bistabile. Questi tre modi di funzionamento verranno illustrati in seguito.

 




 
SCHEMA A BLOCCHI, PIN E CARATTERISTICHE ELETTRICHE

Lo schema a blocchi dell’NE555 è il seguente:

NE555

Il partitore resistivo fa in modo che il primo comparatore numero 2 riceva una tensione di riferimento di 2/3 Vcc mentre il secondo comparatore riceva una tensione di riferimento pari ad 1/3Vcc. Questo se sul pin 5 non vi è nessun’altra tensione, infatti, si può fare in modo che il comparatore due riceva una tensione di riferimento Vref collegando una tensione di riferimento Vref al pin5 mentre il primo comparatore riceverà Vref/2. Ovviamente chi genera la tensione Vref deve avere una impedenza molto bassa per vincere la contesa con la tensione Vcc.

Il comparatore 1 ha la tensione di riferimento sul pin non invertente, quindi la sua uscita sarà a livello alto finché la tensione sul pin negativo ovvero il pin 2 dell’integrato sarà minore di 1/3Vcc (o ½Vref esterna).

Il comparatore 2 invece avrà l’uscita a livello alto finché la tensione sul pin 6 dell’integrato sarà maggiore di 2/3Vcc o di Vref posta sul pin 5 dell’integrato.

Il flip flop fa variare l’uscita (tramite il driver di uscita che non è altro che un buffer) in funzione dei segnali dei due comparatori, infatti se S=1 e R=0 l’uscita è a livello basso visto che l’uscita è q negato, mentre a livello alto se viceversa. In caso di S=R il flip flop è in memorizzazione e non varia il suo stato.

Connesso all’uscita vi è un transistor (o mosfet nelle tecnologie più moderne) che porta il pin 7 ovvero Discharge a tensione 0 quando l’uscita è a livello alto. Questo può avere molte applicazioni.

I pin dell’NE555 sono i seguenti:

  • Ground: è il pin per la tensione di riferimento o massa.
  • Trigger: ingresso negativo del comparatore 1. Una tensione maggiore di 1/3Vcc causa il reset dell’uscita.
  • Output: è l’uscita dell’integrato, può avere una corrente massima intorno ai 220mA sia positivi che negativi (può erogare o assorbire corrente). I tempi di salita sono di circa 300nS senza carico
  • Reset: Questo pin resetta il flip flop ed è attivo basso, ovvero resetta se connesso a massa. Se non si vuole resettare si connette a Vcc.
  • Control Voltage: questo pin permette di conoscere il valore di tensione di riferimento del comparatore 2 o fornirne una esterna.
  • Threshold: ingresso positivo del comparatore 2. Una tensione minore di 2/3Vcc causa il reset dell’uscita.
  • Discharge: è un uscita a collettore aperto, ovvero è il collettore di un transistor che va in on quando l’uscita è a livello alto.
  • Vcc: è la tensione di alimentazione positiva. Questa può essere compresa tra 4.5V e 16V circa e assorbe una corrente di circa 15mA con Vcc di 15V e uscita a vuoto.

 

 




 

MONOSTABILE

Il termine monostabile sta ad indicare che vi è un solo stato stabile dell’uscita. Questo vuol dire che l’uscita normalmente sta in uno stato (o 0 o 1) e se arriva un evento esterno va in uno stato quasi stabile, ovvero uno stato che permane solo per un certo tempo, dopo di che si ritornerà nello stato stabile. Per decidere il tempo di permanenza nello stato quasi stabile si usa un circuito RC. Lo schema è il seguente:

NE555

All’accensione, essendo il reset dell’integrato (pin 4) connesso a Vcc, l’uscita del flip flop è a livello alto, quindi il pin di discharge è connesso a massa e la tensione sul condensatore è 0. Quindi il comparatore due, che genera il reset del flip flop, vede 0V sul pin positivo e 2/3Vcc su quello negativo, quindi l’uscita sarà 0.

Il primo comparatore vede sul pin invertente Vcc visto che il tasto è aperto, mentre vede 1/3Vcc sul pin non invertente, quindi anche l’uscita di questo comparatore è 0. Il flip flop rimane in uno stato di memorizzazione ovvero con uscita a livello alto e uscita del chip (pin 3) a livello basso.

Quando si preme il pulsante si ha sul pin 2 una tensione 0V che fa variare l’uscita del comparatore di set portandola a livello alto, questo porta l’uscita del flip flop a livello basso, chiudendo il percorso verso massa del pin discharge, e portando l’uscita a livello alto.

Non essendo più attivo il transistor di discharge, il condensatore si carica, intanto il tasto è stato rilasciato e quindi il comparatore di set ha un uscita 0V. Quando la tensione sul condensatore raggiunge 2/3Vcc il comparatore di reset passa da 0V a tensione alta, resettando il flip flop, quindi la tensione di uscita del flip flop sarà a livello alto, questo attiva il transistor di discharge che scarica la capacità e inoltre fa in modo che l’uscita torni a livello basso.

Lo stato con uscita a livello alto permane per un tempo t come indicato nella formula vicino allo schema.

Questo circuito può essere usato per mantenere accesa una luce per un periodo stabilito dopo la pressione del pulsante oppure per temporizzare qualsiasi evento.  Inoltre, può essere usato come antirimbalzo visto che ulteriori pressioni sul tasto non creano nessun cambiamento per tutto il tempo t.

 

BISTABILE

In questa modalità di funzionamento l’integrato lavora come un semplice flip flop set reset.

Prende il nome dal fatto che sia lo stato con uscita alta che lo stato con uscita bassa sono due stati stabili. In particolare si usa il pin di trigger come ser e il pin di reset come reset. Lo schema è il seguente:

NE555

Invece del deviatore si possono usare due pulsanti separati. Premendo il pulsante di set, si va a creare un impulso di tensione a 0V sul pin di trigger, quindi il comparatore 1 ha una tensione di 1/3Vcc sul pin non invertente e 0V su quello invertente, portando a valore alto l’uscita. L’altro comparatore ha uscita a livello basso, quindi il flip flop si setta, ma Q negato è 0, e l’uscita, per via del buffer invertente sarà a livello alto.

Se invece si ha l’impulso a 0V di reset avviene il contrario. Se sono contemporaneamente a livello basso perché i tasti sono premuti contemporaneamente, oppure, si hanno entrambi le uscite a livello alto per via delle resistenze di pull-up, il sistema rimane nello stato in cui era, ovvero memorizza.

In questo caso l’NE555 può essere usato come un normale flip flop ricordando però che gli ingressi di set e reset funzionano negati, oppure per realizzare un sistema on/off con due pulsanti.

 

ASTABILE

Questa modalità di funzionamento indica che il sistema non ha uno stato stabile, ovvero, oscilla continuamente tra lo stato alto e lo stato basso. Viene usato per generare un segnale di clock. Il circuito è il seguente:

NE555

Nello stato iniziale il condensatore è scarico, quindi sia trigger che threshold vedono una tensione di 0V. il primo comparatore quindi avrà una tensione alta in uscita, il secondo invece bassa, il flip flop è settato, la sua uscita sarà 0, il transistor di discharge è off e l’uscita ovvero il pin 3 va a livello alto.

Nello stato ad uscita alta, la capacità inizia a caricarsi attraverso le due resistenze R1 e R2. Finchè la tensione sulla capacità è minore di 1/3Vcc allora il comparatore 1 avrà uscita alta mentre il comparatore 2 avrà uscita bassa. Poi finchè la tensione sulla capacità è minore di 2/3Vcc il le due uscite sono alte e il flip flop è in memorizzazione.

Quando la tensione sulla capacità è 2/3Vcc il secondo comparatore porta l’uscita a livello alto, resettando il flip flop, accendendo quindi il transistor di discharge e portando l’uscita a livello basso.

Nello stato con uscita a livello basso il condensatore si scarica attraverso R2 e il pin di discharge. Quando la tensione scende fino ad 1/3Vcc il primo comparatore da l’impulso di set, il flip flop avrà uscita bassa, il transistor di discharge è off e l’uscita è alta, permettendo così il riinizio di una fase di carica del condensatore.

Per variare il tempo di on e di off si variano le resistenze R1 e R2, solo che variando R1 e R2 si varia anche la frequenza che è data dall’inverso della somma del tempo t1+t2. Con schemi diversi da quello mostrato in figura si possono ottenere un gran range di duty cycle o altri tipi di forme d’onda.

 

DOWNLOAD

Potete scaricare le simulazioni del circuito monostabile e astabile, realizzate con MULTISIM, al seguente LINK!!!



 

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Tutorial NE555 ultima modifica: 2016-06-20T17:19:36+00:00 da ne555

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