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555 Timer e le sue applicazioni

Il 555 timer è un circuito integrato lineare, che funziona come un multivibratore monostabile, un multivibratore astabile, un trigger Schmitt, un generatore di funzioni con forme d’onda in uscita (come le onde quadre), impulsi di ritardo, e circuiti di modulazione di larghezza d’impulso (PWM) e modulazione di posizione dell’impulso (PPM) hanno varie applicazioni di controllo elettronico. Ogni anno, milioni di unità 555 IC sono prodotte da vari produttori per soddisfare le applicazioni industriali e commerciali.

Il 555 IC è stato progettato da Hans R. Camenzind nel 1971 mentre lavorava per Signetics Corporation. Nei primi anni 1970, Signetics Corporation ha prodotto il timer 5555 nei nomi commerciali SE555 timer e NE555 timer per applicazioni militari e commerciali, rispettivamente.

Il timer 555 è un circuito di temporizzazione di precisione che può produrre impulsi di ritardi accurati e altamente stabili da microsecondi a ore. È principalmente usato in circuiti pratici come flip-flop in forme monostabili, bistabili e astabili. Dalle sue applicazioni, è conosciuto come IC time machine.

Il 555 IC è usato principalmente per funzioni di timer in circuiti elettronici commerciali. Nelle applicazioni timer, la durata o la lunghezza degli impulsi di uscita è determinata caricando e scaricando un condensatore attraverso resistenze collegate esternamente a un timer 555. Il duty cycle dell’impulso di uscita è regolabile dai componenti del circuito di temporizzazione R e C. I timer 555 funzionano con tensioni di alimentazione che vanno da +5 V a +18 V. Sono compatibili con i circuiti logici TTL (Transistor-Transistor Logic) e CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Pacchetti di timer 555

I 555 IC sono disponibili in un pacchetto standard dualin-line (DIP), mini DIP a 8 pin o DIP a 14 pin. Oggi, i 555 e 556 DIPpackages sono i pacchetti più popolari. I timer IC SE555 e NE555 sono disponibili sia in un pacchetto di metallo conosciuto come pacchetto T che in un pacchetto di plastica epossidica conosciuto come pacchetto V. Il tipo di imballaggio e di applicazione è indicato nell’uso militare o commerciale dai loro nomi commerciali come NE555V, NE555T, SE555V, e SE555T.

Significato delle connessioni dei pin di IC 555

• Terra: Il pin (1) è collegato al terminale comune o negativo di un’alimentazione. Al terminale di terra, il livello di tensione sarà a potenziale zero. Le tensioni saranno misurate con riferimento a questo terminale.
• VCC: La tensione di alimentazione (VCC) al 555 IC è collegata esternamente al pin IC (8). Va da 5 V a 15 V (da 4,5 V a 16 V), e per alcuni pacchetti di progettazione militare, si estende fino a 18 V.
• Uscita: L’uscita primaria del timer 555 IC può essere ad alto o basso livello. L’uscita dell’IC è disponibile al pin (3).

1. Livello alto (stato): Quando la tensione di alimentazione VCC = 5 volt e 15 volt, rispettivamente, lo stato alto sarà 3,3 V e 13,3 V. Ciò significa che la tensione di uscita sarà meno di 1,7 volt sotto la tensione di alimentazione VCC. I livelli di saturazione dell’uscita dipendono dalle grandezze di VCC.
2. Livello basso (stato): Quando la tensione di alimentazione VCC = 5 V, lo stato basso sarà 0,25 V a 5 mA e affonderebbe fino a 200 mA. Quando VCC = 15 V, la tensione bassa di uscita sarà dell’ordine di 2 V.
3. I tempi di salita e discesa sono veloci come 100 ns.

• Innesco: La tensione di ingresso di trigger è collegata al comparatore inferiore (o trigger). È collegato al pin 555 IC (2). Controlla gli stati di uscita del flip-flop R-S. Quando l’ingresso di trigger scende al di sotto di \sinistra ( \frac{1}{3}V_{cc} \destra ), la tensione di uscita sale e inizia l’intervallo nell’impulso di uscita. Il trigger potrebbe essere realizzato da una forma d’onda ROC (rate of changing) lenta o anche da impulsi. La tensione di innesco si trova tra +VCC e il terminale di terra. La richiesta di corrente è tipicamente 500 nA.
• Tensione di controllo: Un pin di tensione di controllo (555 IC numero 5) è collegato al punto di riferimento sul lato d’ingresso del comparatore superiore (o trigger). È collegato a un punto in cui sono disponibili 2/3 di VCC sul circuito del divisore di tensione composto da tre resistenze di 5 kΩ ciascuna. Ha anche accesso indiretto alla tensione di riferimento del comparatore inferiore (o trigger). Il controllo della tensione va da 1 V sotto VCC fino a 2 V sopra la tensione di terra. Segnale esterno al pin della tensione di controllo, i tempi di uscita dell’IC possono essere alterati nel funzionamento monostabile. La tensione di controllo può variare dal 45% al 90% di VCC. In modalità astabile, l’applicazione di una tensione di controllo esterna lo farà funzionare come un modulatore di frequenza (FM). Se questo pin non è usato, allora un condensatore di circa 10 nF è collegato da questo pin alla terra per ridurre qualsiasi rumore parassita e falsi trigger.
• Reset: Questo pin (4) è usato per impostare l’uscita allo stato basso resettando (disabilitando) il circuito flip-flop, indipendentemente dagli stati di qualsiasi altro ingresso. Una tensione di impulso di reset maggiore di 0,5 V con più di 0,1 mA di capacità di corrente è necessaria per ottenere il reset del latch (uscita flip-flop). La larghezza dell’impulso dovrebbe essere tipicamente superiore a 0,5 μs.
• Soglia: La tensione di soglia è uno degli ingressi del comparatore superiore (soglia). Viene applicata al pin (6). Quando questa tensione è inferiore o superiore a VCC, resetta il flip-flop e imposta l’uscita su uno stato basso.

Schema a blocchi del timer 555 IC

I blocchi interni del 555 IC sono i seguenti:

1. Due comparatori (trigger comparator e threshold comparator)
2. R-S flip-flop
3. Tre resistenze da 5 kΩ
4. Transistor di reset
5. Transistor di scarica
6. Amplificatore di potenza
7. OR Gate

Applicazioni del timer 555 IC

1. Multivibratore monostabile: Funziona come un generatore di impulsi one-shot.
2. Multivibratore astabile: Funziona come un generatore di impulsi a corsa libera (oscillatore).
3. Multivibratore bistabile: Funziona come un flip-flop (trigger Schmitt).

Altre applicazioni del timer 555 IC si trovano in:

1. Convertitori DC-DC e sonde logiche digitali
2. Generatori di forme d’onda (generatore di rampa e onda quadra)
3. Converte una tensione analogica in una lunghezza d’impulso nella conversione analogico-digitale
4. Metri di frequenza analogici e tachimetri
5. Segnali di clock accurati
6. Switch di de-rimbalzo
7. Circuiti PWM (Pulse Width Modulation) e PPM (Pulse Position Modulation)
8. Circuiti di controllo dei semafori
9. Dispositivi di misurazione e controllo della temperatura