Il timer 555 è un circuito integrato ad 8 pin al cui interno ha tre resistenze in serie di 5K Ohm , per questo il nome 555. Ai capi delle tre resistenze ci sono 1/3 Vcc e 2/3 Vcc per le leggi del partitore di tensione (vedi schema interno in basso).
Data sheet del timer 555
Funzionamento del multivibratore astabile
Il multivibratore astabile è un circuito in grado di generare una forma d’onda rettangolare (o onda quadra), senza segnale in ingresso. Disegnamo adesso il suo schema elettrico e vediamo come funziona.
Per realizzare il multivibratore astabile con il Timer 555.
Prendiamo i componenti seguenti:
-1 Timer 555
- R1= 1K Ohm
- R2= 2,2 K Ohm
- R3=2,2 K OhmOhm
-Condensatore C1=0,15uF
-Condensatore C2= 10nF (che può anche essere omesso perchè elimina i disturbi)
-1 bread-board
-Fili per i collegamenti
-1 batteria o un alimentatore di 5 V
Colleghiamo ai capi di R3, che è la nostra resistenza di uscita, il canale 1 dell'oscilloscopio e ai capi di C1 il canale 2 dell'oscilloscopio e visualizziamo al canale 1 un'onda quadra alla frequenza di 100 Hz e al canale due la carica e scarica del condensatore tra 1/3 di Vcc e 2/3 di Vcc. Dalla teoria sappiamo che la frequenza del segnale generato in uscita, nel nostro caso ai capi di R3 è la seguente:
f=1/(TH+TL)
dove
TH=0,693(R1+R2)*C1
TL=0,693(R2*C1
Visualizzazione dei segnali
Oscilloscopio
Vista circuito
Vista circuito
Visualizzazione del lampeggio di un diodo led con il Timer 555 in configurazione astabile
Modifichiamo adesso il circuito precedente e con il multivibratore astabile o Timer 555 accendiamo e spegnamo un diodo led. Per far ciò dobbiamo cambiare la frequenza generata in uscita dal multivibratore astabile, che deve essere molto bassa, per permettere all'occhio umano di poter vedere il lampeggio del diodo led..
Prendiamo i componenti seguenti:
-1 Timer 555
- 1 R=330 Ohm
- 1 R=6,8 K Ohm
-1 R= 3,3K Ohm
-1 Condensatore C1=uF
-1 Condensatore C2= 10nF (che può anche essere omesso perchè elimina i disturbi)
-1 diodo led rosso
-1 bread-board
-Fili per i collegamenti
-1 batteria di 9 V (oppure sempre il classico alimentatore a 5 V)
Il TIMER 555 dello schema elettrico è ancora un circuito oscillatore in configurazione astabile, cioè è un circuito che produce oscillazioni di frequenza controllata.
L'onda di uscita è di tipo digitale in quanto oscilla tra 0 Volt e 5 Volt.
La frequenza, ovvero il periodo di oscillazione (pulse period time) delle pulsazioni in output è determinato dai valori delle due resistenze R1 e R2 e dal condensatore C.
La formula per il calcolo delle oscillazioni è:
f= 1/T = 1/( TH+TL)
sostituendo si ha:
f = 1,44 /((R1+2R2) C) = 1/ (0,69 (R1+2R2) C)
Il semiperiodi alto (High Time = TH) e Basso (Low Time =TL) delle oscillazioni dell'onda quadra in uscita possono essere calcolati con le seguenti formule:
TH=High Time= 0,69 (R1+R2) x C
TL=Low Time= 0,69X R2 x C
da cui
T= TH+TL= 0.69 (R1+ 2 R2)* C
Il duty-cicle dell'onda espresso di solito in percentuale è pari a:
duty-cicle = High Time / Pulse Period Time= TH / T
detto a parole si può dire :
Il duty-cicle è il rapporto del tempo che l'onda sta allo stato alto (High Time) rispetto all'intero periodo (Pulse Period Time).
Un modo alternativo di misurare il periodo Alto e Basso è la cosiddetta mark spase ratio, cioè il rapporto tra il tempo che l'onda sta allo stato alto rispetto al tempo che l'onda sta allo stato basso, in formula si ha:
mark space ratio= High Time / Low Time
Prima di calcolare la frequenza, occorre ricordare che di solito si sceglie di ottenere una oscillazione in uscita con un duty cicle del 50%, in questo modo il semiperiodo Alto e Basso delle oscillazioni sono approssimativamente uguali.
Per visualizzare l'accensione del diodo led, in uscita, spesso, si inserisce anche una resistenza di circa 330 Ohm con in serie al diodo led con catodo rivolto verso la massa.
Per poter vedere il diodo accendersi e spegnersi bisogna dimensionare le resistenze R1 ed R2 e il condensatore C in modo da avere un'onda quadra di frequenza molto bassa , cioè di circa 0,1 Hz, in quanto, per frequenze molto elevate il diodo led rimarrà sempre acceso.
Schema elettrico del timer 555 con diodo led
Schema interno
Montaggio del Timer 555 in configurazione astabile su bread-board
Dopo aver eseguito il montaggio di tutti i componenti come nella seguente figura, lo alimentiamo con una batteria di 9 Volt.
Il timer 555, essendo un multivibratore, continuerà ad inviare alla sua uscita un segnale digitale periodico.
Quando il segnale oscillerà tra TH e TL (ove TH è il tempo che il segnale è allo stato alto e TL è il tempo che il segnale sta allo stato basso) il diodo Led si accenderà e si spegnerà, fintantoche il circuito rimarrà alimentato.
Timer 555 come generatore di onde quadre
Il timer 555 può essere visto come generatore di onde quadre se sostituiamo il condensatore C1 con altri condensatori di valore multiplo o inferiore di qualche decade. Aggiungiamo quindi un selettore per aumentare la decade a scatti. Se vogliamo una calibrazione fine possiamo aggiungere alla R2 un potenziometro R3, in modo tale di avere una resistenza totale R2'. Questo valore della resistenza deve poi essere sostituito nella formula della frequenza totale dell'onda quadra, o per il calcolo di TH e di TL.
Collegando poi l' uscita del canale A di un oscilloscopio in parallelo al diodo led, e il canale B dell'oscilloscopio in parallelo al codensatore C1 possiamo vedere sia l'onda quadra uscente dal circuito che la carica e scarica del condensatore.
La stessa cosa si può fare spostando il selettore e il canale Bsui condensatori C2, C3, C4, lasciando pero' sempre l'uscita del canale A dell'oscilloscopio in parallelo al diodo led per vedere l'onda quadra.
Per frequenze piu' basse il diodo led lampeggera', mentre per frequenze piu' alte il diodo led non lampeggera'.
Il TIMER 555 in configurazione monostabile
In condizioni normali l'ingresso positivo del comparatore di threshold è tenuto al potenziale +VCC tramite la resistenza R mentre l'ingresso negativo è a 2/3VCC. In questo caso essendo V+>V- l'ingresso R e di conseguenza l'uscita sono alti.
L'ingresso di trigger è invece tenuto ad un potenziale maggiore di 1/3VCC mediante la scelta di un opportuno valore di R così essendo V->V+ l'uscita del secondo comparatore viene fissata a livello basso S=0.
In questa situazione con R=1 ed S=0 il transistor risulta in forte conduzione ed il condensatore C è scarico.
Non appena viene inviato all'ingresso di trigger un impulso negativo di ampiezza inferiore a 1/3VCC l'uscita del comparatore di trigger passa ad un livello alto, l'uscita del FF va bassa e il transistor si interdice.
Il condensatore allora inizia a caricarsi attraverso la resistenza R collegata all'alimentazione, ma dato che la tensione ai capi del condensatore è applicata all'ingresso di threshold, non appena essa raggiunge il valore 2/3VCC l'uscita del comparatore passa a livello alto e il transistor viene portato in conduzione; il condensatore si scarica, quindi, rapidamente tramite attraverso la bassa resistenza di uscita del BJT e resta scarico fino all'arrivo di un nuovo impulso.
Durante il tempo in cui l'uscita del monostabile è alta, l'applicazione di ulteriori impulsi all'ingresso di trigger non sortiscono nessun effetto.
Durante la carica il condensatore tenderà a caricarsi alla tensione VCC.
Vc(t)=(1-e^-t/RC)
durante questa fase di carica raggiunge il valore 2/3VCC dopo un tempo T, per cui l'equazione precedente diventa:
2/3 Vcc=Vcc- Vcc e^-T/RC
e^-T/RC=1/3
-T/RC= - ln 3
per cui :
T=RC ln 3
ma
ln 3=1,0986 approssimiamo con
ln 3=1,1 -->
T=RC*1,1
Quindi la frequenza di oscillazione del TIMER in configurazione monostabile e':
f=1/T= 1/(RC*1,1)
Schema elettrico del TIMER 555 in configurazione monostabile
Sirena della polizia con TIMER 555
Schema elettico di controllo di un motore in continua con Timer 555
