TIMER INTEGRATO 555 (schema a blocchi )
VCC
R2
1M
VCC
NE555
(8)
VCC
.
R3
5K
100K
A
(6) THR
1
C7
100uF
(5)CV
VCC
C6
0.1uF
+
2 VCC
3.
1
DIS
(7)
.
TR
0
-
R
Q
2
5K
1
R4
1K
(2) TR
1
VCC
3
.
5K
S1
1
-
2
START
B
+
S
Q
reset
OUT (3)
0
T
T=1.09*(R2+R3)*C7
(sec)
0
1
GND
R
(1)
VCC
(4)
R6
10K
1
C5
10uF
2
Il circuito è formato da due comparatori ( A e B ), da un flip-flop di tipo S-R che pilota con la
sua uscita negata Q un buffer invertente di potenza con la funzione di pilotare un carico in
uscita ( Icarico < 100mA ). Un partitore resistivo composto da 3 resistori in serie di uguale
valore ( 5K ) impongono una tensione di riferimento pari a 2/3Vcc all’ingresso invertente
del comparatore A e una tensione di 1/3Vcc all’ingresso non invertente del comparatore B.
L’uscita dei due comparatori assume un valore prossimo alla Vcc se in ingresso V+ > V-,
viceversa se V- > V+ l’uscita assumerà un valore prossimo a 0 Volt.Le uscite dei comparatori
A e B attiveranno col suo fronte di salita 01 rispettivamente l’ingresso S e R del FF. Un
transistore pilotato in base dall’uscita negata Q del FF assumerà due soli possibili stati (
interdizione o saturazione ).
Analizziamo il funzionamento del circuito in figura con l’aggiunta di componenti esterni all’Ic
555.
All’accensione il condensatore C5 essendo inizialmente scarico Vc=0Volt renderà attivo il
reset del FF che forzerà l’uscita Q a livello logico 0 ( 0 Volt ) impedendo qualsiasi
commutazione casuale del FF. L’uscita negata Q a livello logico 1 ( Vcc) manderà in
saturazione il transistore ( Vce = 0,2 Volt )e tramite il buffer invertente l’uscita ( pin 3 )
assumerà valore Vout =0 Volt. La Vce del BJT sarà anche la tensione ai capi di C7 che
sarà bloccata a 0.2 Volt impedendogli di caricarsi al valore Vcc, con costante di tempo
(R2+R3 ) * C7. Intanto il condensatore C5 ha terminato la sua carica ( Vc5 = Vcc )e quindi da
questo momento il reset del FF è disattivato. Le uscite dei due comparatori si trovano
entrambi a 0 Volt.
Se adesso premiamo il pulsante di start , all’ingresso del comparatore B si avrà V+ > V- e
quindi la sua uscita passerà da 0 a 1 ,attivando l’ingresso S ( set ) del FF che porterà a sua
volta l’uscita Q a 1 ( Vcc ).L’uscita negata Q del FF sarà quindi 0 ( 0 Volt ),il BJT passerà in
interdizione e l’uscita ( pin 3 ) assumerà valore 1 ( Vcc ).A questo punto il BJT essendo
passato in interdizione non bloccherà più la carica del condensatore C7 che potrà adesso
caricarsi per un certo tempo fino a raggiungere una VC 7
2
VCC .Appena raggiunto e superato
3
questo valore il comparatore A commuterà la sua uscita 01 e attiverà l’ingresso R (reset)
del FF che commuterà l’uscita Q =0. L’uscita Q sarà 1 e l’ OUT del 555 (pin 3 ) ritornerà a 0.
Quindi il tempo in cui L’OUT del Ic 555 è a livello alto ( attivo ) è sostanzialmente il tempo
occorrente al condensatore C7 per raggiungere una sua tensione di carica uguale a
2
Vcc .
3
TEMPORIZZATORE CON Ic NE555 (schema applicativo )
+12V
JP1
+12V
2
1
alim
mm-2
1
1
R1
1K
rc07
3
2
2
C2
100uF
cv 400/200
2
2
R2
1M
v res-2
2
1
R5
10K
rc07
1
R6
10K
rc07
D1
2
2
1
2
16
9
8
2
2
K1
RELAY 12V
16dil300
2
THR
1
2
1
1
C5
10uF
6
U1
NE555
8dil300
C6
0.1uF
Q1
2N1711
to5a
C7
100uF
cv 400/200
2
2
ch300/100/200
cv 225/100
2
R9
4.7 k
rc07
2
2
1
ch300/100/200
2
4.7K
rc07
1
C4
0.1uF
2
2
ch300/100/200
1
1
1
D4
1N4001
diode-1n
C3
0.1uF
7
1
2
S1
START
2sil100
1
1
CV
DIS
GND
5
2.2K
rc07
TR
3
3
2
Q
out
mm-3
3
14
R7
VCC
1
R
1
2
3
1
8
4
R8
JP2
15
2
R3
100K
rc07
1
D2
LED
diode-led
1
D3
1N4001
diode-1n
1
1
2
1
R4
1K
rc07
1N4001 diode-1n
1
C1
0.1 uF
ch300/100/200
Title
TEMPORIZZATORE
Size
A
Date:
Document Number
I.T.I. OMAR NOVARA
Saturday , Nov ember 12, 2005
Rev
00
Sheet
1
of
In riferimento allo schema del timer a 555, rispondere alle seguenti domande:
1. Dimostra e analizza perché T 1.09 R2 R3 C 7
Vc1 Vcc * 1 e
t
2
1 e RC
3
ln 3
t
RC
t
1
e RC
3
t
RC
t 1,09 * R2 R3 * C 7
t
t
RC
2
2
RC
1 e
Vcc Vcc * 1 e
3
3
t
ln1 ln 3
*ln e
RC
ln 3
t
RC
t ln 3* R *C
1
2. Quanta corrente attraverserebbe il LED se R1 fosse da 470 ohm? (VLED=1.8V e
VQ1=0.2V)
Vcc VR1 Vled VCE
I led I R1
I led I R1 I Q1
Vcc Vled VQ1
R1
I led
I R1
V R1
R1
12V 1,8V 0,2V
21,2mA
470
3. Quale funzione svolge D1?
R1
118
R1
118
D1
D1
.
.
L1
10mH
+
+
L1
10mH
-
Vcc
12 V
-
Vcc
12 V
Q1
.
2
ON
10K
OFF
S1 .
Il BJT Q1 in conduzione (saturazione) possiamo supporlo equivalente ad un
resistenza di bassissimo valore (2 ohm) , mentre quando non è in conduzione
(interdizione) il suo valore possiamo ritenerlo equivalente ad un resistenza di alto
valore >(10 Kohm).
Durante la conduzione del BJT l’induttanza a regime si comporta come un corto
circuito, per cui la I
12V
100mA . Il diodo ,polarizzato inversamente, non
118 2
conduce corrente. La VCE = I * 2 Ω = 100mA * 2Ω = 0,2 Volt
Nell’istante in cui il BJT commuta e va in interdizione, la sua resistenza equivalente
sarà di 10 KΩ.L’induttanza della bobina mantiene la stessa corrente di prima della
commutazione ,diminuendo il suo valore gradualmente con costante di tempo R / L,
per cui ,almeno istantaneamente, sarà la VCE = VR = R x I =10 K * 100mA = 1000 Volt.
.Questa sovratensione, presente ai capi del BJT lo danneggerebbe, ma il diodo
essendo adesso polarizzato direttamente, entra in conduzione istantaneamente e con
la sua VD = 0,5 Volt, impone un abbassamento immediato della tensione VCE = 1000
Volt ad un valore a regime Vce
Vcc
*10 K 11,88Volt
100 10 K
Possiamo quindi affermare che la funzione del diodo D1 è quella di proteggere il
transistore dalla presenza di una elevata sovratensione presente tra il suo collettore
ed emettitore ( VCE ) nell’istante della commutazione saturazion e interdizio ne
4. Che cosa succederebbe se D1 fosse saldato al contrario?
R1
100
R1
118
D1
D1
Vd=0,5 V
.
.
L1
10mH
+
+
L1
10mH
-
Vcc
12 V
-
Vcc
12 V
C
Q1
C
2
.
E
E
In questo caso il diodo è in polarizzazione diretta e quando il BJT è in conduzione
avremmo nel ramo una corrente I
Vce Vcc Vd 12V 0,5V
5,75 A . Sia il diodo
R BJT
R BJT
2
che il BJT potrebbero non sopportare questo alto valore di corrente e danneggiarsi.
Oltretutto il diodo non avrebbe più la funzione di protezione contro la sovratensione (1000
Volt) dovuta all’induttanza della bobina durante la commutazione ON OFF
5. Quale funzione svolgono i diodi D3 e D4?
Servono a proteggere l’integrato da eventuali sovratensioni presenti all’ingresso che
potrebbero danneggiarlo, limitando l’escursione della tensione presente nel pin 2 del Ic
555 ad un valore di (Vcc+0,5V) e ( 0V-0,5V) cioè da +12,5V a -0,5V .
VCC
2
VCC
U1
R
1
1
V2
2
2
TR
2.2K
Q
3
DIS
GND
R8
VIN
VCC
D3
CV
THR
NE555
Per VIN > VCC il diodo D3 è polarizzato direttamente, quindi è in conduzione. Sarà
VIN VCC VIN V2 V2 VCC
quindi VIN - VCC = VR8 + VD3
VIN VCC VIN V2 VD3
VCC VD3 V2
per : VD3 0,5Volt
V2 VCC VD3
V2 VCC 0,5V
VCC
R
2
V2
2
2.2K
D4
TR
CV
Q
DIS
GND
1
2
R8
VIN
VCC
U1
3
THR
1
NE555
Per VIN < 0Volt (valori della tensione d’ingresso negativi) è invece polarizzato
direttamente il diodo D4 che sarà quindi in conduzione. Si avrà VIN VR8 VD 4
VIN VIN V2 VD 4
VIN VIN V2 VD 4
V2 VD4
6. Che cosa succede se si collega una resistenza da 5 Kohm fra il pin 5 e Vcc?
(V5=2/3*Vcc)
VCC
VCC
12V
12V
R1
5K
R2
5K
R12
2.5K
V5
V5
V5
R3
5K
R3
5K
R4
5K
R4
5K
Vcc
12V
* ( R3 R4)
* (5K 5K ) 9,6Volt
R12 R3 R4
5K 5K 2,5K
In questo caso lo stato d’uscita ON del timer viene determinato dal tempo necessario al
condensatore C7 a raggiungere un valore di 9,6 Volt , diverso dal valore precedente di 8
Volt (2/3 Vcc),con un’alimentazione Vcc=12Volt e senza la resistenza R1 aggiunta.
Conseguenza di ciò avremmo un tempo ON del timer diverso (maggiore) da quello
definito dalla espressione T 1.09 R2 R3 C 7
7. Quali sarebbero i tempi massimi e minimi con un condensatore C7 da 1 µF?
T 1.09 R2 R3 C 7
T max 1,09 * (10 6 10 5 ) *10 6 1,199 sec
T min 1,09 *10 5 *10 6 0,109 sec
8. Che cosa succede se si scambiano R4 e il pulsante S1?
2
VCC
S1
R5
10K
1
.
R8
2
555
2,2K
R4
1K
A riposo con il pulsante aperto la
V2
Vcc
12V
* ( R8 R4)
* (2,2 K 1K ) 2,9Volt
R5 R8 R4
10 K 2,2 K 1K
La V2 =2,9V è minore dei 4 volt presenti all’ingresso + del comparatore B ,per cui il
FF sarebbe sempre attivo all’ingresso S (start) e l’uscita del timer sarebbe sempre ON.
Finito un ciclo ON, il FF si verrebbe a trovare con i due ingressi S=1 e R=1;
condizione di blocco per il funzionamento del FF.. Viceversa ,premendo il pulsante, il
pin 2 sarebbe sempre agganciato alla Vcc e l’uscita del timer sarebbe sempre OFF
9. Che cosa succede se non si salda il condensatore C5 ?
Il pin 4 del reset sarebbe sempre disattivato perché agganciato a Vcc ed il timer
all’accensione non avrebbe momentaneamente l’uscita forzata a 0 ma uno stato ON
o OFF casuale.
10. Con l’uscita del 555 (pin 3) è possibile pilotare una porta logica TTL ? A quali
condizioni?
Si a condizione che la Vcc= 5 Volt oppure si inserisca in uscita (pin 3) un partitore
resistivo che limiti la Vout a 5 Volt.
11. Dove altrimenti sarebbe possibile collegare il diodo LED di segnalazione?
Avendo un diodo led in conduzione una corrente Imax= 20 mA , può essere pilotato
direttamente in uscita (pin 3), potendo quest’uscita pilotare carichi fino a 100 mA.
12. Dire almeno un caso in cui è indispensabile la presenza del relè
L’uso del relè è indispensabile quando si devono pilotare carichi che prevedono un
assorbimento di corrente oltre i 100mA (sia in tensione continua che alternata),
quando necessitano di una tensione d’alimentazione in alternata (per qualsiasi valore);
per esempio l’uso del timer per l’accensione delle luci delle scale in un condominio;
13. Che cosa succederebbe se al posto di R8 saldassimo una resistenza da 10
Kohm?
VCC
R4
1K
R5
10K
R8
2
2
555
10K
1
S1.
Quando chiudiamo il pulsante avremmo :
V2
Vcc
12V
* R8
*10 K 6Volt
R5 R8
10 K !10 K
La V2 = 6 V sarebbe sempre superiore ai 4 V ( 1/3 Vcc) presenti all’ingresso V+ del
comparatore B e di conseguenza non si avrebbe mai la commutazione dell’uscita del
suddetto comparatore , necessaria per attivare lo stato d’uscita ON del timer.
14. Quali sono i valori corretti di tensione da applicare al pin 2 del 555 per avviare la
temporizzazione? Perché?
La commutazione dell’uscita del timer da OFF a ON avviene quando il valore della
V2 ( pin 2 del 555 ) scende sotto il valore di riferimento di 4 Volt (1/3 Vcc) , quindi per
valori che vanno do 0 Volt a 4 Volt ,perché solo in queste condizioni il comparatore B
può commutare e dare all’ingresso S (start ) del FF l’impulso necessario per la
1
3
commutazione dello stato logico d’uscita ( Q ). Quindi per 0V V 2 VCC
15. Cosa potrebbe accadere se non ci fosse il resistore R3 in serie al trimmer R2 ?
Il resistore R3 in serie al trimmer R2, oltre ad regolare il tempo in cui l’uscita del timer
è ON funge da resistenza di carico per il BJT interno all’Ic 555.Nel caso in cui il
trimmer fosse cortocircuitato R2 = 0 ohm ( Tmin ), senza la R2 il BJT si verrebbe a
trovare con una resistenza di carico Rc = 0 danneggiandosi perché attraversato da
un’alta corrente Icarico.
16. Che cosa succede se si scambiano fra di loro R6 e C5 ?
Per essere attivo il reset, il pin 4 deve essere a potenziale 0 Volt. Con la
configurazione seguente, all’accensione del circuito, inizialmente il C5 è scarico
(cortocircuito ) ( Vc = 0 ), la V4 sarà a potenziale Vcc e quindi il reset non è attivo.
Di conseguenza l’ OUT del timer può assumere uno stato ON o OFF casuale.
Quando il condensatore si sarà caricato non permetterà il passaggio di corrente e di
conseguenza la caduta di tensione nella R6 sarà VR6 = 0 Volt e quindi il reset sarà da
questo istante in poi sempre attivo e bloccherà l’OUT del timer sempre a 0 Volt.
1
VCC_CIRCLE
555
.
2
C5
4
R
5K
R6
17. Dire almeno un caso in cui sarebbe stato possibile pilotare un carico senza relè
Per alimentare ed attivare per un tempo T , l’accensione di lampade o semplici
apparecchiature elettriche o elettroniche che non richiedono una corrente superiore a
100 mA ( lettori mp3, diodi Led, piccoli motorini in corrente continua, lampeggiatori in
bassa tensione continua, ecc.. )
18. Che cosa accade se D4 viene invertito?
VCC
R5
10K
R8
2
2,2K
555
D4
.
Il diodo D4 in questo caso risulta polarizzato direttamente ed in conduzione tramite la R5.
La VD4 = 0,5 Volt impone questo valore all’ingresso del pin 2 ( V 2 = 0,5 Volt) , interpretato
dal Ic 555 come un livello (V2<4Volt) atto a provocare lo start ( livello ON in uscita ) che
si manterrà in modo ripetitivo indipendentemente dallo stato del pulsante. Oltretutto il D4
non esplicherà più la sua principale funzione di protezione dell’ingresso da valori di
tensione negativi ( Vin < -0,5 Volt )
19. Perché C1 e C2 sono stati utilizzati in parallelo anziché uno solo dei due?
C1 ( 0,1 uF ) serve a filtrare disturbi di alta frequenza presenti nella linea di
alimentazione :
C2 ( 100 uF ) ha una funzione di filtro di livellamento della Vcc.
20. Se la linea che collega il pulsante all’ingresso del circuito è abbastanza lunga
,quali problemi potrebbero sorgere? Come risolverli?
TIMER 555
220 Volt
I
S1
START
I
I
Zin
R
Se il pulsante di start è posto in posizione remota rispetto al circuito, con percorsi
adiacenti a quelli della rete elettrica ogni qualvolta si accende un elettrodomestico
(Aspirapolvere, lavatrice , ecc.. ) i disturbi provocati dalle spazzole dei motori elettrici
,captati per induzione dai fili del pulsante sono sufficienti ad attivare il timer
rendendolo quindi poco affidabile.
Per esempio , una Zin = 1KΩ (impedenza d’ingresso dell’apparecchiatura) attraversata
da una corrente indotta (disturbo) di 1 mA , avrebbe ai suoi capi una Vin= Zin*I =
1KΩ*1mA = 1 Volt , ma se la Zin = 100KΩ la Vin =100KΩ * 1mA = 100 Volt. E’
importante quindi, al fine di ridurre l’effetto dei disturbi di linea che la Zin sia la più
bassa possibile. A tal fine si è realizzato uno stadio d’ingresso a bassa impedenza
costituito da R4, C3, seguito da un filtro passivo composto da R5, C4.
