NE555
L'NE555 è un circuito integrato che può essere configurato come multivibratore monostabile (timer), come astabile (oscillatore) e come bistabile (flip-flop) permettendo la realizzazione di numerosissime applicazioni diverse.
Questo circuito integrato è stato inventato e progettato da Hans R. Camenzind nel 1970 e introdotto nel mercato nel 1971 dalla Signetics (successivamente acquisita da Philips). Il nome originale era SE555/NE555 : al suo interno vi sono tre resistori collegati in serie, ognuno del valore di 5 kΩ, i quali forniscono, tramite il principio del partitore di tensione, i potenziali di riferimento di 1/3 e 2/3 della tensione di alimentazione ai comparatori interni al dispositivo.[1]. La durata dell'impulso o il periodo dell'oscillazione è regolabile da alcune decine di microsecondi ad alcune decine di minuti.
Il circuito interno di questo integrato è formato da 23 transistori, 2 diodi e 16 resistori che compongono, oltre al già citato partitore per ottenere le tensioni di riferimento, due comparatori, un latch SR e uno stadio di potenza per pilotare il carico. Il formato più comune del 555 è in contenitore plastico a 8 pin DIP, ma esistono versioni in contenitore metallico e in vari contenitori SMT.
Esistono numerose varianti del circuito base: oltre alle varie versioni CMOS a basso consumo (in cui i partitori di tensione sono realizzati con resistori da 100 kΩ anziché da 5 kΩ[2]) esiste l'NE556, che è composto da due NE555 nello stesso contenitore (in questo caso DIP a 16 pin), e l'NE558 che è, invece, formato da 4 unità con connessioni e caratteristiche leggermente diverse dall'NE555.
Il timer 555 è uno dei più popolari e versatili integrati mai prodotti: nonostante l'età del progetto, viene ancora oggi fabbricato e utilizzato largamente grazie alla sua semplicità d'uso, economicità e stabilità. Ogni anno ne vengono prodotte circa un miliardo di unità.[3]
Il 555 e i suoi derivati hanno tre modalità operative:
- Monostabile: in questa configurazione, il 555 funziona a "colpo singolo", con un singolo impulso di trigger che manda l'uscita a +Vcc e fa caricare il condensatore C. È utilizzabile per rilevatori di impulso, antirimbalzo per pulsanti, timer, interruttori a tocco, etc.
- Astabile: il 555 opera come un oscillatore. È utilizzato, ad esempio, in lampeggiatori per LED o lampade a incandescenza, come generatore di impulsi, generatore di toni, etc.
- Bistabile: il 555 si comporta come un flip-flop, se il pin Discharge non viene connesso e non si impiega il condensatore di temporizzazione.
Connessioni
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La connessione dei pin è come di seguito:
| Nr. | Nome | Scopo |
|---|---|---|
| 1 | GND | Massa, livello logico 0 |
| 2 | TR | Un breve impulso a livello basso sul pin tr (trigger) fa partire il timer |
| 3 | Q | Durante l'intervallo di temporizzazione, l'output (uscita) resta a +VCC |
| 4 | R | Un intervallo di temporizzazione può essere interrotto applicando un impulso di reset, ossia forzando questo pin al livello basso (0 V) |
| 5 | CV | Tensione di controllo (control voltage): permette l'accesso al partitore di tensione interno (2/3 VCC). Quando questo pin non è utilizzato, è bene inserire un condensatore verso massa, solitamente da 10 nF, per filtrare la tensione di riferimento ed evitare malfunzionamenti. |
| 6 | THR | La soglia (threshold) a cui termina l'intervallo (termina se VTHR > 2/3 VCC) |
| 7 | DIS | Piedino di scarica del condensatore di temporizzazione: quando il condensatore raggiunge la tensione di soglia del comparatore, l'uscita (pin 3) va alta e un transistor scarica il condensatore per far iniziare un nuovo ciclo. |
| 8 | V+, VCC | Piedino di alimentazione: deve essere applicata una tensione compresa tra +5 e +15 V per la versione standard, o entro limiti diversi a seconda della tecnologia costruttiva (TTL o CMOS). Verificare sul datasheet del modello scelto la gamma di tensioni entro cui può essere alimentato. |
Configurazioni
[modifica | modifica wikitesto]Astabile
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In figura è rappresentata la configurazione base del 555 come multivibratore astabile, in cui i piedini 2 e 6 sono collegati tra di loro e hanno, quindi, lo stesso potenziale del condensatore C. La resistenza R1 è collegata tra +Vcc e il terminale 7 (scarica), mentre R2 viene collegata tra il terminale 7 e il condensatore .
Con questi collegamenti, quando il circuito viene alimentato, la tensione sul condensatore cresce e inizia ad oscillare tra i valori 1/3 Vcc e 2/3 Vcc: di conseguenza, l'uscita varia tra 0 e Vcc con due tempi ricavabili dalle equazioni classiche di carica e di scarica del condensatore. Il tempo t1, in cui l'uscita è alta, si calcola con la formula:
mentre il tempo t2, in cui l'uscita è bassa, si calcola con la formula:
La carica, infatti, avviene attraverso le due resistenze in serie, mentre la scarica avviene tramite la sola R2. Dalle formule si nota che t1>t2, quindi la forma d'onda avrà sempre un duty cycle maggiore del 50%, per cui le onde di uscita non sono mai simmetriche. In pratica, ponendo R1 << R2, il duty cycle si avvicina molto al 50%: in prima approssimazione, quindi, le onde si potrebbero ritenere simmetriche. Il valore di R1 e R2 è consigliabile che sia compreso tra 1 KOhm e 10 MOhm in quanto valori più piccoli di 1 KOhm possono causare il danneggiamento del transistor di scarica che, quando va in conduzione, è attraversato dalla corrente di scarica del condensatore attraverso R2 più la corrente prodotta dalla tensione di alimentazione attraverso R1.
Lo 0.693 nelle formule è dato dalla struttura circuitale e la tolleranza delle 3 resistenze del partitore è molto stretta
Per alterare il valore del duty cycle si può modificare la configurazione base nei seguenti modi:
- Duty Cycle = 50%: inserire in parallelo alla resistenza R2 un diodo con il catodo rivolto verso il pin 6.
- Duty Cycle < 50%: per questo tipo di configurazione bisogna inserire al posto della R2 due rami resistenza- diodo in parallelo con i versi dei diodi uno opposto all'altro.
Monostabile
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In figura è rappresentata la configurazione base del 555 come multivibratore monostabile in cui la resistenza R è collegata tra l'alimentazione e il pin 7 e il condensatore C tra il pin 7 e la massa, il pin 6 viene inoltre collegato insieme al 7.
Lo stato dell'uscita è basso se l'ingresso 2 Trigger vale Vcc. Infatti il BJT interno al 555 è saturo quindi l'ingresso 6 Threshold è a potenziale 0 e gli ingressi R e S del latch interno sono entrambi a 0 così lo stato dell'uscita si conserva. Appena il valore della tensione presente sul pin Trigger scende al di sotto di Vcc/3, Vout diventa uguale a Vcc e il BJT si interdice: il condensatore tende a caricarsi al valore Vcc attraverso la resistenza R, quando raggiunge il valore di 2/3 Vcc si ha S=0 e R=1, quindi Vout=0 e il BJT torna in saturazione riportando S=R=0 e l'uscita rimane allo stato stabile basso. Il tempo in cui l'uscita resta alta viene dimensionato attraverso la formula:
dove t è in secondi, R in Ohm, C in Farad.
Se durante il tempo in cui l'uscita è alta si applicano altri impulsi al trigger l'uscita non ne viene influenzata, lo stato alto termina dopo il tempo fissato dai valori di R e C, in questo caso si dice che il monostabile è non retriggerabile, ma esiste anche una configurazione in cui il monostabile è retriggerabile, dando un nuovo impulso di trigger quando l'uscita è alta il monostabile torna all'inizio del ciclo[4], il trigger viene collegato all'alimentazione Vcc e threshold alla sorgente degli impulsi, in questo caso lo stato in uscita alto si ha sul fronte di salita del segnale[5][6].
Modulatore della durata degli impulsi (PWM)
[modifica | modifica wikitesto]Se nella configurazione monostabile si collega il pin 5 Control voltage ad un generatore di tensione variabile e si applica al pin 2 Trigger un treno di impulsi periodici all'uscita si ottengono degli impulsi aventi lo stesso periodo di quelli di ingresso ma di durata dipendente dall'ampiezza del segnale presente sul pin 5 detto segnale modulante. Infatti se il valore del segnale modulante è maggiore di 2/3 Vcc l'impulso di uscita ha durata maggiore del tempo dato da 1,1 RC perché la commutazione a 0 avviene quando il pin 6 raggiunge il valore esistente sul pin 5, viceversa succede quando il segnale modulante presente sul pin 5 vale meno di 2/3 Vcc con altre applicazioni.
Modulatore di posizione degli impulsi (PPM)
[modifica | modifica wikitesto]Se nella configurazione astabile si collega il pin 5 Control voltage ad un generatore di tensione variabile si ottengono in uscita onde rettangolari con frequenza dipendente dall'ampiezza del segnale modulante applicato al pin 5.
Specifiche
[modifica | modifica wikitesto]Queste specifiche si riferiscono all'NE555. Altri timer 555 possono avere migliori caratteristiche anche in funzione della tecnologia di costruzione (TTL o CMOS) e della classe (commercial, automotive, militare, medicale ecc.[7]).
| Tensione di alimentazione (VCC) | da 4,5 a 15 V |
|---|---|
| Corrente di alimentazione (VCC = +5 V) | da 3 a 6 mA |
| Corrente di alimentazione (VCC = +15 V) | da 10 a 15 mA |
| Corrente d'uscita (massima) | 200 mA |
| Potenza dissipata | 600 mW |
| Temperatura ambiente operativa | tra 0 e 70 °C (per la versione detta commercial) |
Derivazioni
[modifica | modifica wikitesto]Varianti compatibili, comprese le versioni CMOS, vengono costruite da vari produttori. Il 555 è anche noto sotto questi nomi:
| Produttore | Modello | Note |
|---|---|---|
| ECG Philips[8] | ECG955M[9] | |
| Exar | XR-555 | |
| Fairchild Semiconductor | LM555/NE555/SA555 | |
| Harris | HA555 | obsoleto |
| Intersil | SE555/NE555/ICM7555 | |
| Lithic Systems | LC555 | |
| Maxim | ICM7555[10] | CMOS con alimentazione minima di 2 V |
| Motorola | MC1455/MC1555 | |
| National Semiconductor | LM1455/LM555C | |
| National Semiconductor | LMC555 | CMOS con alimentazione minima fino a 1,5 V |
| NTE Sylvania | NTE955M | |
| Raytheon | RM555/RC555 | |
| RCA | CA555/CA555C | |
| Sanyo | LC7555 | |
| STMicroelectronics | NE555/SA555/SE555[11] TS3V555 |
Versione del timer a 3 V di tensione alimentazione (obsoleto) |
| Texas Instruments | NA555, NE555, SA555, SE555[12] | |
| Texas Instruments | TLC555[13] | CMOS con alimentazione minima fino a 2 V |
| URSS | K1006ВИ1 | |
| Zetex | ZSCT1555[14] | Basso consumo; alimentazione da 0,9 V ma con limite superiore a 6 V |
Diversi editori, nelle loro collane tecniche, hanno pubblicato veri e propri manuali con schemi di progetto pratici, orientati a svariate applicazioni di questo dispositivo.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ Oral History Hans Camenzind Historic 555 IC Page2, su semiconductormuseum.com. URL consultato il 27 aprile 2016 (archiviato il 26 novembre 2017).
- ^ Reverse engineering the popular 555 timer chip (CMOS version), su righto.com. URL consultato il 27 aprile 2016 (archiviato il 22 aprile 2016).
- ^ (EN) Intervista a Hans Camenzind Archiviato il 27 marzo 2010 in Internet Archive.
- ^ L’integrato NE555 come monostabile (PDF), su antoniosantoro.com. URL consultato il 18 agosto 2016 (archiviato il 24 marzo 2016).
- ^ Retriggerable monostable Archiviato il 3 settembre 2011 in Internet Archive.
- ^ monostabili (PDF), su hobbyelettronica.altervista.org. URL consultato il 18 agosto 2016 (archiviato il 16 novembre 2010).
- ^ Per la classe di applicazione, tra l'altro, varia il campo di temperature ambiente ammesso:
- commercial tra 0 e 70 °C
- automotive tra -40 e 80 °C
- militare tra -55 e 125 °C
- ^ (EN) Ora NXP Archiviato il 6 novembre 2006 in Internet Archive.
- ^ (EN) NE/SA/SE555/SE555C sul sito NXP Archiviato il 27 settembre 2007 in Internet Archive.
- ^ (EN) ICM7555 Maxim Archiviato l'11 ottobre 2008 in Internet Archive.
- ^ (EN) Datasheet di NE555/SA555/SE555 su STMicroelectronics Archiviato il 19 luglio 2008 in Internet Archive.
- ^ (EN) http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/se555.pdf NA555, NE555, SA555, SE555 sul sito Texas Instruments
- ^ (EN) TLC555 sul sito Texas Instruments
- ^ (EN) ZSCT1555 sul sito Zetex Archiviato il 20 ottobre 2004 in Internet Archive.
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- Howard M. Berlin, Il timer 555, Jackson Italiana Editrice, 1978.
Altri progetti
[modifica | modifica wikitesto]Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su NE555
Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) Data Sheet (Fairchild) (PDF), su fairchildsemi.com. URL consultato il 6 giugno 2014 (archiviato dall'url originale il 3 dicembre 2008).
- (EN) Simulazione Java del circuito oscillatore
- https://web.archive.org/web/20160304141812/http://www.webalice.it/crapellavittorio/electronic/ne555_schemi.html Dal sito di i2viu link sul 555
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