HT002 – L’integrato universale NE555

Dopo aver pubblicato il servizio HT001 dedicato ai radioamatori, è la volta oggi dedicata al circuito integrato classico e ultraversatile NE555, in seguito ci saranno altri articoli su operazionali, logiche digitali, motori passo passo, diodi led e semiconduttori di vario genere.

Presente sul mercato da circa 40 anni, oggetto di molte pubblicazioni, vogliamo qui fare un semplice riassunto delle sue molteplici funzioni e dare alcune descrizioni di funzionamento e presentare dei semplici schemi applicativi di facile realizzazione.

Iniziamo con una breve descrizione:

Costruito inizialmente negli USA da National, Texas, Motorola e Fairchild, in seguito rapidamente diffuso in Europa grazie a SGS, Thompson, Philips, e in Giappone (Samsung) negli anni oltre a migliorare per quanto riguarda stabilità e derive termiche che ne avrebbero provocato a breve la distruzione, oggi è uno dei circuiti integrati ancota largamente utilizzato in svariate applicazioni.

Negli anni 80 è apparsa sul mercato anche la versione C/MOS, che a differenza della serie classica, riesce a lavorare in una più vasta gamma di tensioni e ha un assorbimento molto inferiore, oltre a tutte le caratteristiche dei circuiti C/MOS.

Inizialmente reperibile sia nella versione DIP a 8 piedini che in TO99 sempre 8 piedini ma disposti in forma circolare, questa serie essendo metallica era più facile da raffreddare (bastava aggiungere un dissipatore in alluminio dello stesso tipo usato su transistor in contenitori in TO5 come 2N1613, 2N1711, BC161, 2N2219, 2N4427, ecc.), anche se più costosa da produrre, tanto che è stata abbandonata da molti anni, anche se qualcosa si trova ancora nelle fiere dell’ elettronica

Ogni NE555, contiene al suo interno due comparatori, un flip flop tipo set reset, un partitore di tensione, un buffer e un transistor driver come visibile nel disegno sotto:

A ogni piedino corrisponde una ben precisa funzione come descritto qui sotto:

pin 1: GND alimentazione negativa, va connesso direttamente a massa

pin 2: TRIGGER, quando la tensione presente su questo piedino scende sotto il valore di soglia prefissata (1/3 della tensione di alimentazione) si attiva il flip flop portando l’ uscita allo stato logico 1 e sblocca il comando di scarica (piedino 7), nella versione a transistor la corrente massima in ingresso può arrivare a 100nA, mentre in quello C/MOS è di 10pA.

pin 3: USCITA, all’ interno è presente un buffer a transistor (versione normale) in grado di erogare circa 100mA, o a mosfet (versione C/MOS) in grado di erogare addirittura 180mA.

pin 4: -RESET, questo ingresso corrisponde alla base di un transistor PNP e deve essere collegato all’ alimentazione positiva perché il tutto funzioni, collegandolo a massa, l’ uscita del flip flop si porta a zero e il transistor di scarica va in conduzione, bloccando il funzionamento del circuito.

pin 5: COMP: spesso questo piedino non viene usato, altre volte lo si usa solo per compensare eventuali fluttuazioni della tensione di alimentazione, rendendo più stabile il circuito aggiungendo un semplice condensatore elettrolitico con valori compresi tra 4,7uF e 47uF.
In condizioni normali è presente una tensione pari a 2/3 di quella di alimentazione, variando questa tensione esternamente (con un trimmer) è possibile variare la frequenza dell’ oscillatore quasi come in un VCO, sommando un segnale in BF si ottiene un generatore modulato in FM, utilissimo per pilotare radiocomandi, diodi laser, led IR o sistemi PLL.

pin 6: SOGLIA, questo piedino rappresenta l’ ingresso di un comparatore (come il pin 2) solo che si attiva quando la tensione in ingresso supera i 2/3 di quella di alimentazione, in questa condizione, l’ uscita si porta a zero e si attiva la scarica.

pin 7: SCARICA, questo piedino corrisponde internamente al collettore di un transistor (o drain di mosfet) il cui compito è quello di cortocircuitare a massa in modo diretto o tramite una resistenza, il condensatore che con la sua carica determina il tempo di oscillazione.

pin 8: VCC, corrisponde all’ alimentazione positiva, per avere una giusta stabilità e sicurezza di funzionamento è necessario inserire un condensatore ceramico o poliestere direttamente tra questo piedino e la massa (pin 1).

Ecco l’ elenco delle varie versioni, sia normali che C/MOS, la sigla varia in base alla ditta costruttrice e con le caratteristiche tecniche riportate sotto in viola.

COSTRUTTORE TRADIZIONALE C/MOS

EXAR XR555
FAIRCHILD NE555
INTERSIL SE555 ICM7555
LITNIC SYS LC555
MOTOROLA MC1555 MC14555
NATIONAL LM555
RAYTHEON RM555 RC555
RCA CA555
SAMSUNG NE555 KS555HN
SGS THOMSON NE555 LM555 TS555CN
TEXAS SN52555 SN72555 TLC551C
Tensione di alimentazione 4,5V – 15V 3V – 18V
Assorbimento (5V) 3ma 500uA
Assorbimento (12V) 10mA 800uA
I in trigger (2) 25nA 10pA
I in soglia (6) 100nA 10pA
I in reset (4) 100nA 10pA
Iout max (3) 100mA 150mA
T ON 100ns 20ns
T OFF 100ns 15ns
F max 500Khz 1,8Mhz

 

Lo schema di partenza è il classico multivibratore astabile come quello rappresentato:

Componenti 1° schema:

R1 = 4,7KΩ 0,25W C3 = 100nF 25V ceramico
R2 = 10KΩ 0,25W C4 = 47uF 16V elettrolitico
C1 = 4,7uF 16V elettrolitico U1 = NE555
C2 = 10uF 16V elettrolitico

All’ istante di accensione, con tutti i condensatori scarichi, la tensione sul piedino 2 viene a essere prossima a zero, quindi ben inferiore al valore Vcc : 3 (per Vcc = 9V è di 3V, mentre per Vcc = 12V sarà di 4V) quindi il comparatore attiva il flip flop, portando l’ uscita Q a livello positivo e sbloccando la scarica (pin 7) dando la possibilità a C2 di caricarsi attraverso le resistenze R1 e R2.
Il tempo di carica sarà pari a T = (R1 + R2) x C2 x 1,1, che con i valori indicati è pari a 162ms (10KΩ + 4,7KΩ) x 10uF x 1,1 = 162ms.
Aumentando R2 fino a 100KΩ, il tempo di carica di C2 aumenterà in base alla formula (100KΩ + 4,7KΩ) x 10uF x1,1 = 1152ms, (questo tempo determina la durata dell’ impulso positivo, mentre quello negativo (essendo la scarica controllata dal piedino 7, non interessa R1) risulta leggermente inferiore essendo pari a:
100KΩ x 10uF x1,1 = 1100ms.
Se volessimo usare questo circuito per comandare delle frecce per ciclomotori o un comune autoblinker per autostoriche, R2 dovrà risultare compresa tra 39KΩ e 56KΩ per avere il giusto lampeggio.

Con questo schema è possibile creare dei generatori di impulsi, lampeggiatori per vari usi, modificando il duty cycle, si riesce a variare la velocità di piccoli motori.

 

Il secondo schema è il multivibratore monostabile:

Componenti 2° schema:

R1 = 22KΩ 0,25W C4 = 100nF 25V ceramico
R2 = 10KΩ 0,25W C5 = 47uF 16V elettrolitico
C1 = 10nF 25V ceramico D1 = diodo tipo 1N4148
C2 = 4,7uF 16V elettrolitico U1 = NE555
C3 = 10uF 16V elettrolitico

Questo monostabile serve a generare un impulso positivo costante indipendentemente dalla durata dell’ impulso in ingresso, infatti la durata T sarà uguale a: T = R2 x C3 x 1,1 quindi T = 10KΩ x 10uF x 1,1 = 110ms, ovviamente variando R2 e C3 si ottengono valori diversi, per esempio per un timer per luci scale, bisognerà tenere conto del tempo necessario a salire o scendere senza restare al buio, quindi serviranno tempi più lunghi come R2 = 1MΩ e C3 = 22uF, in tal caso si avrà T = 1MΩ x 22uF x 1,1 = 24s, naturalmente sostituendo R2 con un trimmer da 2,2MΩ con in serie una resistenza da 100KΩ e C3 da 47uF si possono ottenere tutti i tempi necessari, da 5s fino a quasi 2 min.
Sostituendo invece C3 con un condensatore di valori più bassi (ceramico o poliestere) è possibile avere un generatore di impulsi valido per misurare delle frequenze, in quanto sarebbe in grado di pilotare un galvanometro capace di indicare il valore corrispondente alla frequenza o ai giri del motore.
Sviluppando questo schema è possibile costruire anche capacimetri, frequenzimetri, contagiri per moto e go kart, tachimetri ecc.
Altro schema applicativo è il flip flop tipo set reset che si attiva semplicemente dando impulsi o valori di tensione ben definiti sugli ingressi 2 e 6:

Componenti 3° schema:

C1 = 4,7uF 16V elettrolitico C3 = 47uF 16V elettrolitico
C2 = 100nF 25V ceramico U1 = NE555

Partendo da questo circuito è possibile costruire degli squadratori di segnale, indicatori di livello per cisterne ecc.

Detto questo, non resta altro che elencare alcuni progetti futuri basati proprio sul NE555, molti saranno solo schemi proposti, poi ci saranno nuovi kit.

Tra questi ci saranno:

Frequenzimetro analogico
Generatore di segnali
Temporizzatore luci scale
Variatore di velocità pwm
Regolatore switching
Lampeggiatore stroboscopio
Capacimetro
Contagiri per go kart e vecchie auto e moto
…….. e tanto ancora…..

 Buona sperimentazione!