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da **IsidoroKZ** » 21 nov 2013, 17:54

In un recente thread viewtopic.php?f=1&t=48253 si e` discusso se fosse necessaria una resistenza di pull down all'uscita di un 555 che pilota un MOS.

Poiche' quel thread e` parecchio ramificato, preferisco dedicare un nuovo messaggio al problema. Faro` riferimento al 555 bipolare descritto nel data sheet della National (ora Texas

), che si trova qui.

La versione CMOS non ha da` origine alle questioni poste nell'altro thread, perche', come dice

PietroBaima, la versione CMOS inizia a lavorare a tensione piu` bassa.

Per rispondere alla domanda e` necessario sapere come si comporta il circuito durante lo start up. Nel seguito faccio riferimento alla configurazione astabile standard, ma le considerazioni valgono anche per gli altri possibili utilizzi.

Non analizzero` neppure le condizioni di brown-out, che danno origine a comportamenti decisamente interessanti, per i quali ci vuole qualcuno che l'elettronica la sappia davvero, come ad esempio

carloc. Mi limitero` allo start up con una rampa lenta di salita della tensione di alimentazione.

Considerazioni generali e funzionali

Il datasheet riporta che la tensione minima di funzionamento a temperatura ambiente e` di 4.5V. Che cosa capiti al di sotto di questa tensione non e` specificato, ma e` possibile fare alcune ipotesi iniziali.

Il datasheet non riporta nessuna indicazione della presenza di un Under Voltage Lock Out, che spenga l'integrato al di sotto di una determinata tensione di alimentazione, e neanche indica che ci possano essere situazione in cui l'uscita vada in alta impedenza.

La funzione di UVLO e` abbastanza importante, ad esempio per garantire un basso consumo alla partenza, e se ci fosse sarebbe pubblicizzata e documentata nel datasheet. Invece una possibile condizione di alta impedenza, possibly unwanted, non puo` essere esclusa a priori, ancorche' improbabile.

All'accensione il condensatore di temporizzazione e` scarico, e per il funzionamento del circuito deve potersi caricare. Se si guarda la figura 16 del datasheet, Astable Waveforms, si vede che quando il condensatore si carica la tensione di uscita e` a livello alto. E` ragionevole assumere che anche durante la fase di salita della tensione di alimentazione il comportamento sia lo stesso.

Mentre la tensione di alimentazione aumenta l'uscita viene pilotata a livello alto, ammesso che l'integrato lavori correttamente, poiche' il condensatore e` ancora scarico, e quindi la tensione di uscita sale come la tensione di alimentazione, meno eventualmente qualche caduta di tensione sullo stadio di uscita. Per verificare questa assunzione bisogna esaminare lo schema interno.

Considerazioni circuitali

In questa sezione si fara` riferimento allo schema interno del 555 riportato dal datasheet in prima pagina. Qui riporto la sezione di uscita, cui si fa riferimento nel seguito.

: 555sch.png (43.71 KiB) Osservato 6294 volte

Bisogna anche premettere che il 555 bipolare e` rimasto praticamente immutato dalla suo primo progetto fino ad ora. Non essendo mai stato brevettato, tutte le ditte che lo hanno prodotto hanno mantenuto praticamente lo stesso schema (per ulteriori dettagli vedere i libri e gli scritti di Camezind)

Il circuito che genera le polarizzazioni e` formato da Q20, R6, Q21 e Q20 (o Q19, ma non e` detto che alla partenza sia acceso). Il circuito di polarizzazione comincia a funzionare con una tensione di alimentazione di circa 1.8V.

Al di sotto di questa tensione Q22 e` spento, non c'e` corrente di base su Q23 e lo stadio di uscita e` "lasciato a se stesso" e pilota l'uscita (il piedino 3) a livello alto attraverso R11 Q27 R12.

Da notare che Q23 spento vuol dire uscita alta anche in fuzionamento normale, quindi quando il 555 viene alimentato, anche a tensioni minori della minima di funionamento, l'uscita va a livello alto.

Quando Q22 comincia ad accendersi, la corrente fluisce prima attraverso la base di Q20, accendendolo e lasciando spento Q23, quindi ottenendo lo stesso effetto di prima.

Quando la tensione di alimentazione sale oltre 2V circa e comincia a esserci polarizzazione, entra in funzione il comparatore formato da Q7 a Q13, e se la costante di tempo associata al condesatore di timing e` piu` lunga di quella associata al condensatore sul piedino 5, il comparatore manda un segnale di reset al flip flop, che conferma l'uscita alta.

Se invece le costanti di tempo non fossero come detto e ci fosse invece un condensatore di timing piccolo e resistenze piccole per lavorare ad alta frequenza, formando cosi`una costante di tempo piu` breve di quella associata al condensatore sul piedino 5, allora il comparatore potrebbe non mandare al flip flop il segnale di reset.

Tuttavia il flip flop e` stato costruito in modo asimmetrico, e all'accensione parte nello stato resettato, e l'uscita del 555 continua ad essere alta.

Da una prima analisi del circuito interno pare quindi che all'accensione la tensione di uscita vada a livello alto, seguendo la tensione di alimentazione, indipendentemente dai valori delle costanti di tempo.

Simulazione

Ho provato a simulare il circuito in configurazione astabile, usando come resistenze di timing due resistenze da 15kohm, C di timing da 100nF e C sul piedino 5 di 10nF. L'alimentazione e` stata fatta variare da 0V a 10V in 1ms. In serie alla sorgente di alimentazione e` stata messa una resistenza da 50ohm, per avere la stessa situazione che poi avrei avuto in laboratorio. Non sono state messe resistenze di pull down o di pull up sull'uscita.

Il 555 e` stato simulato a livello di transistor, il circuito comprende oltre 30 transistor! Il risultato e` nella figura seguente

: 555sim.png (13.34 KiB) Osservato 6294 volte

La curva verde e` la tensione di alimentazione del 555, quella gialla e` la tensione di uscita del 555. L'alimentazione viene fatta salire linearmente in 1ms da 0V fino a 10V. La tensione di uscita segue da vicino l'alimentazione perche' l'integrato sta pilotando l'uscita a livello alto. Dopo circa 3.6ms dall'applicazione dell'alimentazione il circuito comincia ad oscillare. Dopo quasi 5ms l'alimentazione viene spenta.

Quando la tensione di uscita va a livello basso il consumo interno del 555 e la tensione di alimentazione scende a causa della resistenza da 50ohm che ho messo in serie.

Misura

La stessa condizione simulata e` poi stata provata in laboratorio, usando un generatore di funzioni arbitrare per generare l'alimentazione e un oscilloscopio digitale per catturare le forme d'onda.

Il generatore e` stato programmato per dare la stessa forma d'onda della simulazione mentre l'oscilloscopio e` stato usato in modalita` di acquisizione singola per catturare la partenza con le capacita` scariche. Anche in questo caso si e` lasciata l'uscita aperta.

Il risultato e` mostrato nella figura

: 555-1.png (34.7 KiB) Osservato 6294 volte

La curva verde e` la tensione di alimentazione, mentre quella gialla la tensione di uscita. Anche qui si vede che la tensione di uscita sale con la tensione di alimentazione, la quale ha un abbassamento quando l'uscita va a livello basso perche' la corrente assorbita dall'integrato aumenta.

In definitiva, serve la resistenza di pull down? Direi di no perche' anche in fase di partenza lo stadio di uscita, con Q23 spento, e` pilotato per dare in uscita un livello alto.