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5 insoliti impieghi del 555

Indice

L' NE555

L'NE555 è un circuito integrato che contiene un multivibratore che può essere configurato come monostabile (timer), come astabile (oscillatore) e come bistabile (flip-flop) permettendo la realizzazione di numerosissime applicazioni diverse."

Questa è la definizione data da Wikipedia, che aggiunge anche la data di nascita: 1970, e l'origine del nome: un partitore di 3 resistenze da 5 kΩ che genera i riferimenti interni.


Da quarant'anni questo componente è stato utilizzato infatti nei modi più diversi ed ha avuto una diffusione così vasta che ormai il suo prezzo è dell'ordine di quello di un singolo transistor (0.25 €, IVA compresa).

Ciò spiega la sua popolarità ed il perché si tende sempre più ad utilizzarlo in configurazioni "insolite", cioè che vanno al di là delle normali temporizzazioni, soprattutto nelle applicazioni artigianali dell'elettronica.


Questo articolo vuole segnalarne alcune di maggior interesse, rimandando per le configurazioni "tradizionali" a precedenti pubblicazioni (vedi Tutorial), già da tempo disponibili in ElectroYou.


Prima però di passare alle configurazioni non convenzionali, è però opportuno richiamare l'attenzione sulla struttura interna (semplificata per maggior chiarezza funzionale) di questo componente:

(da rpaisley4)

in cui si può notare il partitore che genera i livelli per 2 comparatori che agiscono a loro volta su un Set/Reset-FlipFlop, cioè in definitiva sullo stato dell'uscita. Questa uscita è poi opportunamente amplificata per poter dare sia in configurazione "source" che "sink", fino a 200mA, in grado quindi di comandare direttamente piccoli carichi (relè, LED, ecc.).

Duty cycle da 0 a 100%

Chiunque abbia utilizzato l' NE555 nella classica configurazione astabile (oscillatore) sa che è impossibile avere in uscita la durata dell'impulso minore della durata della pausa (cioè un duty cycle < 50%) e questo perché nella formula del tempo d'impulso, le 2 resistenze si sommano.

E' pur vero che la cosa può essere aggirata mettendo il carico sull'uscita in sink (cioè tra positivo dell'alimentazione ed uscita), quindi rovesciando i tempi d'impulso e di pausa, ma resta pur sempre la limitazione al 50%.

Anche ponendo dei diodi nella configurazione delle resistenze si possono ottenere risultati, ma rimane il fatto che variando il duty cycle , varia pure la frequenza generata.


Per ovviare a questo problema ecco una prima configurazione che elimina la limitazione al 50%, dando la possibilità di generare duty cycle da 0 al 100%, mantenendo quasi invariata la frequenza.

Si noti che l'uscita è ora il pin 7 (Disch), che richiede una resistenza di pull-up (47K, nel disegno).

Il risultato della diversa posizione del cursore nel potenziometro (Pot) è palese nella forma d'onda dell'uscita:

Credo non occorra sottolineare l'utilità di questo risultato: la possibilità di generare una tensione media variabile da zero al massimo per pilotare ad es. la luminosità di un LED o la velocità di un piccolo motore.

VC PWM

Spesso però la variazione del duty cycle deve dipendere da una tensione, ed in questo caso si può utilizzare un altra "insolita" configurazione del 555.

Con un primo 555 astabile si stabilisce la frequenza voluta, innescando, sui fronte d'onda negativo, un secondo 555 monostabile, la cui durata d'impulso dipende dalla tensione applicata all'ingresso di controllo (pin 5)

Il risultato è quello rappresentato in questa simulazione:

dove si vede che all'aumentare della tensione (traccia verde) aumenta la durata degli impulsi in uscita (traccia rossa).

Questa configurazione fa parte dei circuiti noti come VCPWM (Voltage Controlled Pulse Width Modulation).

Comparatore

Guardando la struttura interna del 555 indicata all'inizio, è immediatamente evidente la possibilità di sfruttare i comparatori esistenti per rilevare soglie di intervento su un segnale d'ingresso opportunamente applicato, precisamente a Thresold (pin 6) e Trigger (pin2)

Ecco come:

ed ecco il cambiamento di stato dell'uscita (OUT, traccia rossa) al variare delle tensione applicata ai 2 pin precedentemente indicati (V3, traccia blu):

Il comparatore ha in questo modo soglie fisse a 2/3 e a 1/3 della tensione di alimentazione (quindi una "zona morta" pari ad 1/3 di questa), ma tale limitazione è ovviabile con una resistenza posta fra il Controllo (pin 5) e il comune, che abbassa entrambi i valori di soglia.

Una simulazione permette quindi una rapida determinazione del valore più opportuno per questa resistenza.

Rampa lineare

Facendo caricare con una corrente costante il condensatore che nella configurazione classica stabilisce i tempi, si ottiene un andamento di tensione crescente linearmente, cioè appunto una "rampa lineare".

Per questo basta interporre un transistor (di tipo PNP) nel circuito di carica, pilotato da un partitore che stabilisce il valore della corrente.


All'arrivo di un impulso di trigger (impulso di "zero") la rampa inizia e cresce fino al raggiungimento di una soglia stabilita col potenziometro (Pot), dopodiché viene forzata a zero dall'uscita Discharge del 555.

Il risultato è questo:

con il segnale di trigger in verde, la soglia in blu ed il segnale d'uscita in rosso.

Set/Reset-FlipFlop

Vediamo da ultimo la più semplice delle configurazioni insolite: il circuito equivalente all'autoritenuta di un relè:

Con il pulsante di Set si ottiene l'attivazione dell'uscita (OUT), con il pulsante di Reset il suo rilascio (ritorno a zero)


Non c'è altro da dire se non sottolineare che a differenza di altre soluzioni elettroniche, questa configurazione consente il controllo di carichi fino a 200mA, il che risolve spesso i problemi di piccoli automatismi.

Riferimenti

La rassegna di casi qui presentata, può essere rappresentativa, ma non certo esaurire le numerosissime varianti escogitate nell'utilizzo del 555. Una ricerca in Internet su questo argomento è senz'altro molto interessante ed istruttiva.

Mi limiterò a dare il riferimento di questo sito recente, particolarmente ricco di esempi.

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Commenti e note

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di ,

Ho risposto via pm.

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di ,

Ciao, ho provato ad implementare il circuito citato in questo articolo per realizzare una pwm 0-100%, frequenza 2Hz con il ne555. Purtroppo nella realizzazione pratica non riesco ad accendere nemmeno un led. Ho aperto un thread nel forum, sezione elettronica generale, in cui ho riportato il circuito che ho realizzato. Potresti leggerlo e dirmi cosa ne pensi? Grazie in anticipo!

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di ,

OK allora apro un thread nel forum, a presto!

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di ,

Non vedo una soluzione con 555, ma con amplificatori operazionali (integratori per rampe triangolari). Meglio però continuare il discorso nel Forum.

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di ,

è sempre una buona alternativa (come tensione media) però si ha sempre una tensione d picco superiore alla nominale, e quindi con il rischio di danneggiare la ventola. Io preferirei intervenire sul Duty Cycle piuttosto che rischiare con la tensione, non si può fare nulla a tal proposito con il versatile 555 o altro?

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di ,

Con un PWM a 25kHz e che arriva al massimo al 70% di duty-cycle, non dovrebbe essere un problema aumentare la tensione nominale.

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di ,

Si, ci avevo pensato pure io, però poi ho pensato che cosi si danneggia la ventolina, alimentandola a più della sua tensione massima. Non so se ha presente le ventoline a 4 pin dei pc. Certo si potrebbe limitare l'uscita massima del range a 12 volt con un diodo zener, ma questo con una normale ventola a 2 pin o una tachimetrica a 3 pin. Questa è una ventola a 4 pin con la seguente piedinatura: pin1 (filo nero ) GND; pin2 (filo giallo) +12V (fissi e costanti); pin3 (filo verde) SENSORE (segnale tachimetrico); pin4 (filo blu) PWM (onda quadra a duty cycle variabile). Per gestirla devo variale per forza l'impulso del segnale PWM che fa da pilota alla ventola (infatti da max 3.3v)

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di ,

Allora, invece che cambiare la durata dell'impulso, sarebbe più semplice variarne del 50% la tensione dell'impulso stesso.

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di ,

Intanto la ringrazio molto per la sua risposta! Mi spiego meglio con un esempio: Io all'entrata del circuito do un segnale PWM con frequenza 25kHz e 3.3v p/p e Duty Cycle del 30%. All'uscita del circuito devo avere un segnale PWM con frequenza 25kHz e 3.3v p/p e Duty Cycle del 45% (Duty Cycle aumentato del 50% in piu rispetto a quello iniziale).

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di ,

Francamente non ho capito la richiesta: il PWM funziona ad una frequenza fissa e varia il duty-cycle (come detto nel secondo scritto) per variare la tensione media. Che vuol dire mantenerlo al 50%?

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di ,

Ho dimenticato di dire che il segnale di sorgente ha un duty cicle che varia dal 20% al 100% per modificare la velocità della ventola. Cosi credo di aver dato tutti i dati.

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di ,

Salve sono rimasto impressionato dal circuito "VC PWM" e le vorrei fare una richiesta. Io ho segnale PWM con frequenza 25kHz e 3.3v p/p che mi comanda una ventola (Ventola da 12v con 4 pin PWM classica da PC). A me servirebbe ul circuito tipo VC PWM che però in uscita mi dia la stessa frequenza ma una durata degli impulsi in uscita (duty cicle) del 50% (o una cosa simile) in piu rispetto alla sorgente. Come si potrebbe modificare?

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di ,

I valori delle resistenze non sono critici, quindi potrebbero rimanere a 10K, ma volendo si possono dimezzare (4.7K)

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di ,

Nel caso del flip-flop, se la tensione fosse di 5V invece che 12V, le resistenze che valore assumono?

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di ,

Non mancherò hi. E' come se tu avessi firmato la tua condanna! Ecco, se e quando avrai voglia e o tempo mi piacerebbe che tu mi facessi lo schema con i dettagli che cerco, il risultato finale dovrebbe essere, frequenza di sweep da quasi zero a max 50 Hz, quasi zero se si usa il tracking per tarare filtri a quarzo, una presa per l'uscita X una presa per l'uscita degli impulsi di spegnimento. Basta, hi solo questo! Poi con le uscite suddette mi arrangio da solo ad adattarle ai miei pasticci. Scusa se ti do del tu, ma sei un giovanotto al mio confronto. Il vekkio MIOMAO ha colpito ancora! Grazie

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di ,

Certo, miomao. Il Forum è fatto per questo.

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di ,

Quando si cerca una cosa e la si trova, allora è FESTA! Il mio problema è quello di generare una rampa a dente di sega per pilotare un VCO e un impulso che mi spenga il VCO quando la rampa ritorna a zero, così da non vedere la ritraccia sull'oscilloscopio, che in questo caso mi deve fare da monitor per un analizzatore di spettro. Ora lo provo e metto le mani avanti, posso disturbarti in caso di necessità? Ciao miomao

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di ,

Ok grazie!

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di ,

No, per la frequenza ha importanza solo il valore totale del potenziometro. Per maggiori dettagli vedi: http://www.dprg.org/tutorials/2005-11a/index.html

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di ,

Però così se si modifica il potenziometro allora si modifica anche la frequenza.

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di ,

(Risposta ad OberoN) La frequenza in uscita dipende dal valore del potenziometro e da quello del condensatore: FREQ=1.44/(Pot*C)

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di ,

Come si fa a modificare la frequenza nel primo circuito?

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di ,

semplicemente istruttivo al 100%. grazie delle preziose informazioni

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di ,

Bellissimo l'articolo, è molto istruttivo e mi ha chiarito alcuni dubbi. Grazie mille!

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di ,

Grazie del suo contributo, sto imparando molte cose da Lei.

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di ,

Bellissimo articolo Giovanni ! Non avevo avuto il tempo di leggerlo con attenzione ma l' ho fatto ora. Nonostante abbia realizzato un' infinità di circuiti con questo componente alcune della applicazioni che hai presentato in questo articolo sono per me nuove. Ti ringrazio, sono sicuro che in futuro mi saranno senza dubbio molto utili ! Sono tutt' ora un accanito sostenitore del 555 ! Grazie! David

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di ,

E' meglio trasferire la domanda nel Forum, così può essere più dibattuta.

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di ,

Intanto La ringrazio per la risposta! Il circuito che avevo preso in considerazione era LMC555 di National Semiconductor perchè funziona già con un'alimentazione di 1.5V (che per me è rilevante). Per inciso, mi pare che la deriva della freq. con la temp. sia paragonabile con quella del circuito che mi ha segnalato. Lo schema a cui faccio riferimento è quello di fig. 12 del datasheet da me menzionato. Mi occorre "a vuoto" una frequenza di oscillazione il più stabile possibile (nel tempo e con la temperatura). Però non so come procedere per studiare quest'aspetto, per questo chiedevo come si procede in generale a caratterizzare la stabilità della frequenza per un oscillatore. Se Lei (o qualcun altro degli esperti del forum) ha delle indicazioni (anche in letteratura) da potermi segnalare sarei molto grato. Nuovamente grazie.

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di ,

Segnalo ad mdl che è disponibile una versione particolarmente stabile: il 7555 della Intersil. Nel relativo datasheet sono riportate le curve di stabilità delle frequenza generata (fig.13).

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di ,

Volevo chiedere all'ottimo Ing. Schgor una spiegazione che riguarda l'utilizzo del 555 come oscillatore (si collega una resistenza al TRIGGER - a sua volta collegato con THreshold - e un condensatore tra TRigger e comune). Come si può caratterizzare la stabilità della frequenza di oscillazione (in generale, e in particolare) per questo oscillatore ed eventualmente quali accorgimenti poter usare sulla configurazione che usa il 555 per migliorare la stabilità della frequenza prodotta. Grazie.

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