Il circuito integrato NE555, anche detto “timer NE555”, è stato pensato e progettato da Hans Camenzind alla fine degli anni 60. Realizzato e commercializzato dalla SIGNETICS nel 1971, ad un prezzo bassissimo per l’epoca circa mezzo dollaro.Vedremo adesso il chip, il funzionamento e lo schema a blocchi del circuito integrato NE555.
Indice
Il Circuito integrato NE555
Può essere usato per realizzare multivibratori astabili (oscillatore) e monostabili (timer), perché è un ottimo temporizzatore con precisione da pochi microsecondi ad alcune decine di minuti. Può essere configurato come bistabile (flip-flop) ovvero come memoria elementare con gli ingressi Set e Reset e l’uscita Q.
| NumeroPIN | Denominazione | Funzionalità |
|---|---|---|
| 1 | GND | Massa, potenziale e livello logico 0 |
| 2 | TRIG | Un breve impulso a livello basso sul pin trig (trigger) fa partire il timer |
| 3 | OUT | Durante l’intervallo di temporizzazione, l’output (uscita) resta a +VCC |
| 4 | RESET | Un intervallo di temporizzazione può essere interrotto applicando un impulso di reset, ossia forzando questo pin al livello basso (0 V) |
| 5 | CTRL VOLTAGE | Tensione di controllo (control voltage) Consente 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 | THRES | La soglia (threshold) a cui termina l’intervallo (termina se VTHR > 2/3 VCC) |
| 7 | DISCHARGE | 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 | Pin di alimentazione: si può applicare una tensione compresa tra +5 e +15 V per la versione standard, o in 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. |
Le tre modalità operative del chip NE555
- 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.
Caratteristiche tecniche
Può essere alimentato con una tensione di 5V, ha una uscita TTL e consente di avere in uscita una corrente di 200mA che può essere assorbita o erogata, a seconda del livello basso o alto dell’uscita.
- Tensione di alimentazione Vcc= 4.5V (min) / 16V (max)
- Corrente di alimentazione massima 15mA nelle condizioni di alimentazione 5V e uscita a livello basso
- Tempi di: salita tipico 100ns – discesa tipico 100ns
- Tensione di trigger Vcc/3
- Corrente di trigger 0.5μA
- Tensione di reset 0.7V
- Corrente di reset 0.1mA
- Tensione di uscita: livello alto 12.5V – livello basso 2.5V
- Potenza dissipata 600 mW
- Temperatura ambiente operativa tra 0 e 70 °C (per la versione commercial)
Componenti
Il chip del 555 ha 23 transistori, 2 diodi e 16 resistori che compongono, il partitore per ottenere le tensioni di riferimento, due comparatori, un latch SR e uno stadio di potenza per pilotare il carico. Comunemente il 555 ha un contenitore plastico a 8 pin DIP, ma sono state prodotte anche versioni in contenitore metallico.
Il circuito integrato 555 è sicuramente il più popolare e versatile integrato mai prodotto. Il progetto che risale a 50 anni fa, viene ancora oggi prodotto e molto utilizzato per la sua semplicità d’uso e stabilità ad un prezzo ridotto. Ancora oggi ogni anno ne vengono prodotti e venduti quasi un miliardo di pezzi.
Schema e configurazione base del chip NE555
All’interno è costituito dai seguenti circuiti elettronici:
- Un partitore di tensione costituito da tre resistenze del valore di 5KΩ per l’alimentazione del chip;
- Due comparatori chiamati Comp1 e Comp2;
- Un FLIP-FLOP di tipo RS;
- Un transistor di scarica denominato T;
- Uscita
Funzionamento
Occupiamoci ora del funzionamento dell’NE555.
Alimentazione
Il partitore fornisce una tensione applicata all’ingresso invertente del Comp1 (V1) di 2Vcc/3, mentre la tensione V2 applicata al morsetto non invertente del Comp2 è pari a Vcc/3.
Il Trigger e i Comparatori
Quando la tensione di Trigger scende al di sotto di Vcc/3, l’uscita del comparatore 2 passa a livello alto, l’ingresso S del Flip-Flop commuta a 1, di conseguenza le uscite sono Q=1 mentre Qnegato =0. L’uscita Out del 555 è quindi a livello alto, e il transistor T è interdetto.
Questo stato permane fino a quando la tensione di Trigger va oltre Vcc/3, e la tensione di Thresold resta sotto a 2Vcc/3.
L’altro comparatore (Comp1) permette il reset del Flip-Flop. Quando la tensione di Thresold supera 2Vcc/3 l’uscita del comparatore 1 passa a livello alto e R=1, il Flip-Flop è resettato quindi Q=0 e Qnegato =1. L’uscita Out dell’NE555 passa quindi a livello basso ed il transistor T va in saturazione consentendo al condensatore collegato ai suoi capi di scaricarsi. Lo stato non cambia fino a quando la tensione di Thresold è al di sotto di 2Vcc/3.
Il Controllo della tensione
Il chip NE555 ha altri due Pin chiamati CONTROL VOLTAGE e RESET. Il Control Voltage consente di variare la tensione del terminale invertente del comparatore1 ed è usato negli oscillatori controllati in tensione e nella modulazione ad impulsi di larghezza e di posizione. Il Reset invece, se viene portato a livello basso determina il reset del Flip-Flop, e l’azzeramento dell’uscita Out indipendentemente dal livello degli altri ingressi viene utilizzato quando occorre dare il via ad un altro ciclo di temporizzazione.