Timer IC NE555P, DIP-8, 4.5-16V, uscita 200mA

Questo tutorial mostra come usare il circuito integrato NE555P come temporizzatore indipendente, senza scheda di sviluppo e senza programma. Il circuito funziona da solo, alimentato a 5 VDC, e nell'esempio lo usiamo come oscillatore astabile che fa lampeggiare un LED circa una volta al secondo.

Il NE555P è utilizzato in progetti per LED lampeggianti, ritardi all'accensione o allo spegnimento, generatori di tono, semplice controllo PWM e debouncing. Tempi e frequenze si stabiliscono esclusivamente con i valori delle resistenze e del condensatore collegati ad esso.

Come funziona:

All'interno del NE555P si trova un partitore formato da tre resistenze uguali da 5 kohm, che crea due soglie: 1/3 della tensione di alimentazione VCC per l'ingresso TRIG e 2/3 di VCC per l'ingresso THRES. Due comparatori confrontano la tensione su questi ingressi con le soglie e comandano un flip-flop. Il flip-flop porta l'uscita OUT a livello alto o basso e controlla un transistor interno, che collega il pin DISCH a massa.

Quando TRIG scende sotto 1/3 di VCC, l'uscita passa a livello alto e il transistor di scaricamento si blocca, quindi il condensatore esterno inizia a caricarsi attraverso la resistenza. Quando THRES supera 2/3 di VCC, l'uscita passa a livello basso e il transistor scarica il condensatore. Le soglie sono proporzionali a VCC, così come la velocità di carica, perciò il tempo non dipende dalla tensione di alimentazione finché questa resta costante durante l'intervallo.

In regime monostabile, un impulso breve su TRIG produce un singolo impulso in uscita, con durata t = 1.1 x R x C. Ad esempio, per R = 100 kohm e C = 10 uF si ottiene t = 1.1 x 100000 x 0.00001 = 1.1 s.

In regime astabile, il circuito oscilla in continuo, con due resistenze RA e RB e un condensatore C. La frequenza è f = 1.44 / ((RA + 2 x RB) x C), il tempo con uscita a livello alto è tH = 0.693 x (RA + RB) x C, mentre il tempo con uscita a livello basso è tL = 0.693 x RB x C. Per RA = 1 kohm, RB = 68 kohm e C = 10 uF si ottengono tH = 0.478 s, tL = 0.471 s e f = 1.05 Hz.

La tabella seguente mostra gli stati logici del circuito.

Collegamento:

La tabella descrive il montaggio astabile usato nell'esempio di utilizzo, alimentato a 5 VDC da un alimentatore di rete da 5 VDC 1 A, tramite l'adattatore jack DC con morsetti a vite. Il circuito integrato si inserisce sulla breadboard con la tacca rivolta verso sinistra, e il pin 1 è il primo pin in basso a sinistra, guardando il componente dall'alto. La numerazione procede in senso antiorario, quindi il pin 8 si trova in alto a sinistra. Montate il condensatore elettrolitico C1 con il negativo (banda) a massa e il positivo sui pin 2 e 6, mentre il condensatore ceramico C2 è marcato 103 (10 nF).

Alimentate il circuito con una tensione compresa tra 4.5 V e 16 V e rispettate la polarità. Con un'alimentazione di 5 V l'uscita è compatibile con gli ingressi TTL. A tensioni più alte l'uscita sale quasi fino a VCC, quindi non collegatela direttamente a un ingresso logico da 3.3 V. L'uscita può erogare o assorbire fino a 200 mA. Per carichi induttivi, ad esempio la bobina di un relè, montate un diodo in parallelo alla bobina. Nel nostro esempio, la resistenza da 220 ohm limita la corrente del LED a un valore dell'ordine di 10 mA, sicuro per un LED da 5 mm.

Configurazione:

Il NE555P non ha pulsanti, jumper, potenziometri o memoria. La modalità di funzionamento e i tempi si stabiliscono esclusivamente in base a come si collegano i pin e ai valori dei componenti esterni. Ad ogni accensione dell'alimentazione il circuito riprende il ciclo dall'inizio, quindi non ci sono impostazioni da salvare.

Per il regime monostabile, collegate insieme i pin 6 e 7 e scegliete R e C per la durata desiderata. La pressione breve del pulsante porta TRIG sotto 1/3 VCC, l'uscita passa a livello alto e vi resta per il tempo t. L'impulso su TRIG deve essere più breve della durata t, altrimenti l'uscita resta a livello alto finché il pulsante è premuto.

Per il regime astabile, scegliete prima C, poi RB per la durata tL e RA per la differenza tra tH e tL. Poiché tH è sempre maggiore di tL, il duty cycle non può scendere sotto il 50 percento con lo schema di base. Se desiderate un altro rapporto, montate un diodo in parallelo a RB, con il catodo verso il pin 6. In questo caso tH dipende solo da RA e C, mentre tL dipende solo da RB e C.

Il pin RESET (pin 4) interrompe la temporizzazione quando è portato a massa e porta l'uscita a livello basso. Quando non lo usate, collegatelo a VCC.

Esempio di utilizzo:

L'esempio realizza un LED che lampeggia circa una volta al secondo. Montate il circuito della tabella di collegamento su una breadboard, con RA = 1 kohm, RB = 68 kohm, C1 = 10 uF elettrolitico, condensatore da 10 nF sul pin 5, LED rosso da 5 mm con resistenza in serie da 220 ohm e alimentazione di 5 V.

Il calcolo dà tH = 0.693 x 69 kohm x 10 uF = 0.478 s e tL = 0.693 x 68 kohm x 10 uF = 0.471 s. Il periodo è di circa 0.95 s, quindi la frequenza è di circa 1.05 Hz.

Dopo aver collegato l'alimentatore di rete ai morsetti a vite dell'adattatore jack, verificate la polarità della sorgente e la posizione del condensatore C1 prima di alimentare il montaggio. LED dovrebbe accendersi per circa mezzo secondo e spegnersi per circa mezzo secondo, in modo ripetuto. Se desiderate un ritmo più lento, aumentate C1 o RB, mentre per un ritmo più veloce diminuiteli, ricalcolando con le formule sopra.

Problemi frequenti:

Il LED non lampeggia e resta spento. La causa più probabile è il pin 4 (RESET) lasciato scollegato o collegato a massa, che mantiene l'uscita a livello basso. Collegate il pin 4 a +5 V. Verificate anche che il pin 8 riceva l'alimentazione.

Il LED resta acceso senza lampeggiare. I pin 2 e 6 non sono collegati insieme oppure il condensatore C1 non è collegato correttamente. Verificate i collegamenti e la polarità del condensatore, con il negativo a massa.

Il montaggio non funziona affatto o si scalda. Il circuito integrato è probabilmente ruotato e i pin sono numerati in modo errato. Spegnete l'alimentazione, verificate la posizione della tacca e la numerazione dei pin, quindi rifate il montaggio.

La frequenza differisce da quella calcolata. I condensatori elettrolitici e le resistenze hanno una tolleranza, e i valori reali possono essere diversi. Misurate i componenti oppure regolate il valore di RB fino a ottenere il ritmo desiderato.

Un relè comandato dall'uscita si comporta in modo irregolare. La bobina produce picchi di tensione allo spegnimento. Montate un diodo in parallelo alla bobina e alimentate il relè con un alimentatore adeguato alla sua corrente.

Limiti e consigli:

Il NE555P lavora tra 4.5 V e 16 V e a temperature tra 0 e 70 °C. L'uscita può erogare o assorbire fino a 200 mA, quindi per carichi più grandi usate un transistor o un relè. Per frequenze superiori a 100 kHz la forma d'onda si degrada, e per queste applicazioni è consigliata una versione CMOS.

La precisione dei tempi dipende principalmente dalla tolleranza delle resistenze e del condensatore, quindi usate componenti con tolleranza ridotta per temporizzazioni precise. I condensatori elettrolitici hanno perdite e tolleranza elevata, perciò per tempi molto lunghi o molto stabili scegliete altri tipi.

Con lo stesso montaggio di base potete realizzare anche un generatore di tono con un piccolo altoparlante, un temporizzatore per un'illuminazione oppure un debouncer per un pulsante, cambiando soltanto i valori delle resistenze e del condensatore.