NE555

Lo schema qui sopra raffigurato rappresenta l'interno di un NE555.

Le tre resistenze da 5K cadauna (da cui deriva il nome 555) ripartiscono la tensione di alimentazione Vcc in tre parti uguali. L'ingresso non invertente (+) dell' OP1 è sottoposto a 1/3 di Vcc e l'ingesso invertente (-) dell' OP2 è sottoposto a 2/3 di Vcc.

Il Flip-Flop (FF) è comandato sul suo ingresso Set (S) dall'uscita di OP1 e il suo ingresso Reset ( R) dall'uscita di OP2.

Questi due ingressi S e R entrano in funzione (attivi) sui fronti di salita (passaggio da 0 a +Vcc) delle uscite degli OP.

Piú precisamente quando S va alto anche per un breve istante l'uscita Q va pure alta (cioè si SETTA = VCC) mentre Q segnata va bassa (segnata = invertita, opposta infatti se Q=Vcc   Qsegnata = 0V = livello di massa).

Il pin 4 di reset se tenuto a livello di massa (basso) forza l'uscita Q (uscita pin 3) e  a livello pure di massa (0V) indipendentemente dalla situazione di R e di S.

Pertanto il pin 4 di norma a regime dovrà essere a livello di Vcc (infatti molte applicazioni hanno pin 8 e 4 collegate assieme).

Sapendo che un OP quando ha l'ingresso invertente a potenziale più basso del non invertente, anche solo di qualche mV, manda la sua uscita a livello alto (Vcc) si avrà un impulso da 0 a Vcc sul Set quando il pin 2 sarà ad una tensione inferiore ad 1/3 di Vcc mentre si avrà un impulso da 0a Vcc sul Reset quando il pin 6 sarà ad una tensione superiore del pin 5 cioè 2/3Vcc. È bene notare subito che con il pin 5 (controllo) si può dall'esterno intervenire e modificare il partitore e cioè i 2/3Vcc aumentano o diminuendo il valore. Ad esempio se collego una R da 10 K verso massa sul pin 5 avrò 1/2Vcc.

Quando si lascia invariato il valore 2/3 di Vcc il pin 5 si chiude a massa con una capacità in genere da 10 nF a 100 nF.

Se realizziamo lo schema qui sopra raffigurato e ricordiamo quanto descritto precedentemente, potremmo spiegare il funzionamento di questo ultimo circuito nel modo seguente:

All'accensione del circuito avremo pin 4 = reset alto pertanto non influenza l'uscita; pin 6 e 2 sono tenuti a livello basso perché la capacità C è scarica (cioè inizialmente un corto) pertanto pin 2 (ingresso invertente di op1) è a livello inferiore del non invertente OP1 che si trova a 1/3 di Vcc e di conseguenza l'uscita dell'OP1 è a livello alto come pure l'ingresso S del FF e pertanto l'uscita Q = Vcc (uscita alta) e  Qsegnata = 0V = livello di massa; in queste condizioni il transistore non può condurre e il pin 7 si trova aperto (open colector) cioè ininfluente su R1 e R2; il pin 6 (ingresso non invertente di OP2) essendo pure a massa si trova a livello inferiore dell'ingresso non invertente che si trova a 2/3 di Vcc e pertanto l'uscita OP2 è bassa (livello 0, di massa) e ininfluente sul comando R del FF.

Tramite R1 e R2 la capacità ha modo di iniziare la carica verso Vcc [t = k * C * (R1+R2)]

Quando la tensione sul condensatore C raggiunge e supera 1/3 Vcc OP1 manda basso la sua uscita cioè S ma questo non ha nessun effetto sul FF pertanto Q continua ad essere a livello di Vcc e  = 0V = livello di massa.

Continuando la carica ad un certo momento (dopo un certo ritardo) la tensione sulla C raggiunge e supera quella fissata sul pin 5 di 2/3Vcc e diventa il non invertente maggiore dell'invertente cosi da avere sull'uscita di OP2 un impulso che da 0v passa a Vcc ma questo mandato su R resetta (porta a 0V) l'uscita pin 3 del 555 e  va a Vcc (si sono invertite le cose). Questa volta il transistore NPN riceve una giusta polarizzazione attraverso  = a Vcc ed entra in saturazione (conduzione , pin 7 = 0V = massa) ma siccome il pin 7 e collegato a R2, è come se collegassi R2 a massa e cioè il condensatore C non può più proseguire la carica ma inizierà una scarica con t = k * C * R2.

Quando C scendendo verso massa con la sua tensione scende sotto 2/3Vcc l'uscita dell'OP2 torna bassa su R del FF ma è ininfluente e Q = 0V; continuando la scarica la tensione del C scenderà sotto 1/3Vcc e di nuovo avremo un nuovo Set sul FF e cioè Q = pin 3= Vcc (uscita 555) e si ripete il ciclo di carica e poi di scarica .

Si ottiene così un oscillatore ad onda quadra.

Il tempo che l'onda d'uscita sul pin 3 sta alta è pari a T1=k*(R1+R2)*C

mentre il tempo dell'onda che sta bassa è pari a T2=K*R2*C

ne consegue che il periodo dell'onda quadra sarà T = t1 + t2 = K * (R1 + 2R2) * C

K varrebbe 1 se il condensatore si caricasse al 63% di Vcc partendo da 0 e viceversa per la scarica, invece abbiamo visto che il condensatore si carica a 2/3 e si scarica a 1/3 e poi ripete il ciclo allora per determinare k bisogna rifarsi al discorso generale della carica e scarica di un condensatore attraverso un resistenza.

Per poter risalire al periodo dell'onda quadra d'uscita dal pin 3 del 555 qui sotto rappresentato 

Sapendo che per T1 (tempo di carica) la R = R1 + R2 avremo 

T1=0,693 (R1 + R2) C

Per gli stessi motivi sapendo che T2 (tempo di scarica) la R = R2 sarà

T2 = 0,693 R2 C

Concludendo il periodo sarà

T = T1 + T2 = 0,693 (R1 + 2 R2) e la frequenza

Prendendo R2 di valore sufficientemente alto rispetto a R1 (almeno 10 volte) otterremo un'onda quadra simmetrica con un duty cycle pari a circa il 50%.

VERIFICA SPERIEMNTALE

Si realizzi il seguente circuito:

Con l'oscilloscopio si visualizza e si misura quanto qui raffigurato: 

Essendo R1 molto piccola rispetto a R2 possiamo ritenere T1=T2 e dalla misura con oscilloscopio vale circa 0,694 mS

Dalla teoria questo tempo T1=T2 dovrebbe valere 0,693 R C dove R= 100K e C = 10nF ; proviamo a sostituire e risolvere : 

come si vede quasi identico a quello teorico.    

Schema per regolazioni di T1 e T2 indipendenti   Schema 1     Schema 2

In certe applicazioni necessita avere all'accensione, del circuito oscillatore astabile con NE555, un livello basso e non alto come nella configurazione classica.

La configurazione necessaria e questa qui, basta mettere C sempre tra i pin 6 e 2 ma verso +Vcc e non a massa e la R1 non a Vcc ma sul pin 3 di uscita.

Consideriamo l'istante di accensione dove C sarà scarico e pertanto simile a un corto che unisce pin 6-2 a Vcc e pertanto il pin 6 supera la soglia dei 2/3Vcc e dunque l'uscita sul pin 3 va a livello basso come pure il pin 7 e pertanto C si caricherà trascinando verso il basso i pin 6 e 2 attraverso la R2 e quando C si sarà caricato portando il pin 2 ad un livello di 1/3Vcc l'uscita OUT ritorna alta e C si scaricherà portando verso l'alto il pin 6 verso i 2/3 di Vcc per poi ripetere il ciclo e generare onde quadre sull'uscita. 

Questa volta C però si scarica attraverso R1+R2.

Se R2 è maggiore almeno 10 volte R1 avremo ancora onde quasi simmetriche cioè duty-cicle 50%.

Casi particolari:

Se R2=R1 avremo T= circa 2,33 x R2 x C 

dove T2= circa 0,7 x R2 x C  e T1= circa 1,59 x R2 x C

Se R2= 2 x R1 avremo T= circa 3,55 x R1 x C 

dove T2= circa 1,4 x R1 x C  e T1= circa 2,15 x R1 x C

Se R2<< di R1 avremo T=circa R1 X C e il tempo T2 dell'impulso che sta a 0 è breve legato a R2 e C.

Con il C verso +Vcc è possibile anche collegare R1 anziché sul pin 7 direttamente sui pin 6-2 ed è possibile usare R1 e R2 in qualsiasi rapporto fra loro.

Casi particolari:

Se R2=R1 avremo T= circa 1,168 x R1 x C 

dove T2= circa 0,53 x parallelo di R2 con R1 x C  e T1= circa 0,82 x R1 x C

Se R2= 2 x R1 avremo T= circa 1,3 x R2 x C 

dove T2= circa 0,7 x parallelo di R2 con R1 x C  e T1= circa 0,82 x R1 x C

Se R2<< di R1 avremo T=circa R1 X C e il tempo dell'impulso che sta a 0 e brevissimo legato a R2 e C.

Eliminando la resistenza collegata al pin 7 e lasciando solo R1 e aggiungendo una R da 47K tra pin 5 e massa avremo un oscillatore astabile con duty-cicle al 50% per tensioni di alimentazioni comprese  tra 9V e 15V.   

In questo caso il periodo T dura circa 1,48 R1 x C

Insolito utilizzo di un NE555  vedi Relè si eccita due volte dopo accensione

Schemi dove è usato il 555

Relè si eccita due volte dopo l'alimentazione 

Relè ritardato all'eccitazione dopo l'alimentazione

Ritardo all'eccitazione dopo lo start, vari esempi.

Timer ritardato con NE555

Timer per tempi brevi con NE555

Relé ON 2 sec e OFF 1 min per 4 volte

Stabilizzatore a 12V per lampade alogene

Indicatore a LED dello stato di carica di una batteria

Metronomo 2-4-3-4-4-4.

Sensore di livello.

SERVO comandato da un potenziometro.

QUATTRO CICLI ON/OFF CON NE555

VIA E-MAIL:

" ...per avere un contatto che chiuda e apra così: 1-2 sec. ON; 1-2 min. OFF; per 4-5 voltealimentazione a 12 Vcc (il tutto dovrebbe partire quando gli si fornisce alimentazione o si chiude un contatto START)..."

POSSIBILE SOLUZIONE:

IL primo NE555 é configurato come monostabile, cioè una sola temporizzazione stabile iniziale data da (R1+R2) x C1 fino a che C1 raggiunge i 3/4 di Vcc e l'uscita pin 3 va bassa (da +12 a 0 V). Questo tempo vale circa 0,693 x C1 x (R1+R2).

Il secondo NE555 é configurato come astabile cioè oscillatore ad onda quadra dove l'uscita pin 3 va a da livello +12V a 0V con tempi che dipendono da Ts o Tm x C3. L'uscita resta alta per un tempo pari a 0,69 Ts x C3 mentre resta bassa per un tempo pari a 0,69 Tm x C3.

Durante la fase di carica di C3 (out = +12V) infatti D2 é interdetto mentre conduce D1 e la resistenza utile a determinare il tempo d'uscita alta é Ts, viceversa durante la fase di scarica D1 é interdetto e D2 conduce tirato a massa dal pin 7 scaricando C3 attraverso Tm.

Ts di valore basso fissa il tempo di 1/2 secondi mentre Tm, di valore alto, fissa il tempo di 1/2 minuti.

Alimentando il circuito avendo C1 scarico forza l'uscita del primo NE555 ad andare a +12V e ci resterà per un tempo di 4/5 minuti determinato dalla regolazione di R2.

L'uscita del secondo NE555 andrà alta a + 12V per un tempo di 1/2 secondi regolabile da R5+Ts poi rimarrà a 0V per un tempo di 1/2 minuti regolabile con Tm. Questo ciclo si ripete per Nr. volte dipendenti dal primo 555 infatti quando l'uscita del primo 555 va bassa (e ci resta) il pin 4 del secondo 555 pure va basso e tiene bloccata l'uscita pin 3 del secondo NE555 a livello 0V (Reed relè diseccitato).

La tensione sul C3 ha il seguente andamento:

Internamente al 555 vi si trova un partitore composto da tre resistenze uguali da 5 K (da qui il nome 555) ed ognuna fa una caduta di tensione pari a 1/3 di Vcc (4V nel caso di Vcc=12V).   Per saperne di più

All'accensione C3 inizia la carica partendo da 0V pertanto la prima temporizzazione sarà circa il doppio di quelle successive. Per evitare che ad ogni START C3 parta sempre da da 0V e cioè la prima temporizzazione sia doppia rispetto alle altre, si mantiene C3 ad una tensione prossima a quella minima di 4V mediante la rete R3 R4 D3 che la mantiene a 3,1 V circa.

In questo modo anche la prima temporizzazione si diversificherà di poco dalle successive.

Da un E-Mail : "... un circuito che attivi un piccolo relè da 9 Vcc. per tre volte per la durata di 1 secondo con un tempo di riposo di 2. ..."

POSSIBILE SOLUZIONE:

Si può modificare il circuito qui sopra descritto mettendo C3 = 10 µF e i trimmer Ts = Tm = 100 KOhm oppure realizzando il seguente circuito.

Da un E-Mail : "...La richiesta è questa: in abbinamento al "4 cicli on-off con NE555" come posso fare in modo che, quando questi chiude il suo relè mi possa comandare un altro piccolo circuito che ne ecciti un altro  con un ritardo di circa 1 minuto e lo tenga chiuso per circa 3sec? ..."

POSSIBILE SOLUZIONE:

TIMER CON NE555

Da una richiesta E-Mail che diceva: " ....è possibile realizzare in maniera semplice un circuito che: CON UN PULSANTE START ECCITI UN PICCOLO RELE' DOPO DUE MINUTI (semmai regolabili) E LO MANTENGA ECCITATO PER 3 SEC.(volendo regolabili anche questi). La tensione è 12Vcc...." é nato il circuito qui sotto raffigurato.

FUNZIONAMENTO

All'accensione del circuito abbiamo i pin 2 di entrambi gli NE555 a livello alto mentre i pin 6 a livello basso essendo le capacità da 220uF e da 10 uF scarichi.

In queste condizioni l'uscita pin 3 di entrambi i 555 sono a livello basso come pure i pin 7; il transistore BC237 pertanto é interdetto e relè diseccitato.

Pigiando il pulsante porto basso il pin 2 del primo NE555 che forza il pin 3 ad andare alto come pure il pin 7 sempre del primo 555. La capacità da 220 uF ora inizia a caricarsi tramite il trimmer da 1 M e la R da 100 K. Quando raggiunge la soglia dei 2/3 di Vcc (circa 8V) il pin 3 torna basso come pure il pin 7 che tramite il condensatore da 47nF porta un impulso negativo sul pin 2 del secondo 555; anche in questo caso il pin 3 del secondo 555 va alto come pure il pin 7 così il BC237 può condurre ed eccitare il relè. Il condensatore da 10 uF inizia a caricarsi attraverso il trimmer da 470K e la R da 47 K. Al raggiungimento degli 8 V riporta pin 3 e pin 7 a livello basso diseccitando il relè.

Se si pigia immediatamente il pulsante riparte il ciclo scaricando l'eventuale tensione residua dei condensatori attraverso i due diodi 1N4148. Questi due diodi non sarebbero indispensabili se il pulsante di START venisse pigiato dopo un tempo pari alla temporizzazione stessa.

8 RELÉ CICLICI TEMPORIZZATI

Da una richiesta E-Mail che diceva: " .... Parlando di giardinaggio, ho bisogno di pilotare 8 relè che a loro volta accendono e spengono altrettanti elettrovalvole/irrigatori una dopo l'altra con tempi che vorrei variare per ciascun relè (in futuro vedrò come collegare il circuito ad un orologio per rendere veramente automatica l'irrigazione giornaliera), per il momento mi accontenterei di attivare manualmente il primo relè per un tempo "t" (variabile manualmente), allo scadere di questo, automaticamente, si dovrebbe attivare il secondo relè per un altro tempo "t" ... e così via fino all'ottavo, dopodiché tutti a nanna...." é nato il circuito qui sotto raffigurato.

Cominciamo con l'ultimo 555 di destra e il relativo relè ... Quando schiaccio il pulsante ACCensione alimento provvisoriamente tutto il circuito e porto pure il pin 6 di questo ultimo 555 al positivo che manterrà l'uscita pin 3 a massa tenendo così il relè eccitato che manterrà alimentato tutto il circuito anche se io rilascio il pulsante. Il circuito in queste condizioni non fa ancora nulla, è solo alimentato e per mettere in azione il ciclo devo chiudere anche solo per un istante il contatto START CICLO (a destra dello schema). Chiudendo tale contatto porto il pin 2 a livello basso che fa andare a Vcc il pin 3 del primo 555 che polarizza il BC237 (BC547) ad esso connesso con la R da 10K ed inoltre fornisce corrente attraverso la 100K e il trimmer da 1M al condensatore da 470 uF che inizierà a caricarsi. Intanto il relè ha chiuso il suo contatto e può comandare ad esempio una elettro-valvola o quant'altro. Quando la 470uF raggiunge il livello di commutazione sul pin 6, il pin 3 va a livello di massa interdicendo il BC e diseccitando il relè ma attraverso la C dA 47nF porta basso il pin 2 del secondo 555 che si comporta nello steso modo del primo cioè fa scattare il secondo relè per un tempo che dipenderà dal trimmer da 1M. Terminato questa temporizzazione parte il terzo e così via fino ad arrivare all'ultimo che portando alto il pin 3 diseccita il relè che toglie tensione e ferma tutto.   Versione nuova 

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Da una richiesta E-Mail che diceva: "... é possibile realizzare in maniera semplice un circuito che:CON UN IMPULSO (insensibile hai successivi) START ECCITI UN PICCOLO RELE' DOPO 10 SECONDI (semmai variabili) e lo mantenga eccitato finche non viene tolta la tensione(12-15 Vcc)..." sono nati i circuiti qui raffigurati.