NE555

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NE555 della Signetics in formato dual in-line
Pin-out del timer NE555

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

Questo circuito integrato è stato inventato e progettato da Hans R. Camenzind nel 1970 e introdotto nel mercato nel 1971 dalla Signetics (successivamente acquisita da Philips). Il nome originale era SE555/NE555 e deriva dal fatto che al suo interno ci sono tre resistori collegati in serie ciascuno del valore di 5 kΩ che forniscono, tramite il principio del partitore di tensione, i potenziali di riferimento di 1/3 e 2/3 della tensione di alimentazione ai comparatori interni al dispositivo. La durata dell'impulso o il periodo dell'oscillazione è regolabile da alcune decine di microsecondi ad alcune decine di minuti.

Il circuito interno di questo integrato è formato da 23 transistors, 2 diodi e 16 resistori che compongono oltre al già citato partitore per ottenere le tensioni di riferimento, due comparatori, un latch e uno stadio di potenza per pilotare il carico. Il tutto viene fornito normalmente in un contenitore plastico a 8 pin DIP, ma esistono versioni in contenitore metallico e in vari contenitori SMT.

Esistono numerose varianti del circuito base, oltre alle varie versioni CMOS a basso consumo esiste l'NE556 che è composto da due NE555 nello stesso contenitore (in questo caso DIP a 16 pin) e l'NE558 che è invece formato da 4 unità con connessioni e caratteristiche leggermente diverse dall'NE555.

Il timer 555 è uno dei più popolari e versatili integrati mai prodotti: nonostante l'età del progetto viene ancora oggi fabbricato ed utilizzato largamente grazie alla sua semplicità d'uso, economicità e stabilità. Ogni anno ne vengono prodotte circa un miliardo di unità. [1]

Il 555 e i suoi derivati hanno tre modalità operative:

  • 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. Utilizzabile per rilevatori di impulso, antirimbalzo per pulsanti, timers, interruttori a tocco, etc.
  • Astabile: il 555 opera come un oscillatore. 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 DIS non viene connesso e non si impiega il condensatore.


Connessioni[modifica | modifica wikitesto]

Struttura a blocchi del timer 555. THRES, CONT e TRIG sono connessi a due comparatori logici (dove è presente il pallino, ad esempio CONT, è l’ingresso “-“ del comparatore. L’ingresso RESET è l’ingresso R1 (prioritario cioè con prevalenza sullo stato degli ingressi R ed S e con pallino cioè vero quando RESET è a livello logico basso) del latch RS. L’uscita del latch è l’uscita negata (cioè vera quando è bassa e quindi se S è a livello logico alto)

La connessione dei pin è come di seguito:

Nr. Nome Scopo
1 GND Massa, livello logico 0
2 TR Un breve impulso alto -> basso sul pin tr (trigger) fa partire il timer
3 Q Durante l'intervallo di temporizzazione, l'output (uscita) resta a +VCC
4 R Un intervallo di temporizzazione può essere interrotto applicando un impulso di reset, ossia forzando questo pin al livello basso (0 V)
5 CV Tensione di controllo (control voltage) permette l'accesso al partitore di tensione interno (2/3 VCC). Quando questo pin non è collegato si consiglia di inserire un condensatore da 1÷10 nF tra di esso e il pin GND perché può essere fonte di disturbi che alterano il comportamento del timer
6 THR La soglia (threshold) a cui termina l'intervallo (termina se VTHR > 2/3 VCC)
7 DIS Connesso a un condensatore il cui tempo di scarica determinerà l'intervallo di temporizzazione
8 V+, VCC La tensione positiva di alimentazione, che deve essere compresa tra 5 e 15 V a seconda della tecnologia costruttiva (TTL o CMOS). Verificare sul datasheet del componente scelto di alimentarlo nei limiti consigliati


Configurazioni[modifica | modifica wikitesto]

Astabile[modifica | modifica wikitesto]

Multivibratore astabile a 555

In figura è rappresentata la configurazione base del 555 come multivibratore astabile in cui i piedini 2 e 6 sono collegati tra di loro ed hanno quindi lo stesso potenziale del condensatore C, la resistenza R1 è collegata tra l'alimentazione e il terminale 7 mentre R2 viene collegata tra il terminale 7 e il condensatore.
Con questi collegamenti quando il circuito viene alimentato, la tensione sul condensatore inizia ad oscillare tra i valori Vcc/3 e 2/3 Vcc e di conseguenza l'uscita varia tra 0 e Vcc con due tempi ricavabili dalle equazioni di carica del condensatore, il tempo t1 che è il tempo in cui l'uscita è alta si calcola con la formula:

t_1=0.693(R_1+R_2)C

mentre il tempo t2 in cui l'uscita è bassa si calcola con la formula:

t_2=0.693R_2C

Dalle formule si nota che t1>t2 quindi la forma d'onda avrà sempre un duty cycle maggiore del 50% per cui le onde di uscita non sono mai quadre, in pratica ponendo R1 << R2 il duty cycle si avvicina molto al 50% quindi in prima approssimazione le onde si potrebbero ritenere quadre. Il valore di R1 e R2 è consigliabile che sia compreso tra 1 KOhm e 10 MOhm in quanto valori più piccoli di 1 KOhm potrebbero causare problemi nel funzionamento del BJT interno che potrebbe uscire dalla saturazione e nella peggiore delle ipotesi il circuito non oscillerebbe più.
Per alterare il valore del duty cycle si può modificare la configurazione base nei seguenti modi:

  • Duty Cicle = 50%: inserire in parallelo alla resistenza R2 un diodo con il catodo rivolto verso il pin 6.
  • Duty Cicle < 50%: per questo tipo di configurazione bisogna inserire al posto della R2 due rami resistenza- diodo in parallelo con i versi dei diodi uno opposto all'altro.


Monostabile[modifica | modifica wikitesto]

multivibratore monostabile a 555

In figura è rappresentata la configurazione base del 555 come multivibratore monostabile in cui la resistenza R è collegata tra l'alimentazione e il pin 7 e il condensatore C tra il pin 7 e la massa, il pin 6 viene inoltre collegato insieme al 7.
Lo stato dell'uscita è basso se l'ingresso 2 Trigger vale Vcc. Infatti il BJT interno al 555 è saturo quindi l'ingresso 6 Threshold è a potenziale 0 e gli ingressi R e S del latch interno sono entrambi a 0 così lo stato dell'uscita si conserva. Appena il valore della tensione presente sul pin Trigger scende al di sotto di Vcc/3, Vout diventa uguale a Vcc e il BJT si interdice: il condensatore tende a caricarsi al valore Vcc attraverso la resistenza R, quando raggiunge il valore di 2/3 Vcc si ha S=0 e R=1, quindi Vout=0 e il BJT torna in saturazione riportando S=R=0 e l'uscita rimane allo stato stabile basso. Il tempo in cui l'uscita resta alta viene dimensionato attraverso la formula:

t=1.1RC

dove t è in secondi, R in Ohm, C in Farad.
Se durante il tempo in cui l'uscita è alta si applicano altri impulsi al trigger l'uscita non ne viene influenzata, lo stato alto termina dopo il tempo fissato dai valori di R e C, in questo caso si dice che il monostabile è non retriggerabile. Esiste anche una configurazione in cui il monostabile è retriggerabile,dando un nuovo impulso di trigger quando l'uscita è alta il monostabile torna all'inizio del ciclo, questa possibilità si ottiene collegando il condensatore tra il pin 6 e massa e la resistenza tra l'alimentazione e il pin 2, i pin 2 e 6 vengono inoltre collegati insieme, quindi non viene utilizzato il pin 7.

Modulatore della durata degli impulsi (PWM)[modifica | modifica wikitesto]

Se nella configurazione monostabile si collega il pin 5 Control voltage ad un generatore di tensione variabile e si applica al pin 2 Trigger un treno di impulsi periodici all'uscita si ottengono degli impulsi aventi lo stesso periodo di quelli di ingresso ma di durata dipendente dall'ampiezza del segnale presente sul pin 5 detto segnale modulante. Infatti se il valore del segnale modulante è maggiore di 2/3 Vcc l'impulso di uscita ha durata maggiore del tempo dato da 1,1 RC perché la commutazione a 0 avviene quando il pin 6 raggiunge il valore esistente sul pin 5, viceversa succede quando il segnale modulante presente sul pin 5 vale meno di 2/3 Vcc.


Modulatore di posizione degli impulsi (PPM)[modifica | modifica wikitesto]

Se nella configurazione astabile si collega il pin 5 Control voltage ad un generatore di tensione variabile si ottengono in uscita onde rettangolari con frequenza dipendente dall'ampiezza del segnale modulante applicato al pin 5.

Specifiche[modifica | modifica wikitesto]

Queste specifiche si riferiscono all'NE555. Altri timer 555 possono avere migliori caratteristiche anche in funzione della tecnologia di costruzione (TTL o CMOS) e della classe (commercial, automotive, militare, medicale ecc.[2]).

Tensione di alimentazione (VCC) da 4,5 a 15 V
Corrente di alimentazione (VCC = +5 V) da 3 a 6 mA
Corrente di alimentazione (VCC = +15 V) da 10 a 15 mA
Corrente d'uscita (massima) 200 mA
Potenza dissipata 600 mW
Temperatura ambiente operativa tra 0 e 70 °C (per la versione detta commercial)


Derivazioni[modifica | modifica wikitesto]

Varianti compatibili, comprese le versioni CMOS, vengono costruite da vari produttori. Il 555 è anche noto sotto questi nomi:

Produttore Modello Note
ECG Philips [3] ECG955M [4]
Exar XR-555
Fairchild Semiconductor LM555/NE555/SA555
Harris HA555 obsoleto
Intersil SE555/NE555/ICM7555
Lithic Systems LC555
Maxim ICM7555 [5] CMOS con alimentazione minima di 2 V
Motorola MC1455/MC1555
National Semiconductor LM1455/LM555C
National Semiconductor LMC555 CMOS con alimentazione minima fino a 1,5 V
NTE Sylvania NTE955M
Raytheon RM555/RC555
RCA CA555/CA555C
Sanyo LC7555
STMicroelectronics NE555/SA555/SE555 [6]
TS3V555
Versione del timer a 3 V di tensione alimentazione (obsoleto)
Texas Instruments NA555, NE555, SA555, SE555 [7]
Texas Instruments TLC555 [8] CMOS con alimentazione minima fino a 2 V
URSS K1006ВИ1
Zetex ZSCT1555 [9] Basso consumo; alimentazione da 0,9 V ma con limite superiore a 6 V

Diversi editori, nelle loro collane tecniche, hanno pubblicato veri e propri manuali con schemi di progetto pratici, orientati a svariate applicazioni di questo dispositivo.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) Intervista a Hans Camenzind
  2. ^ Per la classe di applicazione, tra l'altro, varia il campo di temperature ambiente ammesso:
    • commercial tra 0 e 70 °C
    • automotive tra -40 e 80 °C
    • militare tra -55 e 125 °C
  3. ^ (EN) Ora NXP
  4. ^ (EN) NE/SA/SE555/SE555C sul sito NXP
  5. ^ (EN) ICM7555 Maxim
  6. ^ (EN) Datasheet di NE555/SA555/SE555 su STMicroelectronics
  7. ^ (EN) http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/se555.pdf NA555, NE555, SA555, SE555 sul sito Texas Instruments
  8. ^ (EN) TLC555 sul sito Texas Instruments
  9. ^ (EN) ZSCT1555 sul sito Zetex

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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