SOMMARIO. Monostabile 4538 CMOS, Timer Universale NE555. prof. Cleto Azzani IPSIA Moretto Brescia

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1 SOMMAIO INODUZIONE... FUNZIONAMENO EIGGEABILE...3 FUNZIONAMENO NON EIGGEABILE...3 APPLICAZIONI CICUIALI DEI CICUII MONOSABILI...4 Duplicaore di frequenza:...4 Converiore Frequenza/ensione (a valore medio):...4 Divisore di frequenza:...5 Discriminaore di frequenza:...5 Osservazione :...6 ema di Maurià Professionale IEE IME UNIVESALE Principio di funzionameno...8 Configurazione Bisabile...8 Configurazione Monosabile...9 Osservazioni...9 Configurazioni Asabili...10 Ingresso di ese...11 Ingresso CV (Conrol Volage)...11 ivelaore di perdia di impulsi (missing pulse deecor)...11 Parameri e noe progeuali...1 ema di Maurià Professionale IEE BIBLIOGAFIA...14 Monosabile CMOS, imer Universale NE555 prof. Cleo Azzani IPSIA Moreo Brescia aprile 1995

2 Inroduzione Il circuio inegrao della famiglia CMOS si presa ad essere usao in una grande varieà di applicazioni che consenono di comprendere i vari modi possibili di funzionameno dei mulivibraori monosabili. Innanziuo un monosabile generico non è alro che un emporizzaore. La sua uscia è caraerizzaa da due possibili sai di cui uno sabile (=0) ed uno insabile (=1). Il monosabile è doao di un ingresso di rigger, cui viene applicao il segnale di sincronismo; che avvia il ciclo di emporizzazione in corrispondenza di un eveno eserno rappresenao da un frone di salia o di discesa del segnale di rigger. La duraa della fase di emporizzazione è deerminaa dal valore assuno dalla cosane di empo x C x (componeni eserni al monosabile). Durane il ciclo di emporizzazione l'uscia del monosabile passa dallo sao sabile a quello insabile; esauria la emporizzazione l'uscia riorna nello sao sabile e vi rimane finchè non ripare un nuovo ciclo per effeo di un nuovo segnale di rigger eserno. Il circuio inegrao coniene due monosabili con i quali è possibile realizzare emporizzazioni non inferiori a 5 µsec.; la duraa del segnale prelevabile sull'uscia è daa semplicemene dalla formula X = X 1.1 x deve essere scela non inferiore a 5KΩ, va scela nel range : 5 nf < < 100 µf. Due ingressi di rigger + e - consenono di sincronizzare il imer sui froni di salia (+) o su quelli di discesa (-) di un segnale eserno. ifacendoci allo schema di fig. 1 a fianco riporao si noerà innanziuo la presenza sui due ingressi + e - di pore "NO riggered" (G1 e G) che assicurano una correa sincronizzazione del monosabile anche in presenza di segnali eserni "lenamene variabili" nel empo. L'avvio del ciclo di emporizzazione richiede un frone di salia in uscia a G4 (vedi fig. 1); ciò si porà oenere in due modi : 1) con un frone di salia sull'ingresso + (due inversioni G1 e G4), un livello logico 1 applicao all'ingresso - (la pora G4 deve risulare apera) e l'ingresso di ese inaivo ossia a livello logico 1 (vedi fig. ); ) con un frone di discesa sull'ingresso - (re inversioni araverso G, G3 e G4), un livello logico 0 applicao all'ingresso + (la pora G4 deve risulare apera) e l'ingresso di ese inaivo ossia a livello logico 1 (vedi fig. 3). I grafici riporai nelle fig. e 3 presuppongono che in caso di presenza di più segnali di rigger il periodo di quesi ulimi sia superiore al empo x che caraerizza il funzionameno del mulivibraore monosabile. ualora la condizione > x non sia più soddisfaa il mulivibraore Monosabile ammee in generale due modi di funzionameno diversi : + - x G C + - G1 G3 fig. 1 Circuieria Inerna di rigger del x=x L' ingresso - viene collegao a ; la pora NAND inerna risula percio' apera. fig. Monosabile riggerao sui froni di salia G4 >x OU + - OU Parenza imer 1 SI 1 NO X 0 1 NO 0 SI 0 NO 1 X 1 NO Cleo Azzani

3 Funzionameno reriggerabile Il monosabile si dice che funziona in "modo reriggerabile" se i froni di rigger successivi al primo fanno riparire da zero il ciclo di emporizzazione. Il circuio di fig. 4 funziona in modo "reriggerabile" sui froni di salia. Si noi che sul grafico sono riporai ben 4 froni di rigger disanziai di un empo inferiore a x. Il primo frone provoca il passaggio da 0 ad 1 dell'uscia ; il secondo, il erzo ed il quaro frone di rigger giungono al monosabile quando ancora la emporizzazione correne non si è compleamene esauria perano pur facendo riparire da zero il imer non inroducono modifiche sullo sao logico dell'uscia. Il quaro frone di rigger è l'ulimo perciò il ciclo di emporizzazione ripare da zero per l'ulima vola; e quindi l'uscia riornerà a 0 solo dopo che è rascorso il empo x a parire dal quaro frone di rigger. Funzionameno non reriggerabile Il monosabile si dice che funziona in "modo non reriggerabile" se i froni di rigger successivi al primo non provocano alcun cambiameno nel suo sao inerno finanoché' l'uscia non è ornaa nello sao sabile. (fig. 5). Per aivare un ale modo di funzionare è necessario bloccare la pora NAND inerna quando l'uscia si rova a livello alo. Ciò compora che, nel caso del circuio di fig. 5 l'ingresso - venga collegao a. Il circuio di fig. 5 funziona in modo "non reriggerabile" sui froni di salia. Si noi che sul grafico sono riporai ben 3 froni di rigger disanziai di un empo inferiore a x. Il primo frone provoca il passaggio da 0 ad 1 dell'uscia ; essendo l'ingresso - connesso all'uscia, il passaggio a 1 di provoca la chiusura della pora NAND inerna (G4 di fig. 1); il secondo frone di rigger giunge al monosabile quando ancora la emporizzazione correne non si è compleamene esauria perano essendo la pora NAND inerna chiusa, il ciclo di emporizzazione non ripare da 0. Il erzo frone di rigger giunge a ciclo di emporizzazione regolarmene concluso e quindi con pora NAND inerna apera; ciò perano provoca nuovamene il passaggio da 0 a 1 dell'uscia del monosabile. Si noi che nei grafici riporai in fig. 5 appare evidene che il periodo del segnale in uscia al monosabile risula il doppio rispeo al periodo del segnale di ingresso e quindi in quese condizioni il circuio effeua una divisione di frequenza per due. x C + - >x x=x fig. 3 Monosabile riggerao sui froni di discesa x C + - fig. 4 Circuio reriggerabile sui froni di salia x C + - _ < x < x x=x x=x fig. 5 Circuio NON reriggerabile sui froni di salia Cleo Azzani 3

4 Applicazioni circuiali dei Circuii Monosabili Duplicaore di frequenza: x C + - M1 1 OU 1 x C + - M OU fig. 6 Duplicaore di frequenza Nel circuio di fig. 6 il monosabile M1 è sincronizzao dai froni di salia del generaore, menre M è sincronizzao sui froni di discesa. Scegliendo i componeni x e C x in modo che sia verificaa la condizione x C x = /4, si oengono sulle uscie 1 e due forme d'onda fra loro sfasae di / che la pora O compone in un onda quadra di frequenza doppia e Duy-Cycle pari al 50%. Converiore Frequenza/ensione (a valore medio): Nel circuio di fig. 7 è esremamene facile verificare che il valore medio del segnale prelevao in uscia al monosabile è dao dalla seguene relazione: Vm = VDD X f 1. ove V dd rappresena la ensione di alimenazione del circuio inegrao, x e C x sono i componeni che deerminano la duraa della emporizzazione del circuio, f è la frequenza del segnale in ingresso. La relazione maemaica 1. è valida a condizione che risuli vera l'ipoesi : f > x ossia < x C x x x=x C + - FILO PASSA BASSO Vm fmax fi fig.7 Converiore f/v (frequenza ensione) C il valore f max = 1/( x C x ) esprime quindi il valore massimo della frequenza del segnale applicabile in ingresso per oenere una conversione frequenza ensione lineare. Cleo Azzani 4

5 Dalla forma d'onda presene sull'uscia del monosabile deve essere esrao il valore medio, ossia la componene coninua di ramie un filro passa basso opporunamene dimensionao. Si ricorda che essendo il segnale periodico ma non sinusoidale, esso sarà ceramene sviluppabile in serie di Fourier. Esrarre la componene coninua significa eliminare con adeguao processo di filraggio ue le componeni variabili parendo dalla fondamenale. Poiché il circuio opererà ceramene in un campo di frequenze f min < f < f max il dimensionameno del filro andrà effeuao enendo presene le condizioni di filraggio più sfavorevoli che si verificano in concomianza della fmin del segnale di ingresso. La conversione f/v rappresena un primo esempio di conversione digiale / analogica. Divisore di frequenza: Un circuio monosabile in connessione non reriggerabile ove si sia scela opporunamene la cosane di empo x C x in modo da soddisfare la relazione : ( N 1) < X < N 1.4 effeua una divisione di frequenza per N. Nell'esempio di fig. 8 si è scelo un faore N pari a 3; infai x risula maggiore di ma inferiore a 3. Dall'esame dei grafici è facile convincersi che ale circuio realizza una divisione di frequenza per 3. Discriminaore di frequenza: Nel circuio (fig. 9) M1 è un monosabile di ipo reriggerabile, M è di ipo non reriggerabile. Se > 1 ( 1 = 1 C 1 ) sull'uscia si preseneranno onde quadre di periodo e duy-cycle pari al rapporo 1 / menre se risula < 1 in uscia avremo cosanemene un livello logico 1. È evidene quindi che il circuio presena una frequenza massima di lavoro (f max = 1/( 1 C 1 ) superaa la quale l'uscia di M1 rimane cosanemene a livello logico alo; perciò si presa ad essere usao come comparaore di frequenza oppure come discriminaore di frequenza. Nel circuio di fig. 9 il monosabile M, di ipo non reriggerabile, solo quando riceverà impulsi di rigger sul suo ingresso sarà in grado di provocare l'accensione emporizzaa del diodo LED. Perano se f i < f max il diodo LED risulerà acceso se invece f i > f max il diodo LED risulerà speno. x x=x C + - NON EIGGEABILE sui froni di salia. fig. 8 Divisore di frequenza _ 1 C1 C + - M1 EIGGEABILE M C + - _ NON EIGGEABILE 4050 Buffer di Correne 3 1K5 D1 LED fig.9 Discriminaore di frequenza Cleo Azzani 5

6 Osservazione : Un monosabile reriggerabile, come s'è viso, può, con una logica eserna, essere reso non reriggerabile ma un monosabile sruuralmene non reriggerabile non può funzionare in modalià reriggerabile. Sono esempi commerciali molo diffusi di circuii monosabili non reriggerabili il comunissimo NE555 e in ambio L il 741LS1 e il 74LS1; i circuii inegrai 74LS1, 74LS13, 74LS4 e 74LS43 sono esempi di monosabili di ipo reriggerabile. ema di Maurià Professionale IEE 1994 A iolo di esempio affroniamo lo svolgimeno del ema di maurià professionale 1994 di Eleronica in cui era possibile impiegare il imer CMOS. Si desidera realizzare un disposiivo generaore di impulsi dei quali si vuole variare manualmene sia la frequenza, sia la duraa. Il candidao formulae le ipoesi aggiunive che riiene necessarie : a) proponga ed illusri una soluzione di principio disegnandone lo schema generale e le forme d'onda b) disegni lo schema circuiale del disposiivo uilizzando i componeni di sua conoscenza. c) illusri, anche con esempi numerici ed assumendo valori di sua scela, i crieri di dimensionameno dei componeni che riiene più significaivi. Soluzione Il eso non è paricolarmene difficile ma poiché lascia molo spazio alla iniziaiva personale (scele di ipo circuiale e di ipo componenisico), richiede al candidao una cera aenzione. A) Schema a blocchi Il disposiivo ciao dalla raccia deve essere in grado di generare impulsi con possibilià di "variazione manuale" della frequenza f e della duraa A (vedi fig. 1). Diverse possono essere le soluzioni adoabili poichè il candidao non ha paricolari vincoli imposi dalla raccia e inolre può inrodurre auonomamene ipoesi aggiunive semplificaive (da lui rienue necessarie). Può essere uilizzao un qualsiasi circuio asabile sudiao nel corso di Eleronica ove sia possibile variare sia la frequenza che il "duy-cicle" (Asabile con NE555, con Amplificaore Operazionale OVA LM741, con gae riggered 40106, VCO, ecc.). Una soluzione sufficienemene accuraa, e progeualmene semplice puo' essere quella di scomporre il circuio in due blocchi disini: un circuio asabile ed un circuio monosabile; ciò permee due regolazioni manuali indipendeni (ma che ovviamene poi dovranno risulare compaibili), di frequenza e di "duy-cicle". Il circuio asabile deermina con il valore dei suoi componeni passivi C la frequenza di lavoro del circuio; il monosabile deermina il "duy-cicle" o la duraa soliamene a livello alo, del segnale V in uscia al sisema. Lo schema elerico puo' essere redao usando soluzioni di ipo discreo (asabile e monosabile a BJ), soluzioni con circuii inegrai di ipo lineare (amplificaori operazionali OVA) o soluzioni con circuii inegrai di ipo digiale (ecnologia CMOS). Adoeremo ques'ulima che risula semplice funzionale e di facile realizzazione. In fig. è riporaa una soluzione circuiale al problema realizzaa con inegrai digiali della famiglia CMOS. Il primo blocco è un circuio asabile realizzao con NO riggered (40106) in esso il periodo 1 del segnale generao è dao dalle relazioni (una per il valore minimo e una per il massimo): ( ) 1 MAX = C1 1 = C 1min 4 1 Cleo Azzani 6

7 ASABILE MONOSABILE 4 U1A 1 V1 3 UA V C C fig. Schema circuiale Progeo del Circuio Asabile Si suppone che la frequenza del segnale V vari fra 100Hz (max=10ms.) e 1KHz (min=1ms). Dalla relazione si può ricavare la cosane di empo 4 C1 che vale 0,7 ms. da cui prefissando ad esempio C= 100 nf risula 4=750 Ohm. Dalla 1 si può ricavare il valore da aribuire ad 1 che risula uguale a Ohm. Progeo del Monosabile Uilizzando in circuio inegrao CMOS (doppio monosabile di precisione) la duraa a livello logico lao del segnale di uscia V (vedi schema di fig.) risula daa dall'espressione: AMAX = ( 3 + ) 3 = Amin 3 4 Si suppone che la duraa del segnale di uscia V sia compresa fra 50 us. e 9,5 ms. Il valore di 50 us è scelo superiore al minimo valore oenibile con il circuio inegrao che è pari a 5 us. il valore di 9,5 ms. è scelo leggermene inferiore al periodo di ingresso massimo al monosabile (1max). Dalla relazione 4, fissao pari a 10 nf, si ricava 3 che risula pari a 5000 Ohm. Dalla relazione 3, si ricava pari a 945 KΩ. Noa Bene È evidene che le regolazioni circuiali effeuae da 1 sull'asabile (regolazione di frequenza) e da sul monosabile (regolazione di duraa), devono essere fra di loro compaibili. Non è infai possibile imporre ad una forma d'onda quadra una duraa a maggiore del periodo. Perano dovrà sempre essere verificaa la condizione: A 1 in caso conrario in uscia non avremo un onda quadra ma un segnale di ampiezza cosane e pari al valore scelo per l'alimenazione del circuio (valori possibili fra 5 e 15V). Cleo Azzani 7

8 imer Universale 555 Uno fra i più diffusi imer inegrai uilizzai in VCC (5-15V) campo eleronico è il imer universale 555 (NE555, LM555) esso è riconducibile allo schema NE 555 a blocchi di figura 10. Comp. Sup. All inerno del imer individuiamo due comparaori E C1 e, un bisabile S, un ransisor, una pora NO e un pariore con re resisori di valore CV S OU C1 uguale (=5KΩ). Il circuio deve essere alimenao b con una ensione Vcc il cui valore può essere scelo I a seconda delle necessià fra 5 e 15 Vol. Il SA comparaore superiore C1 è del ipo non Comp. Inf. inverene e alimena l ingresso S (Se) del lach ES S: il suo ingresso I (-) è alimenao inernamene dalla ensione /3 Vcc menre l ingresso NI (+) è un ingresso dell inegrao denominao Eshold (soglia). Il comparaore inferiore è del ipo GND fig. 10 Schema a blocchi inerna del imer Universale 555 inverene e alimena l ingresso (ese) del lach S: il suo ingresso NI (+) è alimenao inernamene dalla ensione 1/3 Vcc menre l ingresso I (-) è un ingresso dell inegrao denominao Igger (scao, sincronizzazione). L ingresso ESe dell inegrao, aivo a livelli bassi, serve a forzare lo sao logico 0 sull uscia OU del circuio inegrao (uscia a livello alo e conseguene passaggio in sao ON del BJ inerno). Principio di funzionameno Se la ensione di Eshold supera il livello di comparazione superiore UL (/3 Vcc), l uscia del comparaore superiore C1 passa a livello alo; l uscia inerna del lach () passa a livello alo, il ransisore inerno passa in sao ON, l uscia dell inegrao OU passa a livello basso. Se la ensione di Igger va al di soo del livello di comparazione inferiore LL (1/3 Vcc), l uscia del comparaore inferiore passa a livello alo; l uscia inerna del lach () passa a livello basso, l uscia dell inegrao OU passa a livello alo, il ransisor inerno passa in inerdizione. A seconda del ipo di configurazione eserna il imer universale 555 può essere impiegao per realizzare configurazioni monosabili, bisabili o asabili. Configurazione Bisabile VCC (5-15V) Due resisori 1 ed manengono in condizione di inaivià i due ingressi rispeivamene di Igger e di Eshold. Con i due inerruori in condizione di riposo infai la ensione sull ingresso Igger si pora a Vcc livello ceramene superiore alla soglia LL (1/3 Vcc) e la ensione sull ingresso Eshold si pora a 0 V livello inferiore alla soglia UL (/3 Vcc). Supponiamo che inizialmene l uscia OU dell inegrao si rovi nello sao 0. Premendo il pulsane SE, l ingresso Igger viene porao a livello basso, ceramene inferiore alla soglia LL per cui viene aivao il ese del lach inerno, l uscia OU perciò passa a livello alo e vi rimane finchè non viene premuo il pulsane di ESE. ESE SE OU 3 I 6 E CV nF fig. 11 Configurazione bisabile del imer 555 V0 Cleo Azzani 8

9 Configurazione Monosabile VCC (5-15V) Il resisore 1 maniene in condizione di inaivià l ingresso di Igger ; l ingresso di Eshold è connesso assieme a charge al condensaore Ca (gruppo a Ca di emporizzazione). La condizione di equilibrio sabile è caraerizzaa dal fao che OU si rova a livello basso, il ransisore inerno è in sao di saurazione (ON) ciò impedisce che Ca possa caricarsi a Vcc araverso a ( si compora da coro circuio per cui la ensione di Eshold vale 0V). Il gruppo C1, 1, D1 è un circuio formaore di impulso sui froni di discesa per cui quando la ensione V1 (ingresso del monosabile) presena un frone di discesa di adeguaa ampiezza, l ingresso di Igger passa a livello basso, l uscia OU del imer passa a livello alo, il ransisore inerno si inerdice cosicchè il condensaore Ca può caricarsi araverso a alla ensione di alimenazione Vcc. uando la ensione ai capi di Ca raggiunge il livello UL (/3 Vcc), il comparaore superiore commua, l uscia OU del imer passa a livello basso, il ransisore inerno passa in saurazione e immediaamene scarica il Condensaore Ca : il imer ha raggiuno nuovamene la condizione di equilibrio sabile ed è perciò prono per eseguire un nuovo ciclo di emporizzazione. La legge di carica del condensaore Ca è esprimibile dalla relazione : τ A v ( ) C = V CC 1 e Deo 1 la duraa del ciclo di emporizzazione (inervallo di empo in cui l uscia OU si rova a livello alo) risula : 1 A vc( 1 ) = UL = VCC = V CC 1 e τ 3 ricavando 1 risula : 1 = A CA ln 3 11, A CA V1 D1 1 a C1 4 7 OU 3 I 6 E CV Ca fig. 1 Configurazione Monosabile del imer 555 V1 V LL V3 Vcc UL VO 1 10nF V0 Osservazioni Durane il ciclo di emporizzazione, se dovessero giungere uleriori froni di discesa all ingresso V1 del monosabile, ali segnali non possono modificare lo sao logico dell uscia in quano il lach inerno risula insensibile a segnali che provengano dall ingresso di Igger durane la carica di Ca; il ciclo di emporizzazione perciò coninua imperurbao fino alla sua normale conclusione. Per queso modo di funzionare il circuio monosabile viene anche deo di ipo non reriggerabile. La cosane di empo C1 1 deve essere scela di valore sufficienemene piccolo rispeo alla duraa a livello basso del segnale V1 per consenire al circuio di funzionare da formaore di impulso. Il diodo D1 elimina il frone eccedene Vcc che alrimeni si presenerebbe sull ingresso di Igger e che danneggerebbe in modo irreparabile il circuio inegrao. Cleo Azzani 9

10 Configurazioni Asabili In fig. l3 sono riporai re circuii ai quali si riconducono le più comuni configurazioni asabili realizzae con il imer universale 555. Nel circuio di fig. 13a supponendo che inizialmene il ransisore sia in condizioni OFF (inerdeo), l uscia OU si roverà a livello alo, il condensaore Ca si carica a Vcc con cosane di empo : ( ) τ C = A + B C A uando Vc raggiunge il livello UL (/3 Vcc) l uscia OU passa a livello Basso, passa dallo sao OFF a llo sao ON, e quindi Ca si scarica su b con cosane di empo : τ S = B C A uando Vc raggiunge il livello LL (1/3 Vcc), l uscia OU passa a livello Alo, passa dallo sao ON allo sao OFF, e Ca riprende a ricaricarsi a Vcc con cosane di empo τ C. Deo 0 il empo in cui l uscia OU del imer rimane a livello basso e 1 il empo in cui ale uscia rimane a livello alo è facile pervenire con semplici passaggi maemaici ai segueni risulai : ( ) 1 = 0, 693 τ C = 0, 693 A + B CA 0 = 0, 693 τs = 0, 693 B CA = = 0, 693 ( A + B ) CA 1 1 1, 44 f = = = 0, C + C D 1 = = A ( ) ( ) B + A B A A B A B Il circuio di fig. 13a non consene di oenere una forma d onda quadra con duy-cicle pari al 50% per cui si ricorre al circuio di fig. 13 c. In ale circuio la presenza del diodo D1 che bypassa b in fase di carica, consene di oenere i segueni risulai: τ C = A C A (cosane di empo di carica) τ S = B C A (cosane di empo di scarica) scegliendo a=b è possibile oenere duy cicle D= 0,5 (50%). Il circuio di fig. 13b funziona in modo analogo ai precedeni. Inizialmene Ca risula scarico e quindi Vo risula a livello alo ; perciò la ensione su Ca cresce con legge esponenziale araverso a con cosane di empo : τ C = A C A (cosane di empo di carica) uando Vc raggiunge il livello UL (/3 Vcc) l uscia OU passa a livello Basso, divenendo perciò un coro circuio verso GND, quindi Ca si scarica su a con cosane di empo : τ S = A C A (cosane di empo di scarica) 1 = 0, 693 τc = 0, 693 A CA 0 = 0, 693 τs = 0, 693 A CA = = 0, 693 C A A D1 a b Ca Ca a VCC (5-15V) I E 555 I E 4 VCC (5-15V) a b 6 Ca 3 OU 4 CV 5 3 OU I E CV 5 VCC (5-15V) OU 3 CV 5 10nF 10nF fig. 13 Configurazioni Asabili del imer 555 Vc VCC UL LL V0 VO VO 10nF VO Cleo Azzani 10

11 1 1 0, 7 f = = = 0, 693 C C D 1 A = = = 0, 5 Ingresso di ese A A A A A L ingresso di rese ES del imer universale viene uilizzao per forzare lo 3 sao logico dell uscia OU a livello basso. ueso ipo di forzaura VCC C3 viene generalmene auaa all accensione (isane di alimenazione del ESE ALL'ACCENSIONE circuio inegrao) araverso il circuio riporao in fig. 14. Infai C3 4 inizialmene scarico all ao dell accensione pora per un breve inervallo di 7 empo (dipendene dalla cosane di empo 3 C3) a livello basso l ingresso 3 I ES del imer consenendo quindi allo sesso di researsi ; dopo che C3 6 E CV si è caricao lo sao dell uscia OU del imer dipende esclusivamene dai 5 livelli di ensione preseni sugli ingressi Igger e Eshold. In assenza 555 della ree di fig. 14 poremmo osservare che alcuni inegrai all accensione fig. 14 Circuieria di ese Iniziale parono inizialmene dallo sao 0, alri inegrai parono inizialmene dallo sao 1. Il circuio di rese iniziale è fondamenale e quindi irrinunciabile in circuii monosabili o bisabili ove non sia acceabile un posizionameno iniziale del imer errao; non viene di solio usao nelle connessioni asabili a meno che non si rai di circuii asabili sincronizzai da un segnale eserno. Ingresso CV (Conrol Volage) L ingresso CV (Conrol Volage) del imer universale è collegao inernamene all ingresso inverene (-) del comparaore superiore C1 ; viene uilizzao solamene in paricolari applicazioni ove si voglia modificare con un segnale eserno le soglie UL e LL del imer (modulaore PWM). Negli impieghi usuali ale ingresso non viene usao e quindi viene collegao a massa con un condensaore della capacià di 10nF ; se l ingresso CV rimanesse libero porebbero enrare dall eserno disurbi che andrebbero così a modificare le soglie di commuazione UL e LL del imer 555. ivelaore di perdia di impulsi (missing pulse deecor) Il circuio riporao in fig.15 rappresena un esempio di missing pulse deecor realizzao con una connessione monosabile del imer 555 leggermene modificaa dalla inroduzione del ransisore PNP 1. In condizioni normali all ingresso giunge un reno di impulsi di ampiezza Vcc e di periodo inferiore alla duraa del ciclo di emporizzazione del monosabile 1. All arrivo di un livello basso proveniene dalla sorgene, 1 passa in conduzione e scarica isananeamene Ca ; conemporaneamene il segnale provoca la riparenza da zero del ciclo di emporizzazione del monosabile. Perano Ca ricomincia a caricarsi araverso a, Vo rimane nello sao logico alo, il condensaore Ca non riesce a raggiungere la soglia UL (/3 Vcc) perché ancor prima che ciò avvenga in ingresso giunge un alro livello basso che fa riscaricare Ca ed il ciclo di carica riprende da capo. Se però nel reno di impulsi della sorgene viene a mancare un impulso in modo da far sì che la disanza emporale fra due impulsi consecuivi di ingresso risula maggiore di 1 (duraa del ciclo di emporizzazione del monosabile) allora la ensione ai capi di Ca raggiunge il livello UL e sulla uscia OU del monosabile si ha un passaggio emporaneo a livello basso. Perciò la presenza in uscia di un livello alo permanene sa a significare che in ingresso gli impulsi si susseguono sempre rispeando la condizione : 1 a Ca 7 6 VCC (5-15V) I E 555 fig. 15 Missing Pulse Deecor 4 3 CV 5 10nF V0 Cleo Azzani 11

12 < 1 menre se in uscia al monosabile appare un livello basso ciò significa che due impulsi consecuivi del reno sono giuni al monosabile riardai fra di loro di un inervallo > 1 L aggiuna del ransisor 1, come nel caso di fig. 15 rasforma la connessione monosabile del imer 555 (non reriggerabile) in una connessione monosabile reriggerabile. Parameri e noe progeuali Massima frequenza di oscillazione (connessione asabile) 300KHz uavia per una buona sabilià della frequenza al variare della emperaura non è opporuno superare la frequenza di 00KHz. Accuraezza iniziale : 1%. L accuraezza iniziale misura il livello di ripeibilià dei cicli di emporizzazione usando diversi disposiivi oppure usando lo sesso disposiivo ma effeuando la misura in empi diversi (a disanza da un giorno a re anni) manenendo inaleraa la ensione di alimenazione Vcc e la ree di emporizzazione C. Sensibilià alle variazioni di Vcc : Al variare della ensione di alimenazione variano le durae dei cicli di emporizzazione in ragione dello 0,1% per Vol di variazione. Sensibilià alle variazioni ermiche : Al variare della emperaura i cicli di emporizzazione variano. Nel funzionameno in modalià monosabile la deriva ermica è pari a 50 ppm/ C ; in modalià asabile, poiché vengono uilizzai ui e due i comparaori del disposiivo, la deriva ermica è più elavaa : 150 ppm/ C. Conrol Volage : Ingresso generalmene connesso a GND con un condensaore di 10 nf. A queso ingresso si può applicare una ensione con la quale si può variare la duraa del ciclo di emporizzazione indipendenemene dalla ree C. ale ensione può variare dal 45% al 90% di Vcc nel caso del monosabile e da 1,7V a Vcc nel caso dell asabile. Carichi induivi : uando si alimena con l uscia OU un carico induivo si devono usare alcuni accorgimeni per eviare che il imer 555 vada in condizioni di lach up. In parallelo al carico induivo deve, come al solio essere poso il diodo volano o di libera circolazione, fra uscia OU e carico deve essere poi connesso un alro diodo per impedire che l uscia, sia pure per un brevissimo isane possa polarizzarsi negaivamene rispeo a GND. ese : l ingresso di rese agisce come ingresso di inibizione della aivià del imer : applicando una ensione superiore a 1V il disposiivo è libero di funzionare normalmene, applicando una ensione inferiore a 0,4V l uscia del disposiivo viene forzaa nello sao 0. uando il segnale di rese viene rimosso l uscia coninua a rimanere nello srao basso finchè non viene applicao all ingresso di rigger un segnale di ampiezza opporuna (livello < LL). Cleo Azzani 1

13 ema di Maurià Professionale IEE 1995 Come secondo esempio, affroniamo la soluzione al ema di maurià professionale 1995 di Eleronica che prevedeva nello schema a blocchi ben due Monosabili che è possibile realizzare con il imer universale NE555. USCIA Monosabile A ivelaore di froni di discesa Monosabile B ivelaore di froni di discesa 1 Con riferimeno allo schema a blocchi di figura, nell'ipoesi che: 1) all'ao dell'accensione il monosabile A generi subio una emporizzazione, e il monosabile B rimanga bloccao; ) siano disponibili due ensioni di alimenazione +5V (Vcc) e -5V (Vee); 3) i componeni abbiano caraerisiche ideali; 4) la ensione di uscia abbia una frequenza pari a 1 KHz ed uno sao alo pari al 5 % del periodo. Il candidao, dopo avere formulao le evenuali ipoesi aggiunive: illusri il funzionameno del disposiivo e ne proponga una soluzione circuiale con componeni di sua conoscenza. Soluzione : fig.1 Schema a blocchi del disposiivo Il ema, poichè fornisce lo schema a blocchi (riporao in fig. 1) sabilisce dei binari molo precisi enro i quali il candidao deve muoversi per cui ci sembra che di "evenuali ipoesi aggiunive" se ne possano fare ben poche. L'unica ipoesi ragionevole è quella di sabilire i livelli di ensione del segnale in uscia al monosabile A: considerao che si dispone di due sorgeni di alimenazione con caraerisiche indicae nel puno b) della raccia si porebbe scegliere o una dinamica -5V +5V oppure, una dinamica 0 +5V; delle due ipoesi possibili la seconda ci sembra la più indicaa. Come conseguenza logica di quesa scela i circuii inegrai che verranno presenai nella discussione del puno ) dovranno essere alimenai fra 0 e Vcc. Puno 1 Il funzionameno del disposiivo non è difficile da descrivere: all'ao dell'accensione (ipoesi a) il monosabile B deve rimanere bloccao (la sua uscia B deve rovarsi nello sao logico 0) menre il monosabile A deve iniziare un ciclo di emporizzazione (la uscia A deve rovarsi nello sao logico 1) per un empo 1 deerminao dall'analisi delle specifiche conenue nell'ipoesi d) della raccia. Infai : 1 = = = 1ms 1 = 5% = 0, 5ms 0 = 1 = 0, 75ms f rascorso il empo 1 sulla uscia A si presena un frone di discesa (passaggio da livello 1 a livello 0); il rivelaore di froni aiva perciò il monosabile B per cui B passa a livello 1 e rimane in queso sao per un empo pari a 0 (0,75 ms). uando il monosabile B ha concluso il proprio ciclo di emporizzazione B passa da livello 1 a livello 0 (frone di discesa); il rivelaore di froni aiva quindi il monosabile A e il ciclo si ripee da capo. In fig. è riporao l'andameno emporale del segnale A. Puno La soluzione più ovvia, viso la sruura dello schema a blocchi fornio nel eso miniseriale, ci sembra quella rappresenaa nello schema elerico di fig. 3 ove si è uilizzao l'arcinoo imer universale NE555. Vu E 0 1 fig. Andameno della ensione d'uscia Cleo Azzani 13

14 ivelaore di froni D1 1N4148 C6 1nF D3 1N K MONOSABILE A 4,7K I E U1 555 C1 47nF CV 10nF ivelaore di froni 1 D 1N4148 C4 1nF 3 1K MONOSABILE B 4 6,8K I E CV U 555 C5 C3 100nF 10nF +5V 5 1K C7 nf gnd Vu fig. 3 Soluzione circuiale con il imer Universale NE555 Procediamo al dimensionameno del circuio. La formula che fornisce la duraa pw del ciclo di emporizzazione nella connessione monosabile dell'ne555 è la seguene: = 11, PW C per cui nel caso del monosabile A risula 1 C1 = = 7µ s fissao C1=47nF si deermina =4,84K (valore commerciale 4,7K) 11, nel caso del monosabile B risula analogamene: 0 4C3 = = 68µ s fissao C3=100nF si deermina 4=6,8K (valore commerciale 6,8K) 11, La cosane di empo τ dei due rivelaori di froni deve essere molo inferiore alla duraa del ciclo di emporizzazione. Scegliendo τ molo minore di 1 essa risula ovviamene molo minore anche di C 6 = 3C4 = = 1, 5µ s fissao 1=3=1K si deermina C6=C4=1,5nF (valore comm. 1nF) 0 Da ulimo il gruppo 5 C7 assicura che all'accensione venga scrupolosamene rispeaa l'ipoesi a) in quano inizialmene C7 risula scarico (VC7=0) il monosabile B viene quindi sicuramene "reseao" all'accensione; il diodo D3 pora conemporaneamene a livello logico 0 l'ingresso rigger di U1 assicurando che il monosabile A avvii il suo ciclo di emporizzazione. È evidene che C7 deve rapidamene caricarsi araverso 5 prima che si concluda il ciclo di emporizzazione 1 (del monosabile A) quindi ci sembra opporuno fissare come segue il valore della cosane di empo. 0 5C7 = = 5µ s fissao 5=1K si deermina C7=5nF (valore commerciale nf) 10 Il circuio poeva ceramene essere sviluppao anche uilizzando soluzioni circuiali di alro ipo: Monosabile CMOS doao di rivelaore di froni incorporao nel circuio inegrao, Monosabili a componeni discrei (BJ o JFE), Monosabili con amplificaori operazionali OVA. Bibliografia Naional Semiconducor CMOS LOGIC Daabook 1988 Signeics imers applicaion informaion Cleo Azzani 14