Utilizando o 555 como comparador de tensão

555 como comparador de tensão
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Olá caro leitor. Falamos há poucos dias em como configurar o conhecido integrado 555 como multivibrador astável com geração de onda quadrada simétrica. Continuando nessa linha de raciocínio, neste artigo vamos apresentar uma outra configuração não usual desse versátil: o 555 como comparador de tensão e porque vale a pena conhecer seu uso.

 

 

Antes de mais nada, o que tem dentro de um 555?

 

Para entender como o integrado 555 pode funcionar como comparador de tensão, devemos primeiro relembrar a arquitetura simplificada desse timer, vamos começar observando a figura abaixo:

 

O CI 555
Figura 1: O CI 555

 

O 555 pode ser chamado de uma maravilha da eletrônica justamente por combinar componentes analógicos e digitais em um único encapsulamento, mas observem que internamente temos dois comparadores analógicos entre os pinos 2 e 6, bem como a conhecida rede resistiva entre 1 e 8  com uma derivação que chega ao pino 5. A configuração desse comparador tem o nome de comparador de janela, de forma que seu estado só muda quando a tensão de entrada excede um de dois dois níveis de tensão especificados como referência.

 

No caso do 555 os níveis padrão de tensão são 1/3 e 2/3 da tensão de alimentação aplicada ao pino 8. Ao aplicar simultaneamente uma tensão de entrada nos pinos 2 e 6, essa vai ser constantemente comparada com esses dois níveis de tensão de forma a ocorrer o seguinte:

  • Quando a tensão de entrada for elevada de modo a ultrapassar o limite de 2/3 da tensão no pino 8, a saída do comparador de tensão ira a 0V;
  • Quando essa mesma tensão reduz e fica menor que o nível de 1/3 da tensão do pino 8, a saída no pino 3 será colocada na tensão de alimentação;
  • Em qualquer outro estado diferente dessas duas condições a tensão de saída não se altera.

 

Atente-se, leitor: a última regra, ela basicamente significa imunidade a uma grande quantia de ruídos, pois ele possui uma histerese que impede que a saída se altere se a tensão de entrada estiver dentro dessa área, sendo perfeito para limpeza de trem de pulsos quadrados. Além disso seu uso como monitor de tensão vai ser muito mais estável do que uma configuração básica de comparador analógico.

 

 

Mais flexibilidade com o 555

 

As vantagens não param por ai. Em troca de um aumento na região de histerese, cerca de 50% da tensão de referência utilizada vai ser possível com que a tensão de referência do nosso comparador de tensão possa ser ajustável permitindo com que ele trabalhe nas mais diversas aplicações com boa imunidade a ruídos que possam aparecer na tensão de entrada. Na figura abaixo mostramos como configurar o 555 para o modo comparador de tensão com referência ajustável, bem como o resultado da simulação. Vejam:

 

555 como comparador de tensão: Forma de Onda do circuito comparador com 555
Figura 2: Forma de Onda do circuito comparador com 555

 

Em azul temos um sinal quadrado que chega à entrada do nosso comparador com o 555, que são os pinos 2 e 6 interligados. Observem que quando o sinal de entrada ultrapassa a tensão de referência (em vermelho), imediatamente o sinal de saída (verde) muda de estado. Na segunda metade do ciclo, o sinal azul decresce, fica menor que a tensão de referência, mas vejam que a saída não se altera. Isso só vai ocorrer quando o sinal de entrada for menor que 50% da tensão de referência. No caso do esquema elétrico, V3 é a referência situada em 4V. Assim o sinal só vai se alterar quando a entrada cair abaixo dos 2V ilustrando o efeito da histerese de 50%.

 

Vejam que o circuito é mais simples do que as configurações clássicas do 555, a tensão de referência foi simulada com uma fonte de tensão, mas podem ser utilizadas referências de tensão como zeners, ou o conhecido TL431, divisores resistivos também são bem vindos. Porém deve-se cuidar para que a impedância equivalente de saída seja baixa de modo a influenciar o mínimo possível a rede resistiva interna do 555 (composta de resistores de 5KOhms).

 

 

Conclusão

 

O 555 mostra-se novamente uma solução versátil para resolução de problemas de hardware no dia a dia. Neste artigo apresentamos uma configuração de comparador analógico com histerese e referência ajustável de movo a fornecer uma alternativa à compra de componentes mais difíceis de encontrar nas lojas populares de eletrônica no Brasil como os comparadores LM311 ou LM339. Além disso o comparador por histerese com 555 exige apenas a tensão de referência como componente externo e pode funcionar com fonte simples, sendo adequado à grande maioria de aplicações em que é necessário monitorar algum nível de tensão. Espero que essa dica seja útil ao leitor. É isso, até a próxima.

 

 

Links úteis

 

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Felipe Neves
Desenvolvedor de sistemas embarcados apaixonado pelo que faz, divide seu tempo entre trabalhar no Venturus desenvolvendo firmware de tudo quanto é coisa, na Aeolus Robotics se envolvendo com o que há de mais legal em robótica e na Overlay Tech desenvolvendo algumas coisas bem legais para o campo de motion control. Possui mestrado em engenharia elétrica pela Poli-USP e possui interesse em tópicos como: Software embarcado, sistemas de tempo real, controle, robótica móvel e manipuladores, Linux embedded e quase qualquer coisa por onde passe um elétron.

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Luiz Antonio Vargas PintoSouzaFelipe NevesAlain Mouette Recent comment authors
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Luiz Antonio Vargas Pinto
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Gostei do enfoque. O CI 555 é um circuito extremamente versátil. Houveram muitas publicações sofisticadas sobre o mesmo. este é um clássico. Geralmente utilizado como timer, só me recordo de algo semelhante comparando com a publicação da extinta Nova Eletrônica. Boa iniciativa.
Abraço

Souza
Visitante
Souza

Obrigado pela matéria. Descobri coisas que até ontem desconhecia.
Sei o quanto é difícil dispor de um tempo tão preciso para compartilhar o conhecimento. Mas sei também que é muito gratificante. Principalmente quando quando existe o reconhecimento.
E eu como muitos, reconhece.
Parabéns.

Alain Mouette
Visitante
Alain Mouette

Isso só funciona com a versão CMOS (que custa bem mais, pelo menos no BR). Na versão tradicional a saida não vai não vai até a fonte e isso causa a assimetria. Teata na bancada anted de bublicar!!!

Fiquei decepcionado com este artigo incorreto. O Embarcados nao merece...

Felipe Neves
Visitante
Felipe Neves

Alain, obrigado pela leitura. Acredito que seu comentario seja referente a outro texto correto? (O Oscilador de onda quadrada com 555). Primeiramente, gostaria de dizer que conccordo contigo, no caso do oscilador a versao do 555 influi no desempenho final do teste (inclusive meu teste de bancada foi feito com a versao CMOS que inclusive esta bem mais facil de achar em casas de componentes da santa ifigenia, me perdoe se a aquisicao dessa versao nao faz parte da sua realidade, incluirei o teste de bancada utilizando mais de uma versao), por isso adicionei ao artigo tal observacao. Agora gostaria… Leia mais »