NE555

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

NE555 della Signetics in formato dual in-line

Pin-out del timer NE555

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 : al suo interno vi sono tre resistori collegati in serie, ognuno del valore di 5 kΩ, i quali 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 transistori, 2 diodi e 16 resistori che compongono, oltre al già citato partitore per ottenere le tensioni di riferimento, due comparatori, un latch SR e uno stadio di potenza per pilotare il carico. Il formato più comune del 555 è in 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 (in cui i partitori di tensione sono realizzati con resistori da 100 kΩ anziché da 5 kΩ) 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 e utilizzato largamente grazie alla sua semplicità d'uso, economicità e stabilità. Ogni anno ne vengono prodotte circa un miliardo di unità.

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. È utilizzabile per rilevatori di impulso, antirimbalzo per pulsanti, timer, interruttori a tocco, etc.
• Astabile: il 555 opera come un oscillatore. È 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 Discharge non viene connesso e non si impiega il condensatore di temporizzazione.

Connessioni

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 a livello 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 utilizzato, è bene inserire un condensatore verso massa, solitamente da 10 nF, per filtrare la tensione di riferimento ed evitare malfunzionamenti.
6	THR	La soglia (threshold) a cui termina l'intervallo (termina se VTHR > 2/3 VCC)
7	DIS	Piedino di scarica del condensatore di temporizzazione: quando il condensatore raggiunge la tensione di soglia del comparatore, l'uscita (pin 3) va alta e un transistor scarica il condensatore per far iniziare un nuovo ciclo.
8	V+, VCC	Piedino di alimentazione: deve essere applicata una tensione compresa tra +5 e +15 V per la versione standard, o entro limiti diversi a seconda della tecnologia costruttiva (TTL o CMOS). Verificare sul datasheet del modello scelto la gamma di tensioni entro cui può essere alimentato.

Configurazioni

Astabile

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 e hanno, quindi, lo stesso potenziale del condensatore C. La resistenza R1 è collegata tra +Vcc e il terminale 7 (scarica), mentre R2 viene collegata tra il terminale 7 e il condensatore .
Con questi collegamenti, quando il circuito viene alimentato, la tensione sul condensatore cresce e inizia ad oscillare tra i valori 1/3 Vcc e 2/3 Vcc: di conseguenza, l'uscita varia tra 0 e Vcc con due tempi ricavabili dalle equazioni classiche di carica e di scarica del condensatore. Il tempo t1, 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:

$t_{2}=0.693R_{2}C$

La carica, infatti, avviene attraverso le due resistenze in serie, mentre la scarica avviene tramite la sola R2. 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 simmetriche. In pratica, ponendo R1 << R2, il duty cycle si avvicina molto al 50%: in prima approssimazione, quindi, le onde si potrebbero ritenere simmetriche. 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 possono causare il danneggiamento del transistor di scarica che, quando va in conduzione, è attraversato dalla corrente di scarica del condensatore attraverso R2 più la corrente prodotta dalla tensione di alimentazione attraverso R1.
Lo 0.693 nelle formule è dato dalla struttura circuitale e la tolleranza delle 3 resistenze del partitore è molto stretta

Per alterare il valore del duty cycle si può modificare la configurazione base nei seguenti modi:

• Duty Cycle = 50%: inserire in parallelo alla resistenza R2 un diodo con il catodo rivolto verso il pin 6.
• Duty Cycle < 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

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, ma 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, il trigger viene collegato all'alimentazione Vcc e threshold alla sorgente degli impulsi, in questo caso lo stato in uscita alto si ha sul fronte di salita del segnale.

Modulatore della durata degli impulsi (PWM)

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 con altre applicazioni.

Modulatore di posizione degli impulsi (PPM)

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

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.).

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

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

Produttore	Modello	Note
ECG Philips	ECG955M
Exar	XR-555
Fairchild Semiconductor	LM555/NE555/SA555
Harris	HA555	obsoleto
Intersil	SE555/NE555/ICM7555
Lithic Systems	LC555
Maxim	ICM7555	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 TS3V555	Versione del timer a 3 V di tensione alimentazione (obsoleto)
Texas Instruments	NA555, NE555, SA555, SE555
Texas Instruments	TLC555	CMOS con alimentazione minima fino a 2 V
URSS	K1006ВИ1
Zetex	ZSCT1555	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.

Bibliografia

• Howard M. Berlin, Il timer 555, Jackson Italiana Editrice, 1978.

Altri progetti

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• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su NE555

Collegamenti esterni

• (EN) Data Sheet (Fairchild) (PDF), su fairchildsemi.com. URL consultato il 6 giugno 2014 (archiviato dall'url originale il 3 dicembre 2008).
• (EN) Simulazione Java del circuito oscillatore
• https://web.archive.org/web/20160304141812/http://www.webalice.it/crapellavittorio/electronic/ne555_schemi.html Dal sito di i2viu link sul 555

Controllo di autorità	GND (DE) 4123406-6