Resumo

O NE555P, normalmente referido como o 555 timer IC, é um circuito integrado (IC) amplamente utilizado e versátil, originalmente concebido pelo engenheiro suíço Hans Camenzind em 1971, enquanto trabalhava para a Signetics, uma empresa pioneira de semicondutores na Califórnia. Reconhecido pela sua simplicidade e adaptabilidade, o temporizador 555 tornou-se um componente essencial numa miríade de aplicações electrónicas, desde temporizadores simples e geração de impulsos até tarefas mais complexas, como modulação de largura de impulsos (PWM) e circuitos osciladores. O seu desempenho robusto e a facilidade de integração cimentaram o seu estatuto como um elemento básico em ambientes electrónicos educativos e profissionais. A importância do NE555P não reside apenas nas suas especificações técnicas, mas também no seu impacto histórico. O design do CI emprega uma arquitetura minimalista que requer poucos componentes externos, permitindo que seja facilmente compreendido e implementado tanto por engenheiros como por amadores. Com uma gama de tensão operacional tipicamente entre 4,5 V e 18 V, o temporizador 555 demonstra uma impressionante compatibilidade com várias fontes de alimentação e sistemas electrónicos, garantindo um funcionamento fiável num vasto espetro de condições. A sua configuração interna, composta por 25 transístores, 2 díodos e 15 resistências, permite-lhe funcionar eficazmente como temporizador, oscilador ou circuito flip-flop. A versatilidade do NE555P é ainda mais exemplificada através dos seus três modos primários de operação: monoestável, astável e biestável. No modo monoestável, o CI gera um único pulso de saída em resposta a um disparo externo, adequado para aplicações que exigem atrasos de tempo precisos. O modo astable facilita a oscilação contínua, ideal para gerar sinais de relógio ou impulsos repetitivos. O modo biestável permite que o temporizador 555 mantenha um de dois estados de saída estáveis até receber um sinal de ativação, útil para aplicações de alternância e funções básicas de memória. Estes modos operacionais permitiram que o temporizador 555 fosse utilizado numa série de aplicações práticas e inovadoras, desde simples piscas LED a circuitos de temporização complexos em eletrónica de consumo e dispositivos industriais. Apesar dos avanços na tecnologia eletrónica, o NE555P continua a ser a escolha preferida devido ao seu baixo custo, disponibilidade generalizada e fiabilidade comprovada. O seu legado é realçado por milhares de milhões de unidades vendidas nas últimas cinco décadas e continua a ser uma ferramenta fundamental no conjunto de ferramentas de engenheiros, educadores e entusiastas da eletrónica. A popularidade duradoura do CI temporizador 555 é uma prova do seu design engenhoso e do profundo impacto que teve no desenvolvimento de circuitos e sistemas electrónicos em todo o mundo.

História

O NE555P, vulgarmente conhecido como o CI temporizador 555, tem uma história rica que começa com o seu inventor, Hans Camenzind. Nascido na Suíça, Camenzind emigrou para os Estados Unidos, onde trabalhou inicialmente na P. R. Mallory, uma empresa conhecida pelas baterias de pilhas secas, antes de se mudar para a Signetics em 1968

. A Signetics foi fundada por antigos engenheiros da Fairchild que acreditavam que o futuro da eletrónica residia nos circuitos integrados e não apenas nos transístores. Em 1971, Camenzind, enquanto trabalhava sob contrato para a Signetics, concebeu o circuito integrado temporizador 555. Este contrato era bastante vantajoso para Camenzind, pois dava-lhe metade do seu salário durante um ano e acesso a todo o equipamento eletrónico necessário. Este icónico circuito integrado tornou-se rapidamente indispensável em várias aplicações, desde simples temporizadores a tarefas complexas de geração de impulsos. O circuito integrado temporizador 555 é famoso pela sua simplicidade e versatilidade, o que levou à sua adoção generalizada. Atualmente, ainda é produzido por vários fabricantes na sua forma bipolar original, bem como em variantes CMOS de baixo consumo. Apesar da evolução da tecnologia, o temporizador 555 continua a ser um elemento básico em ambientes educativos e profissionais, demonstrando o seu impacto duradouro no campo da eletrónica. As contribuições de Hans Camenzind vão para além do temporizador 555. Em 1969, introduziu o conceito de loop bloqueado por fase nos circuitos integrados, demonstrando ainda mais a sua capacidade de inovação. Depois de vender a sua empresa, a InterDesign, em 1977, dedicou-se a vários interesses, incluindo a escrita e a investigação da história da eletrónica. O seu livro, "Much Ado About Almost Nothing", publicado em 2007, reflecte o seu profundo fascínio pela história e desenvolvimento da tecnologia eletrónica. Camenzind faleceu a 8 de agosto de 2012, mas o seu legado continua vivo através do omnipresente temporizador 555 e das suas inúmeras contribuições para o campo da eletrónica.

Conceção e especificações

O NE555P, uma variante do clássico circuito integrado temporizador 555, apresenta uma arquitetura simples e componentes externos mínimos, tornando-o fácil de compreender, integrar e resolver problemas em circuitos electrónicos

. O temporizador 555 foi originalmente concebido por Hans Camenzind em 1971, enquanto trabalhava na Signetics, uma empresa de semicondutores na Califórnia. O projeto inicial foi revisto no verão de 1971 e passou por uma revisão significativa quando Camenzind decidiu utilizar uma resistência direta em vez de uma fonte de corrente constante, o que reduziu o número necessário de pinos de 9 para 8. Esta alteração de design permitiu que o IC fosse embalado num pacote de 8 pinos em vez de um pacote de 14 pinos, simplificando a sua utilização e fabrico. O NE555P funciona numa vasta gama de tensões de alimentação, tipicamente de 4,5V a 18V, tornando-o compatível com uma grande variedade de sistemas electrónicos e fontes de alimentação. É conhecido pela sua robustez e fiabilidade em diversas condições de funcionamento, incluindo variações de temperatura e flutuações da tensão de alimentação. A arquitetura interna do NE555P inclui 25 transístores, 2 díodos e 15 resistências, o que lhe permite funcionar como um temporizador, oscilador ou circuito flip-flop. Uma das principais caraterísticas do NE555P é o seu circuito de saída, que pode ser fonte ou dissipador de corrente, acomodando cargas de até 200 mA. Esta capacidade torna-o versátil para várias aplicações, desde simples circuitos de temporização a controlos de modulação de largura de impulso (PWM) mais complexos. Os níveis de saída são bem definidos dentro da gama de alimentação de 5V a 15V e alinham-se perfeitamente com as entradas TTL quando alimentadas a 5V, assegurando a compatibilidade com outros componentes digitais. O NE555P também se distingue pelo seu baixo custo e disponibilidade generalizada, tornando-o acessível a amadores, estudantes e profissionais. A simplicidade e flexibilidade do seu design tornaram-no um elemento básico na comunidade eletrónica, com milhares de milhões de unidades vendidas nos últimos 50 anos. O temporizador continua a ser uma escolha popular para fins educativos e uma variedade de aplicações práticas, tais como servo controladores, brinquedos, aplicações espaciais e amplificadores classe D.

Funcionalidade

O circuito integrado (CI) temporizador 555 é um componente versátil e muito utilizado em eletrónica, capaz de funcionar em três modos diferentes: monoestável, astável e biestável, cada um com funcionalidades de temporização únicas.

Modo monoestável

No modo monoestável, o temporizador 555 gera um único impulso de saída em resposta a um sinal de disparo externo. Este modo é normalmente utilizado em aplicações como os botões "TRY ME" em decorações animatrónicas e adereços motorizados, em que premir um botão inicia uma curta sequência animada que inclui luzes, sons e movimento, antes de o sistema se reiniciar

. A duração do impulso de saída é determinada por uma resistência e um condensador externos ligados ao temporizador. Esta funcionalidade é também útil para criar ativação de movimento temporizado em adereços motorizados ou animatrónicos.

Modo Astable

O modo Astable é utilizado quando é necessária uma oscilação contínua. Neste modo, o temporizador 555 produz uma saída de onda quadrada contínua, que alterna entre os estados alto e baixo. Os componentes de temporização, duas resistências (R1 e R2) e um condensador (C1), determinam a duração do estado alto (T_alto) e do estado baixo (T_baixo)

.

• T_alto = 0.
• T_low = 0.
• Período total (T) = 0.
• Frequência (f) = 1 / T = 1. O modo Astable é particularmente útil para a geração de impulsos de relógio, geração de tons e outras aplicações que requerem um sinal de onda quadrada estável e consistente.

Modo biestável

O modo biestável, também conhecido como modo flip-flop, permite que o temporizador 555 mantenha um dos dois estados de saída estáveis (alto ou baixo) até receber um impulso de disparo ou de reset. Nesta configuração, o temporizador 555 funciona sem condensadores de temporização, alternando o seu estado de saída com base em sinais nas entradas de disparo (pino 2) e de reset (pino 4)

. Este modo é valioso para aplicações como a debitação de interruptores e a formação de unidades de memória básicas, em que é necessário um controlo manual ou acionado para ligar e desligar dispositivos. O circuito interno do temporizador 555 inclui três resistências de 5K na sua rede divisora de tensão, que é uma caraterística que o define e contribui para o seu nome. Além disso, o CI contém dois comparadores, um flip-flop, um transístor de descarga e um estágio de saída, entre outros componentes.

Aplicações

O CI temporizador NE555P da Texas Instruments é um componente altamente versátil, amplamente utilizado em várias aplicações electrónicas. As suas configurações de pinos padronizadas e folhas de dados detalhadas tornam-no simples de integrar em circuitos electrónicos, aumentando a sua facilidade de utilização

. Este IC é utilizado numa grande variedade de projectos de amadores e aplicações comerciais devido à sua fiabilidade e funcionamento estável. O NE555P é frequentemente utilizado em funções de temporização, que podem ser aplicadas a uma vasta gama de projectos práticos. Por exemplo, é utilizado na construção de amplificadores de áudio de baixa potência capazes de alimentar pequenos altifalantes, circuitos de órgão de brincar que imitam o som do piano e circuitos de cronómetro digital para contar segundos. Além disso, o NE555P é um componente essencial na criação de circuitos de cubos de LED 3x3x3 e circuitos simples de LEDs a piscar, que são populares entre os entusiastas da eletrónica. Além disso, o NE555P pode ser encontrado em aplicações mais sofisticadas, tais como interruptores de controlo remoto por infravermelhos para electrodomésticos, circuitos de guarda de estacionamento que detectam obstáculos utilizando sensores de infravermelhos e reguladores de intensidade de LED PWM para soluções de iluminação ajustáveis. A sua versatilidade estende-se a utilizações industriais, incluindo temporizadores on-off programáveis com capacidades de controlo remoto por RF e controladores de velocidade para auto-estradas. A adaptabilidade do NE555P a várias fontes de alimentação e a sua capacidade de manter um funcionamento estável do oscilador, com tensões de alimentação que variam entre 4,5 V e 16 V, aumentam ainda mais a sua utilidade em diferentes projectos. Este CI continua a ser uma escolha preferida para muitas aplicações, devido à sua documentação abrangente, facilidade de utilização e desempenho fiável.

Variantes

O CI temporizador NE555, originalmente desenvolvido na década de 1970, teve inúmeras variantes ao longo dos anos, cada uma adaptada a diferentes aplicações e requisitos de desempenho. Entre estas, o NE555N e o NE555P destacam-se devido às suas configurações de pinos idênticas, que simplificam a sua permutabilidade em vários circuitos sem exigir modificações substanciais

. Embora todos os circuitos integrados da família 555 partilhem a mesma pinagem, não partilham necessariamente as mesmas especificações.

Versões Bipolar e CMOS

Originalmente, o NE555 era um CI bipolar, utilizando transístores de junção bipolares (BJTs). Esta versão, tal como o NE555 IC, é conhecida pelo seu desempenho robusto, mas é menos adequada para aplicações de baixo consumo devido à sua maior dissipação de energia e picos de corrente

. Esta limitação levou ao desenvolvimento de versões CMOS do temporizador 555, como o TI TLC555 e o 7555. As variantes CMOS, que utilizam a tecnologia de semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS), oferecem vantagens significativas, incluindo uma maior tolerância da fonte de alimentação, requisitos de acionamento reduzidos e um consumo de corrente consideravelmente mais baixo em comparação com os seus equivalentes bipolares.

Variantes específicas e suas caraterísticas

1. NE555N e NE555P: Ambas as variantes apresentam uma arquitetura simples que requer um mínimo de componentes externos, o que facilita a sua integração e a resolução de problemas em circuitos electrónicos. Funcionam com uma vasta gama de tensões de alimentação (normalmente de 4,5 V a 18 V), o que permite a compatibilidade com uma variedade de sistemas electrónicos e fontes de alimentação. Além disso, estas variantes são conhecidas pela sua robustez e fiabilidade em diversas condições de funcionamento, incluindo variações de temperatura e flutuações da tensão de alimentação.
2. NA555, SE555 e NE555: Estas variantes demonstram uma gama de caraterísticas de funcionamento crucial para a conceção de circuitos. Por exemplo, o erro inicial do intervalo de temporização, medido a 25°C, é de 1% para o NE555, 1,5% para o SE555 e 0,5% para o NA555. O coeficiente de temperatura do intervalo de temporização também varia, com o NE555 a 50 ppm/°C, o SE555 a 100 ppm/°C e o NA555 a 30 ppm/°C.

Pacotes e adaptações modernas

Embora a versão em lata metálica do temporizador 555 já não esteja disponível, o pacote DIP-8 continua a ser utilizado. Além disso, foram introduzidos novos pacotes de montagem em superfície, até à escala de chip. Alguns fabricantes também criaram variantes simplificadas para reduzir a pinagem, respondendo a necessidades específicas de designs electrónicos modernos. Apesar destes avanços, o temporizador 555 continua a ser um componente versátil, com a opção de os entusiastas montarem versões personalizadas para aplicações únicas ou como projeto de aprendizagem

.

Comparação com outros temporizadores

O NE555P, desenvolvido pela Texas Instruments, é um temporizador altamente versátil e comummente utilizado no domínio da eletrónica de bricolage devido ao seu tamanho compacto, acessibilidade e aplicações multifacetadas

. Quando comparado com outros circuitos temporizadores, o NE555P destaca-se pela sua capacidade de funcionar em vários modos - monoestável, biestável e astável - cada um oferecendo caraterísticas e funcionalidades únicas que o tornam adequado para uma vasta gama de aplicações. No modo monoestável, o NE555P funciona como um temporizador de disparo único, produzindo um único impulso de corrente quando acionado. Este modo é frequentemente utilizado para gerar atrasos de tempo precisos, como desligar um LED exatamente 5 segundos após premir um botão. Em contrapartida, o seu modo astável permite uma oscilação contínua, tornando-o adequado para gerar sinais de relógio, modulação de frequência e sinais de modulação de largura de impulsos (PWM) para controlo de motores. O modo biestável, por outro lado, é usado para aplicações de alternância em que a saída precisa alternar entre dois estados. Outros temporizadores, como os divisores de década 4017B e 4020B, oferecem capacidades de temporização alargadas, mas requerem frequentemente configurações mais complexas e componentes adicionais. Por exemplo, um circuito prático de temporizador de saída de relé pode ser criado utilizando uma combinação do temporizador 555 e do divisor de 14 estágios 4020B, permitindo atrasos de tempo que variam de um minuto a 100 minutos. Para atrasos ainda mais longos, até 20 horas, o 4017B pode ser integrado entre a saída do 555 e a entrada do 4020B para obter um rácio de divisão global de 81.920. Estas configurações realçam a flexibilidade e o alcance do temporizador 555 em projectos de temporizadores mais elaborados. Além disso, o NE555P é particularmente apreciado pela sua facilidade de utilização na criação de circuitos básicos de temporização que consistem num circuito de carga resistor-capacitor (RC), um comparador e uma unidade de saída. O tempo de carga do condensador, controlado pela resistência, é fundamental para determinar os intervalos de temporização, e esta simplicidade torna-o uma escolha acessível tanto para principiantes como para utilizadores avançados.

Limitações técnicas

Apesar da utilização generalizada e da versatilidade do NE555P, este possui algumas limitações técnicas. Uma limitação notável é o facto de nem todas as funções serem levadas para os pinos em algumas variantes, como o chip 558, que foi concebido principalmente para aplicações de multivibradores monoestáveis

. Além disso, embora o NE555P ofereça um desempenho fiável e estável, o seu processamento de produção não inclui necessariamente o teste de todos os parâmetros. Este facto pode ser particularmente importante para aplicações que exijam um teste preciso e exaustivo dos parâmetros. A Texas Instruments salienta que os produtos estão em conformidade com as especificações de acordo com os termos da sua garantia padrão e que nem todos os parâmetros podem ser testados na produção. Outra limitação está relacionada com os tipos de pacotes disponíveis. O NE555 foi inicialmente concebido com uma configuração de 9 pinos, mas foi posteriormente revisto para um pacote de 8 pinos, o que pode afetar as escolhas de design e a integração para aplicações específicas. Para aplicações críticas, aconselha-se os utilizadores a estarem cientes destas limitações e a verificarem as folhas de dados mais recentes e os dados de produção para obterem informações actualizadas sobre testes de parâmetros e conformidade.

Implementações notáveis

O temporizador 555, inventado por Hans Camenzind em 1971 enquanto trabalhava com a Signetics, tem sido amplamente utilizado em vários domínios, desde produtos comerciais a projectos de amadores. O design inicial era tão robusto e versátil que se manteve praticamente inalterado durante mais de 40 anos, tornando-o num dos designs mais duradouros da história

. Uma das primeiras e mais famosas implementações do temporizador 555 foi no computador Commodore 64, onde foi utilizado em aplicações de temporização e controlo. Para além da informática, o temporizador 555 encontrou aplicações em brinquedos e até em naves espaciais, demonstrando a sua fiabilidade e versatilidade em ambientes diversos e exigentes. A tecnologia bipolar original do 555 não necessitava de proteção contra radiações, apenas de testes rigorosos, para se qualificar para missões espaciais. O temporizador 555 funciona em três modos principais: monoestável (one-shot), astável (oscilador) e biestável (flip-flop), que estão na base da sua vasta gama de aplicações. Estes modos permitem que o temporizador 555 seja utilizado em funções de temporização, geração de impulsos e oscilação em inúmeros circuitos. A sua facilidade de utilização, fiabilidade e simplicidade tornaram-no um elemento básico na indústria eletrónica, com folhas de dados detalhadas prontamente disponíveis para variantes como o NE555N e o NE555P. Embora os produtos comerciais modernos tenham substituído largamente o temporizador 555 por projectos de Sistema em Chip (SoC) para reduzir o número de componentes e o custo, o temporizador 555 continua a ser popular na comunidade de amadores. A sua acessibilidade e integração simples em circuitos electrónicos fazem dele um componente de eleição para os entusiastas da eletrónica de bricolage. A popularidade duradoura do temporizador 555 é uma prova do seu design engenhoso e do impacto de longo alcance das suas aplicações.