Il timer NE555: come funziona, piedinatura e circuiti tipici
Com'è fatto dentro il 555, a cosa servono gli otto piedini e come si calcolano monostabile e astabile, con esempi numerici e consigli pratici.
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L’NE555 è probabilmente l’integrato più longevo dell’elettronica: progettato da Hans R. Camenzind nel 1970 e messo in commercio dalla Signetics nel 1971, viene prodotto ancora oggi in quantità enormi. Il motivo è semplice: con due resistori e un condensatore si ottiene un temporizzatore o un oscillatore stabile, economico e facile da calcolare.
In questa pagina vediamo com’è fatto dentro, a cosa servono gli otto piedini e come si dimensionano i due circuiti più usati, il monostabile e l’astabile.
Com’è fatto dentro
Il cuore del 555 è un partitore di tre resistori uguali da 5 kΩ (spesso si dice che il nome venga da qui, anche se lo stesso Camenzind raccontò che il numero fu scelto dalla Signetics) che fissa due tensioni di riferimento: 1/3 e 2/3 della tensione di alimentazione. Attorno al partitore ci sono:
- due comparatori: uno confronta il piedino TRIGGER con 1/3 di VCC, l’altro confronta il piedino THRESHOLD con 2/3 di VCC;
- un flip-flop SR, comandato dai due comparatori, che decide lo stato dell’uscita;
- un transistor di scarica collegato al piedino DISCHARGE, che va in conduzione quando l’uscita è bassa e serve a svuotare il condensatore di temporizzazione;
- uno stadio d’uscita in grado di erogare o assorbire fino a circa 200 mA nella versione bipolare.
In tutto la versione bipolare contiene una ventina di transistor, qualche diodo e una quindicina di resistori, chiusi normalmente in un contenitore DIP a 8 piedini o in versione SMD (SO-8).
La piedinatura
| Piedino | Nome | Funzione |
|---|---|---|
| 1 | GND | Massa |
| 2 | TRIGGER | Quando scende sotto 1/3 di VCC porta l’uscita alta e avvia il ciclo |
| 3 | OUTPUT | Uscita |
| 4 | RESET | Attivo basso: se portato a massa azzera tutto. Se non serve va collegato a VCC |
| 5 | CONTROL | Accesso diretto al riferimento dei 2/3: di solito si collega a massa con un condensatore da 10 nF |
| 6 | THRESHOLD | Quando supera 2/3 di VCC porta l’uscita bassa |
| 7 | DISCHARGE | Collettore aperto del transistor di scarica |
| 8 | VCC | Alimentazione: 4,5–16 V per l’NE555 bipolare |
Il monostabile: un impulso di durata fissa
Nel funzionamento monostabile il 555 resta a riposo con l’uscita bassa. Un breve impulso negativo sul TRIGGER porta l’uscita alta e spegne il transistor di scarica: il condensatore C comincia a caricarsi attraverso il resistore R. Quando la tensione su C raggiunge 2/3 di VCC, il comparatore di soglia resetta il flip-flop, l’uscita torna bassa e il condensatore viene scaricato. La durata dell’impulso vale:
T = 1,1 · R · C
Il fattore 1,1 viene da ln(3) ≈ 1,0986, perché il condensatore si carica da 0 a 2/3 della tensione finale. Con R = 100 kΩ e C = 10 µF si ottiene un impulso di circa 1,1 secondi. Il bello di questa formula è che non dipende dalla tensione di alimentazione: la precisione dipende quasi solo dalla tolleranza di R e C, per cui per tempi lunghi conviene usare condensatori a film o al tantalio invece degli elettrolitici, che hanno tolleranze e correnti di perdita elevate.
L’astabile: un oscillatore a onda quadra
Nell’astabile i piedini 2 e 6 sono collegati insieme al condensatore, e tra VCC, piedino 7 e condensatore ci sono due resistori, R1 e R2. Il condensatore si carica attraverso R1 + R2 fino a 2/3 di VCC, poi si scarica attraverso R2 (e il piedino 7) fino a 1/3 di VCC, e il ciclo ricomincia da solo. I tempi sono:
- uscita alta: tH = 0,693 · (R1 + R2) · C
- uscita bassa: tL = 0,693 · R2 · C
- frequenza: f = 1,44 / ((R1 + 2·R2) · C)
Un esempio: R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ, C = 100 nF danno tH ≈ 0,76 ms, tL ≈ 0,69 ms e una frequenza di circa 686 Hz, cioè un’onda quasi quadra (duty cycle del 52%).
Con questo schema il duty cycle è sempre maggiore del 50%, perché la carica passa per entrambi i resistori e la scarica solo per R2. Se serve un’onda simmetrica o un duty cycle più basso si aggiunge un diodo in parallelo a R2 (anodo verso il piedino 7): in carica la corrente passa solo per R1 e il diodo, in scarica solo per R2, e i due tempi si regolano in modo indipendente.
Il bistabile
Senza resistore e condensatore di temporizzazione il 555 diventa un semplice flip-flop: un impulso basso sul TRIGGER porta l’uscita alta, un impulso basso sul RESET la riporta bassa (con THRESHOLD collegato a massa). È il modo più economico per memorizzare lo stato di un pulsante, ad esempio per accendere e spegnere un carico con due tasti.
Varianti e consigli pratici
- NE556: due 555 nello stesso contenitore a 14 piedini. NE558: quattro temporizzatori con alcune differenze di funzionamento.
- Versioni CMOS (TLC555, ICM7555, LMC555): funzionano da 2–3 V, consumano pochi microampere a riposo e disturbano molto meno l’alimentazione, ma erogano meno corrente in uscita. Per circuiti a batteria sono quasi sempre la scelta giusta.
- Il 555 bipolare assorbe un picco di corrente a ogni commutazione: un condensatore da 100 nF vicino al piedino 8, più un elettrolitico da qualche microfarad, evita disturbi sul resto del circuito.
- Se il piedino 5 non si usa, il condensatore da 10 nF verso massa rende le soglie molto più stabili.
- Per un carico induttivo (relè, piccoli motori) serve sempre un diodo in antiparallelo sulla bobina.
Monostabile, astabile e bistabile sono la base di una quantità di circuiti: lampeggiatori, generatori di toni, ritardi all’accensione, modulatori PWM, rivelatori di impulsi mancanti. Una raccolta di schemi applicativi si trova nella pagina indicata qui sotto.
