Este circuito controla a velocidade de um motor de corrente contínua de 12 V girando um botão: dois 555 geram pulsos de largura ajustável (PWM) e um MOSFET IRLZ44N liga e desliga o motor 900 vezes por segundo. Serve para ventoinha, bomba de aquário, furadeira de placa ou motor de brinquedo, até 2 A, sem esquentar nada. Nível intermediário: dois circuitos integrados e nenhum ajuste além do próprio botão.

Ele sai do datasheet do NE555 da Texas Instruments (SLFS022K, revisão de março de 2026): o clock é o astável da Figura 6-5, página 12, e o modulador é o circuito que a TI chama de “Pulse-Width Modulation”, Figura 7-3, página 15. A etapa de potência segue o datasheet do IRLZ44N da Infineon (PD-94831) e o do diodo 1N5822 da Vishay (documento 88526). O conhecido 555 sozinho com dois diodos e um potenciômetro ficou de fora: não está em documento de fabricante.

Conteúdo da Página

O que você vai precisar

Ref. Componente Valor Tolerância / potência / tensão Qtd.
U1, U2 Temporizador NE555 DIP-8 bipolar (NE555, não o TLC555) 2
Q1 MOSFET canal N IRLZ44N TO-220 55 V, 47 A, gate lógico 1
D1 Diodo Schottky 1N5822 DO-201AD 40 V, 3 A 1
RA1 Resistor 68 kΩ 5% — 1/4 W 1
RB1 Resistor 2,2 kΩ 5% — 1/4 W 1
RA2 Resistor 24 kΩ 1% — 1/4 W 1
R1 Resistor 240 Ω 5% — 1/4 W 1
R2 Resistor 120 Ω 5% — 1/4 W 1
R3 Resistor 100 Ω 5% — 1/4 W 1
R4 Resistor 100 kΩ 5% — 1/4 W 1
P1 Potenciômetro linear de painel 1 kΩ com botão; liga no borne J3 1
C1, C2 Capacitor de poliéster 22 nF 5%, 63 V (os dois iguais) 2
C3 Capacitor cerâmico 10 nF 50 V 1
C4, C6 Capacitor cerâmico 100 nF 50 V 2
C5 Capacitor eletrolítico 100 µF 25 V 1
J1, J2 Borne de 2 vias passo 5,08 mm entrada 12 V e motor 2
J3 Borne de 3 vias passo 5,08 mm para o potenciômetro 1

C1 e C2 definem a relação entre o clock e a largura do pulso: poliéster de 5% nos dois, do mesmo lote. Cerâmico de 20% aqui é o que faz o motor dar tranco no fim do curso.

MOSFET IRFZ44N em encapsulamento TO-220, com a aba metálica e os três terminais gate, dreno e source
Um IRFZ44N, irmão de gate padrão do IRLZ44N: mesmo encapsulamento TO-220 e mesma ordem de terminais (gate, dreno, source). Foto: Suyash Dwivedi, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 (redimensionada).

Como funciona

Estágio 1 — o clock (U1). O primeiro 555 é o astável da Figura 6-5: C1 carrega por RA1 + RB1 e descarrega só por RB1. Como RA1 é 31 vezes maior que RB1, a saída fica quase sempre em nível alto e desce por um pulso curtíssimo a cada ciclo, que dispara o segundo 555. Equações 2 e 4 do datasheet:

tL = 0,693 × RB1 × C1 = 0,693 × 2,2 kΩ × 22 nF = 33,5 µs
f = 1,44 / ((RA1 + 2·RB1) × C1) = 1,44 / (72,4 kΩ × 22 nF) = 904 Hz

Estágio 2 — o modulador (U2). O segundo 555 é um monoestável disparado por esse clock, com uma diferença: o pino 5 (CONT), referência do comparador de limiar, que normalmente fica em 2/3 da alimentação, recebe a tensão do potenciômetro. C2 carrega por RA2 a partir de zero e, quando chega à tensão do pino 5, a saída desce. Quanto mais alta a tensão do botão, mais largo o pulso:

tpulso = RA2 × C2 × ln( VCC / (VCC − V5) )
com o botão no meio (V5 = 5,70 V): 24 kΩ × 22 nF × ln(12 / 6,30) = 528 µs × 0,644 = 340 µs → duty cycle de 31%

Com V5 = 8 V a conta vira os conhecidos 1,1 × R × C = 581 µs do monoestável. O datasheet avisa que a relação não é linear (seção 7.2.2.1): o botão parece acelerar no fim do curso. R1 e R2 limitam a faixa do potenciômetro para que o pulso nunca passe do período do clock; se passasse, o monoestável pularia um disparo e o motor cairia pela metade de uma vez.

Estágio 3 — a potência (Q1 e D1). A saída do U2 vai ao gate do IRLZ44N por R3, que limita o pico de corrente do gate a uns 75 mA (o 555 fornece 200 mA). R4 segura o gate em zero enquanto os 555 acordam. O IRLZ44N é de gate lógico: pela tabela da Infineon, no máximo 25 mΩ com 5 V no gate e 22 mΩ com 10 V; com os cerca de 10,5 V da saída alta do 555 (queda típica de 1,7 V) ele está totalmente ligado. Com 2 A, a queda nele é de 44 mV e a dissipação fica abaixo de 0,1 W, sem dissipador.

D1 é o diodo de roda livre: quando o MOSFET desliga, a corrente que o motor insiste em manter circula por ele de volta ao +12 V, em vez de virar pico de tensão no dreno. É de 3 A porque, nas velocidades baixas, ele conduz a maior parte do tempo.

Esquema do controle PWM de motor DC: U1 NE555 astável como clock, U2 NE555 monoestável com potenciômetro no pino 5, MOSFET IRLZ44N e diodo 1N5822 em roda livre
Esquema redesenhado conforme a Figura 6-5 (astável) e a Figura 7-3 (“Pulse-Width Modulation”) do documento SLFS022K da Texas Instruments, com a etapa de potência pelo datasheet PD-94831 da Infineon.

O que a simulação mostrou

Rodamos o circuito no ngspice. O MOSFET usa o modelo SPICE publicado pela Infineon, conferido antes contra o datasheet: 17,8 mΩ com 10 V no gate (máximo 22) e 21,8 mΩ com 5 V (máximo 25); só o limiar de gate do modelo, 2,09 V, passa um pouco dos 2,0 V máximos, sem efeito com o gate acima de 10 V. O 555 é um modelo comportamental nosso, escrito a partir do SLFS022K, porque a TI não publica modelo SPICE do NE555.

O clock bateu: 914 Hz simulados contra 904 Hz calculados (1,1%), com o pulso baixo de 33,3 µs. O monoestável com o pino 5 em 8 V deu 579 µs contra 581 µs (0,3%). De ponta a ponta do potenciômetro, a largura do pulso seguiu a fórmula em todos os onze pontos (erro abaixo de 0,5%): duty cycle de 5,4% a 81%, tensão média no motor de 0,46 V a 9,76 V.

Gráficos da simulação: clock do U1, carga do capacitor C2 até a tensão do pino 5, pulsos no gate, corrente no motor e no diodo, e curvas de duty cycle e tensão média em função da posição do potenciômetro
À esquerda, as formas de onda com o botão no meio; à direita, o duty cycle e a tensão média no motor em cada posição do botão. O motor foi representado travado (6 Ω + 2 mH), o pior caso de corrente.

A placa de circuito impresso

A placa foi desenhada no KiCad a partir deste esquema, com os encapsulamentos reais da lista, em face única (70 × 54 mm), trilhas de 0,8 mm e folga de 0,4 mm, medidas que aguentam a transferência térmica em casa. As ligações foram conferidas pino a pino e o roteamento fechou sem ligação pendente e sem violação de folga. Só a ligação dos pinos 2 e 6 do U1 virou o jumper JP1, um fio rígido soldado por cima, marcado na serigrafia.

Placa do controle PWM com dois 555 e IRLZ44N vista de cima: serigrafia dos componentes e trilhas da face de baixo
Vista de cima: a serigrafia com a posição de cada componente e, em azul, as trilhas de cobre da face de baixo.
Lado do cobre da placa do controle PWM de motor com 555 e IRLZ44N
O lado do cobre, como você vê a placa virada. Para transferir, use o PDF em escala 1:1 abaixo.

Arquivos da placa:

Montagem

Ordem: os sete resistores, o jumper JP1, os capacitores pequenos, os dois 555 (ou soquetes), o diodo, o eletrolítico, os bornes e o MOSFET por último. Estanhe as trilhas do borne J2 ao dreno de Q1 e ao D1: levam a corrente do motor.

Polaridades. Os dois 555 têm o chanfro (pino 1) no furo quadrado da serigrafia. O D1 tem a faixa do cátodo no lado marcado “K”, que é o lado do +12 V: invertido, ele vira um curto cada vez que o MOSFET liga. O IRLZ44N, com a face marcada para você e a aba metálica para trás, tem gate, dreno e source da esquerda para a direita (datasheet, “Lead Assignments”); na placa, o gate é o furo quadrado.

Calor e curto. Nada precisa de dissipador até 2 A. A aba do IRLZ44N é o dreno, ou seja, o fio do motor: se parafusar um dissipador, isole-o. Alimente primeiro sem o motor, meça o pino 5 do U2 girando o botão e só depois ligue a carga.

Tensões esperadas

Multímetro em tensão contínua, ponteiro preto no negativo. Em sinal pulsado ele mostra a média, que é o que a tabela traz:

Ponto O que é Botão no mínimo Botão no meio Botão no máximo
U1 pinos 8 e 4 alimentação 12,0 V 12,0 V 12,0 V
U1 pino 5 2/3 da alimentação 8,0 V 8,0 V 8,0 V
U1 pino 3 clock (alto 97% do tempo) 10,5 V 10,5 V 10,5 V
U2 pino 5 tensão de controle (botão) 1,28 V 5,70 V 9,78 V
U2 pino 3 saída PWM (média) 0,58 V 3,3 V 8,7 V
Borne J2 tensão média no motor 0,46 V 3,6 V 9,8 V
— duty cycle 5,4% 31% 81%
— frequência 914 Hz (fórmula: 904 Hz)

Medido em simulação; na bancada aceite ±10%. A parte de controle consome perto de 28 mA: 10 mA típicos por 555 (tabela da TI, não da simulação) mais 8,8 mA da cadeia R1-P1-R2.

Onde costuma dar errado

  1. Diodo D1 invertido. O motor dá um estalo e o IRLZ44N esquenta em segundos: com o cátodo no dreno, o diodo curto-circuita a fonte toda vez que o MOSFET conduz. Faixa do cátodo no +12 V, sempre.
  2. Tranco e meia rotação no fim do curso. É o pulso do U2 ficando mais largo que o período do U1, que pula um disparo. Acontece com C1 e C2 de tolerância larga ou de lotes diferentes: troque por poliéster de 5% iguais, ou suba R1 para 270 Ω.
  3. Apito. A 900 Hz o motor canta, e é normal: é o clock passando pelas bobinas. Para tirar do ouvido, veja “Variações”.
  4. Ruído reiniciando os 555. As escovas geram picos que podem travar o PWM. C5 e C6 perto dos pinos 8 ajudam, os RESET estão amarrados ao +12 V e o fio do motor não deve passar por cima da placa.
  5. Alimentação. Não há proteção contra inversão: +12 V no borne errado destrói os dois 555. E o NE555 aguenta no máximo 18 V (máximos absolutos, página 4): para motor de 24 V, não serve sem um regulador para os CIs.

Variações

Veja também

Circuito do fabricante, conferido em simulação; se você montar, mande a foto para a Saber.

Se o que você quer é entender a placa inteira da bancada, e não um circuito de cada vez, o Mapa do Reparo é o nosso acervo de fichas de reparo, organizado por placa e por defeito.