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Temporizadores integrados 555

Resumen: Diodo rectificador. Diodo zener. Diodo LED. El Rele. Descripción. Funcionamiento del NE 555. Estructura interna. Comparadores. Flip-top (biestable RS). Divisor de tensión. Transistores. Etapa de salida. Características generales. Aplicaciones. El Multivibrador Astable con el Ne555. Multivibrador Monoestable. Montaje y prueba del multivibrador monoestable. Funcionamiento del Multivibrador Biestable con el Ne555.(V)
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Autor: Mabel Gonzales Urmachea

Índice

  1. Introducción
  2. Conocimientos previos
  3. Estructura interna
  4. Aplicaciones
  5. Conclusiones
  6. Bibliografía

     

1.Introducción

Ante la necesidad de obtener circuitos generadores de pulsos,multivibradores (temporizadores) se crearon circuitos basados en amplificadoresoperacionales en distintas aplicaciones.

Sin embargo en 1972 la compañía Signetics introdujo en elmercado un nuevo componente, que no solo cumplía con estas necesidades, sinoque mejoraba los resultados obtenidos por los circuitos basados enamplificadores operacionales en muchos aspectos.

Hoy en día el 555 sigue siendo un componente básico en laconstrucción de circuitos multivibradores, generadores de pulsos, divisores defrecuencia ...

La principal ventaja del 555 radica en que consiguetemporizaciones más precisas. Además, al ser un circuito integrado reduce el númerode conexiones a la vez que el precio, factor que todo ingeniero debe tener encuenta a la hora del diseño.

CONOCIMIENTOS PREVIOS:

-Diodo rectificador:

El diodo rectificador esta constido por una union PN simple,de modo que la corriente solo puede atrvesarlo en un sentido, de anodo (+) acatodo (-); si se polariza inversamente circula una pequeña corriente de fugasdespreciable en la mayoria de los casos. Se puede polarizar directa einversamente: en la polarizacion directael positivo de la bateria esta conectadoal anodo del diodo y en la inversa, mientras que en la inversa se conecta alcatodo.

Si la tension aplicada es directa el diodo conduce, mientrasque si la tension es inversa, solo circula una pequeña corriente de fugas. Paralos valores de intensidad habituales, la tension en bornes del diodo es de unos0.7V, pasando a 1.1V para una corriente de 1 amperio.

-Diodo zener:

Si preparamos una union PN de modo que trabaje enpolarizacion inversa, nos encontramos con que a partir de una cierta intensidadla caida de tension es connstante.

Asi pues un diodo zener devera polarizarse siempreinversamente, esto es, con el positivo conectado al catodo (-) del diodo.

No se diferencia de los diodos rectificadores mas que por sutamaño que es mas pequeño.

La tension de zener (Vz) depennde de la construccion delcomponente, Asi podemos encontrar ceners en el mercado de diversas tensiones,desde 0,7V hasta 100V sin ningun tipo de escala de valores normalizados.

-Diodo LED:

Un tipo muy particular de unión PN preparada de tal maneraque al circular una intensidad desprende energía luminosa; a estos diodos seles denomina diodos emisores de luz o LED abreviadamente.

Se polarizan directamente, de anodo a catodo. Soportatensiones inversas medias y es posible modularlo en frecuencia. En la mayoríade los casos, la caída de tension en el diodo led suele oscilar entre 1.7V y2.2V, sugiriéndose intensidad de funcionamiento del orden de los 10mA.

-El rele:

Es un componente electromagnetico de interconexion entrecircuitos de control y circuitos a controlar.

Un rele consiste en una bobina arrollada sobre un soportemetalico de modo que, al circular por las espiras de la bobina una ciertacorriente, provoca la atraccion de una lamina sobre el soporte metalico queactivada unos contactos electricos asociados.

Debemos conocer dos prametros basicos.

-Bobina: tension de alimentacion y consumo.

-Contactos: corriente maxima admisible

Descripción

El circuito integrado 555 presenta varios tipos deencapsulado :

     

  1. 8 patillas en MINIDIP en plástico
  2. Cápsula DIP de 14 patillas
  3. Encapsulado metálico TO-99

     

Estando las dos últimas casi en desuso (a lo largo de la prácticausaremos el DIP 8 patillas).

Funcionamiento del NE 555:

La tensión de funcionamiento del 555 va de 5V a 20V.Interiormente, en la patilla 8 va conectado un divisor de tensión mediante 3resistencias.

La patilla 6 es una de las importantes, sale del comparadorsuperior y cuando la tension de referencia, en la patilla 6, sea mayor a dostercios de Vcc, entonces este comienza a funcionar llegando al flip flop ysacando un uno, donde llega a un transistor que en este momento actua como uninterruptor cerrado y tambien llega a la salida invirtiendo esta señal queentra y transformandola en 0.

La patilla 5 es la entrada negativa del comparador superior.

La patilla 2 es la entrada negativa del comparador inferior,cuando este tiene una tensión de referencia inferior a un tercio de Vcc,entonces el comparador inferior empieza a funcionar, dando un impulso al flipflop saliendo de el un 0, entonces llega al transistor que al no llegar tensióna la

base de este, funciona como interruptor cerrado, y llegando ala salida que invirtiéndolo saca un 1 ósea vcc.

La patilla 1 va directamente a masa.

La patilla 7 es la de descarga del condensador.

La patilla 3 es la salida.

La patilla 4 es el reset.

La patilla 8 es +VCC.

 ESTRUCTURA INTERNA

La circuitería interna del 555 según NationalSemiconductors, es la siguiente:

El diagrama de conexión es el siguiente:

· Comparadores :

Ofrecen a su salida dos estados perfectamente diferenciados(alto y bajo)en función de las tensiones aplicadas a sus entradas(+ y -), detal forma que :

si V(+)>V(-), la salida toma un nivel alto

si V(+)<V(-), la salida toma un nivel bajo

No se contempla el caso V(+)=V(-), ya que una muy puqueñavariación entre ambas haces que la salida adopte el nivel determinado por elsentido de dicha variación.

· Flip-flop (biestable RS) :

Su funcionamiento responde al de cualquier biestable,ofreciendo dos estados permanentes.Presenta dos entradas de activación R y S ,que condicionan su salida Q :

Si R pasa de nivel bajo a alto, hace que el biestable pase anivel bajo.Si S pasa de nivel bajo a alto, el biestable pasa a nivel alto. Elpaso de R o S de estado alto a bajo no influye al biestable

· Divisor de tensión :

Está formado por tres resistencias iguales (valores típicos :5kW). Su comportamiento caracteriza el estado de los comparadores. Sitúa 1/3Vcc enla entrada no inversora del comparador I, y 2/3 Vcc en la inversora delcomparador II.

· Transistores :

T1 descarga el condensador que se colocará externamente.

T2 se encarga de resetear el flip-flop, poniéndolo a nivelalto independientemente de los niveles de R y S.

· Etapa de salida :

La etapa de salida suele tener la siguiente forma :

Vin=0 ÞVout=1

Vin=1 ÞVout=0

La patilla 5 "control" permite variar los nivelesde comparación a valores distintos de los fijados por el divisor de tensión,lo que aumenta la versatilidad del circuito. En caso de no utilizar estaposibilidad es recomendable utilizar un condensador (valor típico : 0.01 mF) que aumenta la inmunidad al ruido y disminuye el rizado de las tensiones decomparación.

Características generales

· Elevada estabilidad térmica :variación del orden de 0.005 por 100ºC.

· El 555 se alimentaentre +Vcc y masa (no +Vcc y -Vcc como estamos acostumbrados). El margen detensiones se sitúa entre 4.5 y 18V, lo que le permite ser compatible contecnología digital TTL, CMOS ...

· Corriente de salida dehasta 200 mA tanto entregada como absorbida, lo que en muchos casos hacenecesario el uso de circuitos exteriores para excitar a la carga.

· Impedancia de salidabaja. Zout@10W .

· Es un componente de rápidarespuesta que puede trabajar a frecuencias mayores de 500 kHz. Con tiempo desubida y bajada del orden de 100 ns, independientemente de la tensión desalida.

2.APLICACIONES :

2.1 El Multivibrador Astable Con El Ne555:

A continuación, se muestra el circuito para que el 555funcione en modo astable:

Este circuito funciona solo aplicándole una +Vcc sinnecesidad de ningún impulso. Cuando se le aplique la alimentación el circuitoen la salida nos alterna de nivel alto a nivel bajo continuamente y con unafrecuencia constante que le dan los componentes externos del circuito.

Cuando se le aplica la tensión de alimentación la salidanos da primero nivel alto por que los dos comparadores están conectados juntosy en el punto donde están conectados la tensión es inferior a 1/3 +Vcc y porlo tanto se activara el comparador inferior dando nivel alto a la salida ypermaneciendo TR14 en corte permitiendo la carga de C1 por medio de las 2resistencias. R1a, R1b y C1 están en serie formando un divisor de tensión, lapatilla 7 esta conectada entre las dos resistencias y los comparadores estánconectados entre R1b y C1 por lo tanto C1 se ira cargando y al llegar a 2/3 de+Vcc y se activara el comparador superior y la salida cambiara de estado pasandoa nivel bajo y permanecerá en este estado hasta que el condensador descienda a1/3 de +Vcc. Al activarse anteriormente el comparador superior TR14 secomportara como un interruptor cerrado y C1 podrá descargarse por R1b por ellono se descarga instantáneamente y por ello también es que al cargarse pormedio de 2 resistencias y descargarse por una sola esta mas tiempo cargándoseque descargándose y esto se refleja en la salida permaneciendo mas tiempo anivel alto que a nivel bajo. Así permanecerá sucesivamente mientras tenga unatensión de alimentación.

PROCEDIMIENTO:

Primeramente analizaremos el Funcionamiento del circuito,primero veremos si esta trabajando en alguna de las configuraciones demultivibrador que hemos visto en las practicas anteriores, después procederemosa analizar el Funcionamiento y misión que desempeña cada uno de loscomponentes restantes del circuito, hasta que lleguemos ala conclusión de lautilidad concreta del circuito.

Una vez aclarado el Funcionamiento y la utilidad del circuitopasaremos a hacer el diseño de la placa de circuito impreso y el montaje sobrela misma, con un tamaño lo mas reducido posible y un numero mínimo de pistas.

Una vez montado el circuito pasaremos a la comprobación delmismo, viendo si en realidad el circuito responde como habíamos previsto ytomaremos las medidas y sacaremos las formas de onda de los puntos clave.

ESQUEMA:

FUNCIONAMIENTO:

Este circuito actúa como un detector de fallo de red, alproducirse un fallo de red sonara un zumbador en este caso esta sustituido porel diodo led D5.

Al conectar el circuito inmediatamente se enciende el led D2y transcurrido unos segundos se apaga y se enciende el led D1 y se activa labobina del relé haciendo que sus contactos cambien de posición así C4 secargara inmediatamente, y el circuito permanecerá en este estadoindefinidamente hasta que se produzca un fallo de red, en este momento el led D1se apagara y al mismo tiempo el relé cambiara de posición y el condensador C4se descargara por medio de R5 y D5 el cual es un led y se encenderá si no serestablece la red D5 durara encendido lo que tarde C4 en descargarse pero sienseguida se restablece el D2 se encenderá durante unos segundos, transcurridoeste periodo se apagara y se encenderá D1 y el relé cambiara de posiciónrecobrando la carga perdida.

El 555 se comporta como un monoestable de tal manera que alconectar el circuito inmediatamente da a la salida nivel alto y se enciende D2,a la entrada del comparador inferior tiene un condensador C1, una resitencia R1y un potenciometro P1 que detectan el fallo de red, P1 nos marca la sensibilidadde detección por que por el se descargara C1 en cada fallo de red, a la entradadel comparador superior tenemos una R2 y un C2 que determinan el tiempo queestará el circuito en nivel alto, el zener nos varia la tensión de referenciaque tienen los comparadores siendo esta de 5V para el comparador superior y de2.5V para el comparador inferior, al pasar el C2 de 5V se activa el comparadorsuperior y en la salida tenemos nivel bajo y el circuito permanece en esteestado hasta que se produzca un fallo de red en el cual si C1 se descarga amenos de 2.5V activara el comparador inferior y a la salida tendremos nivel altoy El D2 encendido durante el tiempo que tarde C2 en llegar a 5V, en este momentose activara el comparador superior y en la salida tendremos nivel bajo y el D1encendido en lugar del D2.

DISEÑO:

VISTA DE COMPONENTES VISTA DE PISTAS

 MATERIAL UTILIZADO:

-Resistencias: R1=4K7

R2=470K+470K+560K

R3=470 -Osciloescopio.

R4=470 -Potenciometro: P1=5K.

R5=470 -Fuente de alimentación.

-Condensadores: C1=470 F -Estaño.

C2=10 F -Soldador.

C3=100n -Placa de baquelita.

C4=1000 F -trasferibles.

-Integrados: IC1=NE555

-Rele: Rel=12V/320

-Diodos: D1=D2=D5=diodos LED.

D3=Dz5V1.

D4=1N4001.

MEDIDAS:

P1 max

P1 med

P1 min

Vcc

15V

0V

15V

0V

15V

0V

VC2

0 4.86V

0V

4.86V

0V

12.54V

0V

VC1

0 6.91V

0V

3.44V

0V

0V

0V

VZ

4.91V

0V

4.91V

0V

4.91V

0V

TC2

5S

5S

VC4

15V

0V

15V

0V

0V

0V

TC4

10S

10S

 

2.2Multivibrador Monoestable

Funcionamiento

Inicialmente el condensador está descargado. Para que estosea así T1 debe estar en saturación, para lo que a su vez es preciso que elbiestable esté en nivel alto (lo que implica que la salida está en nivelbajo).En terminal de disparo se coloca una señal mayor que 1/3 Vcc con lo queel comparador I se satura negativamente, es decir R=0.

· t(estal que si C está cargado , le dá tiempo a descargarse, por lo tanto es mayorque el tiempo de descarga del condensador)Una vez Ue se hace menor que 1/3Vcc elcomparador II se satura positivamente .Entonces el flip-flop pasa a estado bajo,lo que provoca :

a)Vo=Vcc

b)T1 pasa a estar al corte, con lo que el condensador se comienza a cargar a través de R.

· tEneste intervalo C se sigue cargando hasta alcanzar un valor mayor que Vcc, locual no produce ningún cambio.

· tLatensión del condensador alcanza 2/3 Vcc y el comparador I se saturapositivamente, lo cual hace que el biestable pase a estado alto.Esto implica :

a)Vo en nivel bajo

       

    1. T1 pasa a saturación

       

El condensador se descarga a través de T1 y el comparador Ise satura negativamente con lo que el circuito se sitúa en las condiciones departida a la espera de un nuevo impulso que haga repetirse el ciclo.

· Temporización

El tiempo característico del monoestable está relacionadocon con el periodo de carga del condensador,que a su vez depende únicamente delos componentes externos :

Montaje y prueba del multivibrador monoestable

Para excitar al monoestable utilizamos un generador de bajafrecuencia, a una frecuencia de 100Hz y con una tensión de pico de 5 voltiospara una onda cuadrada.

Entre la salida de este generador y la entrada del circuito,introducimos un conformador de impulsos con el fin de transformar la ondacuadrada en un tren de impulsos de corta duración y negativos para excitar almonoestable.

Además la salida del monoestable está conectada con el circuito astableutilizado en el apartado a)(10kHz)de la sección dedicada a estudiar laconfiguración astable del 555.

2.3.Funcionamiento Del Multivibrador Biestable Con El Ne555

Este circuito tiene dos estados estables en la salida: +Vcc y0v.

Consta de dos entradas y una sola entrada.

Inicialmente tenemos el circuito con la salida en nivel bajo,si pulsamos P1 enviamos un impulso al comparador inferior este impulso harábajar la tensión de referencia que tiene este comparador a menos tensión de1/3de +Vcc

enviando este comparador un impulso al flip flop, que nossacara un 0 que la salida nos invertirá teniendo +Vcc en la patilla 3 o salidadel 555, se quedara en este estado indefinidamente hasta que pulsemos P2, eneste momento enviamos un impulso al comparador superior, este impulso es mayorque la tensión de referencia de dicho comparador o sea mayor de 2/3 de +Vccentonces el flip flop se cambiara de estado dando un uno que la salida nosinvertirá sacando el circuito 0v, quedando en este estado indefinidamente hastaque volvamos a pulsar P1 volviendo a repetirse el proceso anterior.

R1 va conectada de +Vcc al comparador inferior así lomantiene a mas tensión de 1/3 de +Vcc y cuando pulsamos P1 que esta conectadoentre el comparador inferior y masa hacemos que dicho comparador tenga 0v deesta manera se conectara el comparador inferior.

R2 esta conectada al comparador superior y a masa manteniendoasí el comparador con menos tensión de +Vcc permaneciendo así desactivado, ycuando pulsamos P2, se activa por que P2 esta conectado a +Vcc lo que

provoca que se supere la tensión de referencia a mas de 2/3de +Vcc y enviara un impulso al flip flop.

 CONCLUSIONES

     

  1. El 555 es un integrado sumamente versátil, pudiendo serconfigurado para trabajar en un rango muy amplio de frecuencias y configuradocorrectamente, puede trabajar con ciclos de trabajo de casi 0% al 100%.
  2. Para aplicaciones que requieran de mayor precisión, una de las recomendaciones, es de utilizar condensadores de tantalio, para así evitar las corrientes de fuga características de los condensadores electrolíticos.
  3. Para medir las frecuencias de 1Hz, y 10Hz, no fue posible usar el osciloscopio o el multímetro, puestos que éstos instrumentos, no son capaces de medirlas. Para medir 1Hz, se utilizó un cronómetro externo, y para medir 10Hz, se utilizó el osciloscopio, pero la medición resultó dificultosa.
  4. Una de las grandes aplicaciones del 555, debido a que puede manejar 200 mA de salida, es la de generar tonos audibles, tal como una sirena.

BIBLIOGRAFIA

 

  1. Sistemas Digitales, Ronald Tocci, págs: 220-221.
  2. Curso Práctico de Electrónica Digital, editorial CEKIT, págs: 202-205.
  3. http://www.national.com - datasheet del 555
  4. http://www.onsemi.com -datasheets de los otros integrados.

 

Autor:
Mabel Gonzales Urmachea

mabelgonzalesu@hotmail.com

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