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Circuito integrado 555 El 555 es un circuito integrado monolítico de bajo coste diseñado para realizar multivibradores astables y monoestables de una forma sencilla. Inicialmente fue desarrollado por la firma Signetics en 1972, siendo en la actualidad construido por otros muchos fabricantes.

Patillaje del 555

Está constituido por dos comparadores (CU y CD), una báscula SR, un transistor de descarga y una etapa de salida:

Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 Vcc para el primer comparador CU y en 1/3 V para el segundo comparador CD, por medio del divisor de tensión compuesto por 3 resistencias iguales de 5K entre Vcc y masa. Utilizar fracciones de Vcc en lugar de tensiones de referencia fijas hace que el valor de Vcc no influya en las temporizaciones. Así que en principio la temporización será la misma alimentado al 555, por ejemplo a 5 voltios que a 12 voltios. El 555 necesita resistencias y un condensador conectados externamente para realizar las temporizaciones. Existe una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455 con mejores prestaciones en cuanto a consumo. También hay un circuito integrado que se compone de dos temporizadores en una misma unidad, el 556.

Función de terminales Pat. 2. Disparo Es la entrada al comparador interno CD y pone la salida (pat. 3) a nivel alto cuando tiene una tensión aplicada por debajo de 1/3 de la tensión de alimentación. También pone en corte al transistor asociado a la patilla 7, "Descarga". Una vez disparado, la salida se mantiene a nivel alto aunque la tensión de esta patilla suba por encima de 1/3 Vcc. Tiene como misión iniciar la temporización.

Pat. 6. Umbral Es la entrada al comparador interno CU y pone la salida (pat. 3) a nivel bajo cuando tiene una tensión aplicada por encima de 2/3 de la tensión de alimentación. También pone en saturación al transistor asociado a la patilla 7, "Descarga". Una vez actúe, la salida se mantiene a nivel bajo aunque la tensión de esta patilla baje por debajo de 2/3 Vcc. Tiene como misión finalizar la temporización y permite descargar el condensador principal de temporización a través del transistor de la patilla "Descarga".

Pat 7. Descarga Se utiliza para descargar el condensador principal de temporización a través de un transistor NPN cuyo colector esta unido a esta patilla y que tiene el emisor a masa. Se descarga al condensador cuando la salida (pat. 3) está a nivel bajo.

Pat 3. Salida Es la salida invertida de la báscula RS interna a través de una etapa de salida. Se pone a nivel alto con "Disparo" y a nivel bajo con "Umbral". También se puede pasar a nivel bajo mediante la entrada "Reset". Esta salida puede llegar a proporcionar hasta 200 mA en la versión no CMOS.

Pat. 4.Reset Si se pone a un nivel bajo, pone la salida a nivel bajo. Si por no se va a utilizar hay que conectarla a Vcc para desactivarla.

Pat 5. Control de voltaje Si aplicamos una tensión a este terminal podemos modificar las tensiones de referencia de los comparadores. Así es posible modificar los tiempos. Cuando se utiliza al 555 como multivibrador astable, se puede conseguir que la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM) variando la tensión aplicada. Si esta patilla no se utiliza, se recomienda colocar un condensador de 10 nF entre esta patilla y masa para evitar interferencias.

Pat 8. Vcc y pat. 1, masa Permiten la alimentación del 555. Se permite un margen entre 4,5 voltios y 16 voltios.

Modos de funcionamiento del 555 El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, siendo las más importantes como multivibrador astable y como multivibrador monoestable.

Multivibrador astable Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada:

La salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y un nivel bajo por un tiempo T2. Los tiempos de duración dependen de los valores de R1 y R2 y C. • • • •

t1 = 0,693(R1+R2)C t2 = 0,693*R2*C T = t1+t2 = 0,693(R1+2*R2)C f = 1/T = 1,443/(R1+2*R2)C

Siendo R en Ohmios, C en Faradios y T en segundos o bien R en MOhmios, C en microFaradios y T en segundos. Ejemplo 1 • • • • • • •

R1 = 4K7 R2 = 2K2 C = 2,2 uF t1 = ? t2 = ? T=? f=?

t1 = 0,693(R1+R2)C = 0,693(4700+2200)*2,2*10e-6 F = 0,01051974 s = 10,51 ms t2 = 0,693*R2*C = 0,693*2200*2,2*10e-6 F = 0,00335412 s = 3,35 ms T = t1+t2 = 0,01051974 s + 0,00335412 s = 0,01387386 s = 13,87386 ms f = 1/T = 1/0,01387386 s = 72,07799 Hz Cálculo directo de T: T = 0,693(R1+2*R2)C = 0,693(4700 ohmios + 2*2200 ohmios)*2,2*10e-6 F = 0,01387386 s Cálculo directo de f: f = 1,443/(R1+2*R2)C = 1,443/(4700 ohmios + 2*2200 ohmios)*2,2*10e-6 F = 72,07792 Hz Téngase en cuenta que t1 será siempre mayor que t2, salvo que se coloque un diodo en paralelo a R2, con el ánodo en "Umbral" y el cátodo en "Descarga" para que así t1 dependa sólo de R1: •

t1 = 0,693(R1)C

No deben colocarse combinaciones de condensador C de gran valor y R2 pequeña para evitar que la corriente de descarga sea muy elevada y pueda destruir al transistor interno del terminal "Descarga". Si se colocan resistencias de elevado valor y un condensador electrólitico puede que este no se carge nunca dadas las corrientes de fuga elevadas de este tipo de condensadores. Ejemplo 2 Diseñar un multivibrador astable que proporcione un periodo variable desde 2 segundos a 0,1 segundos. En primer lugar habrá que colocar un potenciómetro P en serie con R2, de manera que: •

Potenciómetro al máximo: Tmax = 0,693[R1+2*(R2+P)]C

•

Potenciómetro al mínimo (0): Tmin = 0,693(R1+2*R2)C

Puesto que se desconoce el valor de C empezaremos considerando el conjunto R1+2*(R2+P) que llamaremos Rmax con un valor de 1Mohmio:

C = Tmax/0,693*Rmax = 2 s /0,693*1*10e6 ohmios = 2,88 uF Tomamos como valor comercial 2,7 uF, que será electrolítico de tántalo y recalculamos Rmax con C = 2,7 uF: Rmax = Tmax/0,693*C = 2 s /0,693*2,7*10e-6 F = 1068889,9577 ohmios Calculamos R1+2*R2, que llamaremos Rmin, cuando el periodo es mínimo: Rmin = Tmin/0,693*C = 0,1 s /0,693*2,7*10e-6 F = 53444,4979 ohmios Ahora sabemos: Rmax = R1+2*(R2+P) = 1068889,9577 ohmios Rmin = R1+2*R2 = 53444,4979 ohmios Le damos a R1 un valor de 1/4 de Rmin: R1 = 53444,4979 ohm / 4 = 13361,124475 ohm Cogemos R1 como 12K y hallamos R2 y P: 2*(R2+P) = Rmax - R1 = 1068889,9577 ohm - 12000 ohm = 1056889,9577 ohm 2*R2 = Rmin - R1 = 53444,4979 ohmios - 12000 ohm = 41444,4979 ohm 2*(R2+P) = 1056889,9577 ohm 2*R2 = 41444,4979 ohm R2 = 41444,4979 ohm / 2 = 20722,24895 ohm (tomaremos 22K) 2*(20722,24895 ohm + P) = 1056889,9577 ohm (20722,24895 ohm + P) = 1056889,9577 ohm / 2 P = (1056889,9577 ohm / 2) - 20722,24895 ohm = 507722,7299 ohm Tenemos finalmente: • • • •

R1 = 12K R2 = 22K P = 500K C = 2,7 uF

Recalculando: Potenciómetro al máximo (2 segundos):

Tmax = 0,693[R1+2*(R2+P)]C = 0,693[12000 ohm + 2*(22000 ohm + 500000 ohm)]*2,7*10e-6 = 1,9758816 s Potenciómetro al mínimo (0,1 segundos): Tmin = 0,693(R1+2*R2)C = 0,693(12000 ohm + 2*22000 ohm)*2,7*10e-6 = 0,1047816 s Dados los margenes de tolerancia de los valores de los componentes se dan estos valores como válidos.

Multivibrador monostable En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de una duración determinada T. La temporización comienza con un impulso de disparo a nivel bajo en el terminal "Disparo":

El tiempo de activación de la señal de disparo ha de ser menor que el de temporización. Mientras se mantenga a nivel bajo el disparo la salida será 0. Si se sesactiva el disparo antes de que termine la temporización, esta se realizará normalmete, pero si se mantiene mas tiempo, la salida será 0 hasta que se elimine la señal en disparo. Este monoestable es del tipo "no redisparable" es decir, un nuevo disparo no inicia de nuevo la temporización. Ejemplos de disparo y temporización T:

El tiempo que la salida esta a nivel alto es: t = 1,1*R*C Siendo R en Ohmios, C en Faradios y T en segundos o bien R en MOhmios, C en microFaradios y T en segundos. Ejemplo • • •

C = 12 uF T=5s R=?

R = t/1,1*C = 5s/1,1*12uF = 0,3788 Mohmio = 390Kohmios