• Categories
• Amplificador operacional
• Cantidades físicas
• Ingeniería Eléctrica
• Electricidad
• Electromagnetismo

Citation preview

2010 555 Timer/Oscillator Tutorial

Miguel Calisaya Arangoitia 05/01/2010

Signetics NE555N, the original 555 type oscillator, in a dual-in-line plastic package, manufactured in 1978 (work week 28) Photographed by de:User:Stefan506, on October 2, 2005

EL TEMPORIZADOR 555 Recopilación de diferentes fuentes: Miguel Calisaya I. INTRODUCCIÓN El CI temporizador 555 se presentó por primera vez alrededor de 1971 por Signetics Corporation como SE555/NE555 y se llamó "The IC Time Machine" y fue también el primer y único IC temporizador comercial disponible. Proporciona a los diseñadores de circuitos y “hobby tinkerers” un circuito integrado relativamente barato, estable y fácil de utilizar para las dos aplicaciones, astable y monoestable. Desde que este dispositivo estuvo disponible Signetics NE555N, the original 555 type oscillator, in a dual- comercialmente por primera in-line plastic package, manufactured in 1978 (work week vez, una miriada de nuevos y 28). Photographed by de:User:Stefan506, on October 2, 2005 únicos y circuitos se han desarrollado y presentado en varias publicaciones comerciales, profesionales y para aficionados. Los últimos diez años, algunos fabricantes han dejado de hacer estas temporizadores debido a la competencia u otra índole. Sin embargo, otras empresas, como NTE (una subdivisión de Philips), volvió a hacerlo. Después de cerca de 40 años sigue siendo muy popular y utilizado en muchos esquemas. Prácticamente cada fabricante de circuitos integrados tiene su propia versión del “555”, Según el fabricante recibe una designación distinta, tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque generalmente se lo conoce como "el 555"o “NE555”. En este tutorial te mostraré qué es exactamente el temporizador 555 y cómo usarlo adecuadamente por sí solo o en combinación con otros dispositivos de estado sólido sin la exigencia de una licenciatura en ingeniería.

II. PRESENTACIONES Como se muestra en la en la fig. 1 y fig. 2, el 555 viene en dos paquetes, ya sea en el círculo metálico denominado empaque «T» o el más familiar empaque DIP 'V' de 8-pines. Hace de 20 años se puede decir que el tipo hecho de metal era casi el estándar.

El 555 esta compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistencias encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se compone de dos temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 30 pines.

There are several different types of 555 timers. The LM555 from National is the most common one these days, in my opinion. The Exar XR-L555 timer is a micropower version of the standard 555 offering a direct, pin-for-pin (also called plug-compatible) substitute device with an advantage of a lower power operation. It is capable of operation of a wider range of positive supply voltage from as low as 2.7volt minimum up to 18 volts maximum. At a supply voltage of +5V, the L555 will typically dissipate of about 900 microwatts, making it ideally suitable for battery operated circuits. The internal schematic of the L555 is very much similar to the standard 555 but with additional features like 'current spiking' filtering, lower output

drive

capability,

higher

nodal

impedances,

and

better

noise

reduction

system.

Maxim's ICM7555, and Sanyo's LC7555 models are a low-power, general purpose CMOS design version of the standard 555, also with a direct pin-for-pin compatibility with the regular 555. It's advantages are very low timing/bias currents, low power-dissipation operation and an even wider voltage supply range of as low as 2.0 volts to 18 volts. At 5 volts the 7555 will dissipate about 400 microwatts, making it also very suitable for battery operation. The internal schematic of the 7555 (not shown) is however totally different from the normal 555 version because of the different design process with cmos technology. It has much higher input impedances than the standard bipolar transistors used. The cmos version removes essentially any timing component restraints related to timer bias currents, allowing resistances as high as practical to be used. This very versatile version should be considered where a wide range of timing is desired, as well as low power operation and low current sync'ing appears to be important in the particular design. A couple years after Intersil, Texas Instruments came on the market with another cmos variation called the LINCMOS (LINear CMOS) or Turbo 555. In general, different manufacturers for the cmos 555's reduced the current from 10mA to 100µA while the supply voltage minimum was reduced to about 2 volts, making it an ideal type for 3v applications. The cmos version is the choice for battery powered circuits. However, the negative side for the cmos 555's is the reduced output current, both for sync and source, but this problem can be solved by adding a amplifier transistor on the output if so required. For comparison, the regular 555 can easily deliver a 200mA output versus 5 to 50mA for the 7555. On the workbench the regular 555 reached a limited output frequency of 180Khz while the 7555 easily surpassed the 1.1Mhz mark and the TLC555 stopped at about 2.4Mhz. Components used were 1% Resistors and low-leakage capacitors, supply voltage used was 10volt. En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. III. CARACTERÍSTICAS Este Circuito Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados, un dispositivo barato con el cual pueden hacer muchos proyectos. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada (A.M.) El 555 está constituido por una combinación de comparadores lineales, Flip-Flops (básculas digitales), transistor de descarga y excitador de salida. El circuito integrado 555 es un microcircuito de tiempo que tiene las siguientes características:

 La fuente de alimentación puede tener un rango que va desde 4.5 Volts hasta 16 Volts de CD . Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.  El suministro de corriente de 3 a 6 mA, También puede soportar un poco más

 La corriente actual, cuando la salida es "high", es normalmente de un 1 mili-

  

  

amperio (mA) o menos. La precisión inicial del temporizador monoestable es normalmente, entre el 1% de su valor calculado, y exposiciones insignificantes (0,1% / V) por la tensión de alimentación. De este modo a largo plazo las variaciones de alimentación pueden ser ignorados. La variación de temperatura es sólo 50ppm / ° C (0,005% / ° C). La corriente máxima de salida es de 200 mA cuando la terminal (3) de salida se encuentra conectada directamente a tierra. Los retardos de tiempo de ascenso y descenso son idénticos y tienen un valor de 100 nseg. Los valores de las resistencias R1 y R2 conectadas exteriormente van desde 1 ohms hasta 100 kohms para obtener una corrimiento de temperatura de 0.5% a 1% de error en la precisión, el valor máximo a utilizarse en la suma de las dos resistencias es de 20 Mohms. La corriente en Threshold determina el valor máximo de R1 + R2. Para una operación de 15 voltios la resistencia máxima total para R (Ra1 + R1) es de 20 Mega-ohm. El valor del capacitor externo contiene únicamente las limitaciones proporcionadas por su fabricante. La temperatura máxima que soporta cuando se están soldando sus terminales es de 330 centígrados durante 19 segundos. La disipación de potencia o transferencia de energía que se pierde en la terminal de salida por medio de calor es de 600 mW.

Algunas de las características menos deseables del 555 son alta corriente de suministro, alta corriente de disparo, las transiciones de salida doble, y la incapacidad de funcionar con voltajes de alimentación muy bajo. Estos problemas se han subsanado en una colección de CMOS sucesores. Frecuentemente, al cambiar el estado de sus salidas, tanto el NE555 como el NE556 producen un significante consumo sobre la fuente de alimentación, que si bien generalmente no acarrea ningún inconveniente, suele provocar algunos dolores de cabeza en circuitos más complejos. En estos casos, basta con agregar en nuestro diseño un capacitor cerámico de unos 100 µF entre los pines de alimentación del circuito integrado, lo más cerca posible del mismo. Una advertencia acerca del chip temporizador 555: el 555, junto con algunos IC temporizadores, genera una gran falla de suministro (alrededor de 150 mA) durante cada transición de salida. Asegúrese de utilizar un fuerte capacitor de paso por las conexiones de alimentación cerca del chip. Y aun así, el 555 puede tener una tendencia a generar transiciones de la salida doble.

IV. ESTRUCTURA INTERNA DEL TEMPOORIZADOR 555

Dentro del temporizador 555, en la fig. 3, hay el equivalente de más de 20 transistores, 15 resistencias, y 2 diodos, dependiendo del fabricante. El circuito equivalente, en diagrama de bloques, muestra las funciones de control, disparo, nivel de percepción o de comparación, la descarga y potencia de salida.

Como se puede ver en la figura, consta básicamente de dos amplificadores operacionales que están conectados como un comparador de tensión, cuyas entradas se corresponden a los pines 5 (CONTROL), 6 (“THRESHOLD” o “umbral”) y 2 (“TRIGGER” o “disparo”). Las salidas de estos operacionales se encuentran conectadas internamente a las entradas R y S de un bistable RS, del que se utiliza su salida negada Q a través de un transistor y de una compuerta NOT. La salida a través de la compuerta esta conectada al pin 3 “OUTPUT” (salida) y puede manejar corrientes máximas de 200mA, mas que suficientes para la gran mayoría de las aplicaciones. La salida del colector del transistor que tiene su base conectada al biestable se utiliza para descargar el condensador de temporización. También podemos ver en las entradas de los operacionales una red de tres resistencias iguales, utilizadas para fijar los niveles de referencia en la entrada inversora del primer operacional, y en la no inversora del segundo operacional, a 2/3 y 1/3 respectivamente de la tensión de alimentación. Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V para el primer comparador C1 y en 1/3 V para el segundo comparador C2, por medio del divisor de tensión compuesto por 3 resistencias iguales R. Cuando la tensión en el pin 6 (umbral o THRESHOLD) supera los 2/3 de la tensión de alimentación, su salida pasa a nivel lógico "1", que se aplica a la entrada R del biestable, con lo cual su salida negada, la utilizada en este caso, pasa a nivel "1", saturando el transistor y comenzando la descarga del condensador, al mismo tiempo, la salida del 555 pasa a nivel "0". La impedancia de la entrada THRESHOLD es de al menos 10 megohms. Analizando el otro amplificador operacional, podemos ver que si la tensión aplicada a la entrada inversora (el terminal de disparo o TRIGGER), desciende por debajo de 1/3 de la tensión de alimentación, la salida de este operacional pasa a nivel alto, que se aplica al terminal de entrada S del biestable RS, con lo que su salida se pone a nivel bajo, el transistor de descarga deja de conducir y la salida del 555 pasa a nivel lógico alto. La impedancia del terminal TRIGGER es mayor a 2 megohms. La entrada CONTROL se puede ajustar para fijar el nivel de umbral (THRESHOLD), aunque habitualmente no se la utiliza y se la deja conectada a 0V, pudiendo hacerlo a través de un capacitor de 0.01 µF si el “ruido” eléctrico es un problema, aunque generalmente no es necesario. Por ultimo, el terminal RESET del biestable es accesible desde el exterior del NE555 a través del pin 4, que se activa poniéndolo a 0 voltios y se puede utilizar para poner a nivel bajo la salida del 555 en cualquier momento, sin importar el valor de sus entradas. Cuando no se utiliza el RESET, este pin se debe conectar a +V. Los pines 1 y 8 son los que permiten alimentar al chip, correspondiendo el ultimo a +V. Distribución de pines del temporizador 555 1 – Tierra: masa (GND). Esta comúnmente conectado al polo negativo de la fuente de alimentación, generalmente tierra. 2 - Disparo: Entrada de disparo (Trigger). Es la entrada del circuito. Por ella se introducen las señales para excitarlo. Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo,

si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pin es la entrada al comparador inferior y se utiliza para establecer el disparo, que a su vez provoca que la salida pase a “alta”. Este es el comienzo de la secuencia de tiempo en operación monoestable. El disparo se logra colocando el pin a un nivel de tensión de 1 / 3 V + (o, en general, la mitad de tensión de la que aparece en el pin 5). La acción de la entrada del disparador es sensitivo, permite lentos cambios de onda así como de pulsos para ser utilizados como fuentes de disparo. Una de las precauciones que deben observarse con la señal de entrada de disparo es que no debe mantenerse por debajo de 1 / 3 + V para un período de tiempo más largo que el ciclo de temporización. Si se permite que esto suceda, el temporizador se disparará al término del primer pulso de salida. Así, cuando el temporizador está usado en el modo monoestable con pulsos de entrada más largo que el ancho de pulso de salida deseada, el disparador debe reducirse por diferenciación. El mínimo de ancho de pulso permisible depende del nivel de pulso, pero en general si es mayor que el 1US (micro-segundo)el disparo será confiable. Una segunda precaución con respecto al tiempo de disparo de entrada se refiere a almacenamiento en la parte baja de comparación. Esta parte del circuito normal puede exhibir a su vez retrasos de varios microsegundos después de la provocación, es decir, el cierre aún puede tener una entrada de disparo para este período de tiempo después del pulso de disparo. En la práctica, esto significa que el mínimo ancho de pulso monoestable de salida debe estar en el orden de 10uS para prevenir un posible doble disparo debido a este efecto. El rango de que se puede aplicar tensión de manera segura al pin Trigger es entre V + y tierra. Una corriente dc, también debe fluir desde este terminal en el circuito externo. Esta corriente es típicamente 500nA (nano-amperios) y se define el límite máximo permisible de resistencia del pin 2 a tierra. Para una operación de configuración astable en V + = 5 voltios, esta resistencia es de 3 mega-ohm, puede ser mayor para los más altos niveles de V +. 3 - Salida: (Output). Cuando está activada proporciona una tensión aproximadamente igual a la de alimentación. Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya sea que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla # 4 (reset). Los niveles de saturación de salida exacta varía marcadamente con la tensión de alimentación para los estados de alta y baja. En 5 voltios de V+, por ejemplo, el estado bajo VCE (sat) es típicamente 0,25 voltios a 5 mA. A15 voltios de funcionamiento, sin embargo, puede bajar a 100mA si una salida de nivel de baja tensión de 2 voltios es admisible (disipación de energía deben ser considerados en tal caso, por supuesto). El nivel del estado alto es típicamente 3,3 voltios a V + = 5 voltios, 13,3 voltios a V + = 15 voltios. Tanto los tiempos de alto y bajo de la onda de salida son bastante rápidas, con tiempos de conmutación de 100nS. El estado de la terminal de salida siempre reflejan la inversa del estado lógico de la compuerta, y este hecho puede ser visto por el examen de la figura. 3. Esta relación puede ser mejor explicada en términos de cierre de las condiciones de disparo de entrada. Para activar la salida a una condición de alta, la entrada del disparador está momentáneamente de un superior a un nivel inferior. [ver "Pin 2 - Trigger"]. Esto hace que el pestillo a ser ajustado y que la

salida vayan a alto. Actuación de la parte baja de comparación es la única manera en que la salida se puede colocar en el estado alto. La salida puede ser devuelto a un estado de baja, haciendo que el umbral pase de un menor a un nivel superior [véase "Pin 6 - Umbral"], que restablece el pestillo. La salida también se pueden hacer para ir bajo ejerciendo el restablecimiento de un estado de baja cerca de tierra [véase "Pin 4 - Reset"]. 4 - Reestablecer: (Reset). Permite la interrupción del ciclo de trabajo. Cuando no se usa se conecta al positivo de la alimentación. Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee". Este pin se utiliza también para restablecer el pestillo y devolver el pin ouput (salida) a un estado de baja. El restablecimiento a un nivel de tensión de 0,7 voltios, y una e corriente de 0.1 mA de este PIN es necesario para resetear el dispositivo. Estos niveles son relativamente independientes del nivel de funcionamiento V +, por tanto, la entrada de reset es compatible con TTL para cualquier tensión de alimentación. La entrada de reset es una función primordial, es decir, que obligará a la salida a un estado de baja, independientemente del estado de cualquiera de las otras entradas. Por lo tanto, se puede utilizar para poner fin a un pulso de salida antes de tiempo, detener las oscilaciones desde “on" a "off", etc. El tiempo de retardo de restablecer la salida es típicamente del orden de 0.5 nosotros, y la mínima anchura de pulso reset es de 0,5 uS . Ninguna de estas cifras está garantizada, sin embargo, y puede variar de un fabricante a otro. Cuando no se utiliza, se recomienda que la entrada de reset estar vinculada a V + para evitar cualquier posibilidad de resestear falsa. 5 - Control de voltaje: Tensión de Control (Control Voltage). Esta tensión debe ser 1/3 de la de alimentación. Cuando no se usa, se debe conectar un condensador de 10nF entre este y tierra. Cuando el temporizador 555 se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la practica como Vcc-1 voltio) hasta casi 0 V (en la practica aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la patilla # 3 esta en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al 555). Este PIN permite el acceso directo punto divisor de tensión de los 2 / 3 V +, el nivel de referencia para el comparador superior y el acceso indirecto comparador inferior. El uso de este terminal es opción del usuario, pero permite una extrema flexibilidad al permitir la modificación del período de tiempo, de un reajuste de la comparación, etc.. Cuando el temporizador 555 se usa en un modo controlado por voltaje, su tensión controlada por rangos de operación de alrededor de 1 voltio menor al V + hasta 2 voltios de la tierra (aunque esto no está garantizado). Tensiones fuera de estos límites pueden aplicarse sin peligro, sino que debe limitarse dentro de los límites de V + y GND por motivos de fiabilidad. En el caso que el pin de control de tensión no se utilice, se recomienda que se conecte con un capacitor de unos 0.01uF (10nF) para la inmunidad a la distorsión ya que es una entrada de comparación. El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración

astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias 6 - Umbral: Umbral (Threshold). Esta tensión debe ser 2/3 de la de alimentación. Permite finalizar el ciclo de trabajo. Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo. Pin 6 es una entrada para el comparador superior (el otro es pin 5) y se utiliza para restablecer el pestillo, lo que provoca que la salida vaya a nivel bajo. El reestablecimiento a través de este terminal se lleva a cabo cambiando el voltaje del terminal de bajo hacia alto, a un nivel de tensión de 2 / 3 V + (la tensión normal en el pin 5). La acción de este Terminal es el nivel de sensibilidad, permitiendo cambios a ritmo lento de onda. El rango de tensión seguro que se puede aplicar a la clavija de umbral varía entre V + y tierra. Una corriente continua también debe fluir en este terminal desde el circuito externo. Esta corriente es típicamente 100nA, y definirá el límite superior de la resistencia a los totales admisibles de la patilla 6 a V +. Para cualquier configuración de funcionamiento a V + = 5 voltios, esta resistencia es de 16 Mega-ohmios. 7 - Descarga: Descarga (Discharge). En este pin se conecta el condensador exterior que fija la duración de la temporización. Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. En algunas aplicaciones puede utilizarse como un terminal de salida auxiliar, with currentsinking capability similar to the output (pin 3). 8 - V+: Alimentación (V+ o Vcc). Conexión de la alimentación de 4,5 a 16v, respecto de masa. También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo).y se especifica para el funcionamiento de +5 V y + 15 voltios. El funcionamiento del dispositivo será esencialmente el mismo en toda esta gama de voltajes sin cambio en el período de tiempo. En realidad, la diferencia operativa más importante es la capacidad de tracción en la salida, lo que aumenta tanto para rango de corriente y tensión, cuando la tensión de alimentación es mayor. La sensibilidad de intervalo de tiempo para cambiar el voltaje de suministro es baja, normalmente 0,1% por voltios. En el caso del NE556, el diagrama se encuentra duplicado, y cada terminal tiene en su nombre el postfijo “A” o “B” según corresponda a uno u otro de los dos NE555 que se albergan en su interior. La única salvedad es la de los pines 7 y 14, utilizados para alimentar el integrado y que no se encuentran repetidos. The only difference between the single 555, dual 556, and quad 558 (both 14-pin types), is the common power rail. For the rest everything remains the same as the single version, 8-pin 555.

Pin-out del NE555.

El NE556, dos NE555 en una misma cápsula.

IV. FUNCIONAMIENTO.

Try the simple 555 testingcircuit of Fig. 5. to get you going, and test all your 555 timer ic's. I build several for friends and family. I bring my own tester to ham-fests and what not to instantly do a check and see if they are oscillating. Or use as a trouble shooter in 555 based circuits. This tester will quickly tell you if the timer is functional or not. Although not foolproof, it will tell if the 555 is shorted or oscillating. If both Led's are flashing the timer is most likely in good working order. If one or both Led's are either off or on solid the timer is defective. Simple huh? El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los mas importantes están: multivibrador astable y como multivibrador monoestable

4.1. Multivibrador monoestable In the one-shot mode, the 555 acts like a monostable multivibrator. Un circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un solo estado: el nivel bajo o apagado. Fig. 9a

shows the basic circuit of the 555 connected as a monostable multivibrator. . One immediate observation is the extreme simplicity of this circuit. Only two components to make up a timer, a capacitor and a resistor. An external RC network is connected between the supply voltage and ground. The junction of the resistor and capacitor is connected to the threshold input which is the input to the upper comparator. The internal discharge transistor is also connected to the junction of the resistor and the capacitor. An input trigger pulse is applied to the trigger input, which is the input to the lower comparator. El circuito monoestable se caracteriza por el modo de conexión de la patilla 2, Disparo, la cual debe permanecer en nivel alto (mientras sucede esto, la salida patilla 3, permanecerá a nivel bajo), hasta el momento de empezar la temporización. Hemos de hacer notar que la patilla de disparo debe ser repuesta a su nivel alto, antes de terminar la temporización, si se quiere ampliar el retardo, para evitar disparos fortuitos que variarían el tiempo previsto.

Notice how the monostable continues to output its pulse regardless of the inputs swing back up. That is because the output is only triggered by the input pulse, the output actually depends on the capacitor charge.

For noise immunity maybe a capacitor on pin 5. Due to the internal latching mechanism of the 555, the timer will always time-out once triggered, regardless of any subsequent noise (such as bounce) on the input trigger (pin 2). This is a great asset in interfacing the 555 with

noisy sources. Just in case you don't know what 'bounce' is: bounce is a type of fast, short term noise caused by a switch, relay, etc. and then picked up by the input pin. With that circuit configuration, the control flip-flop is initially reset. Therefore, the output voltage is near zero volts. The signal from the control flip-flop causes T1 to conduct and act as a short circuit across the external capacitor. For that reason, the capacitor cannot charge. During that time, the input to the upper comparator is near zero volts causing the comparator output to keep the control flip-flop reset. Si conectamos el NE555 de manera que se comporte como un monoestable (figura 1), su salida permanecerá en estado bajo, salvo en el momento en que reciba una señal en su pin TRIGGER, en cuyo caso la salida pasara a nivel alto durante un tiempo T, determinado por los valores de R1 y C1, de acuerdo a la formula de la figura 2, donde el periodo T se expresa en segundos, R1 en ohms y la capacidad de C1 en faradios. In this application, the duration of the output pulse in seconds is approximately equal to: T = 1.1 x R x C (in seconds)

Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.

Figura 4

Al presionar el pulsador identificado como “trigger”, la salida del Ne555 pasara a estado alto, the capacitor now begins to charge through the external resistor, hasta que transcurra el tiempo fijado por el valor de R1 y C1 o hasta que se presione el pulsador “reset” (lo que ocurra primero). En general, no se desea interrumpir el periodo en que el integrado tiene su salida en nivel alto, por lo que el pulsador conectado al RESET puede no ser necesario. As soon as the charge on the capacitor equal 2/3 of the supply voltage, the upper comparator triggers and resets the control flip-flop. That terminates the output pulse which switches back to zero. At this time, T1 again conducts thereby discharging the capacitor. If a negative-going pulse is applied to the reset input while the output pulse is high, it will be terminated immediately as that pulse will reset the flip-flop. In other words, the monostable circuit generates a single pulse of a fixed time duration each time it receives and input trigger pulse. Thus the name one-shot. One-shot multivibrators are used for turning some circuit or external component on or off for a specific length of time. It is also used to generate delays. When multiple one-shots are cascaded, a variety of sequential timing pulses can be generated. Those pulses will allow you to time and sequence a number of related operations. Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los 10 minutos) se deben utilizar capacitares electrolíticos, y estos presentan fugas que afectan su confiabilidad, es que tenemos que recordar en el momento de hacer nuestros diseños que pueden ser posibles errores de hasta un 20% en los tiempos determinados por R1 y C1. Es importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que no transcurra el tiempo T (o se resetee el temporizador) cualquier actividad en el TRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado alto de la salida será ignorado. En algunos casos puede ser deseable que el circuito efectúe un reset automáticamente al ser conectado a la alimentación, o bien que se auto dispare al encender el dispositivo. En estos casos, se puede utilizar un circuito como el que vemos en la figura 3, y que conectaremos al pin RESET o TRIGGER según corresponda. Depending upon the values of external resistance and capacitance used, the output timing pulse may be adjusted from approximately one millisecond to as high as on hundred seconds. For time intervals less than approximately 1-millisecond, it is recommended that standard logic one-shots designed for narrow pulses be used instead of a 555 timer. IC timers are normally used where long output pulses are required. The output pulse width is defined by the above formula and with relatively few restrictions, timing components R(t) and C(t) can have a wide range of values. There is actually no theoretical upper limit on T (output pulse width), only practical ones. The lower limit is 10uS. You may consider the range of T to be 10uS to infinity, bounded only by R and C limits. Special R(t) and C(t) techniques allow for timing periods of days, weeks, and even months if so desired.

However, a reasonable lower limit for R(t) is in the order of about 10Kilo ohm, mainly from the standpoint of power economy. (Although R(t) can be lower that 10K without harm, there is no need for this from the standpoint of achieving a short pulse width.) A practical minimum for C(t) is about 95pF; below this the stray effects of capacitance become noticeable, limiting accuracy and predictability. Since it is obvious that the product of these two minimums yields a T that is less the 10uS, there is much flexibility in the selection of R(t) and C(t). Usually C(t) is selected first to minimize size (and expense); then R(t) is chosen. The upper limit for R(t) is in the order of about 15 Mega ohm but should be less than this if all the accuracy of which the 555 is capable is to be achieved. The absolute upper limit of R(t) is determined by the threshold current plus the discharge leakage when the operating voltage is +5 volt. For example, with a threshold plus leakage current of 120nA, this gives a maximum value of 14M for R(t) (very optimistic value). Also, if the C(t) leakage current is such that the sum of the threshold current and the leakage current is in excess of 120 nA the circuit will never time-out because the upper threshold voltage will not be reached. Therefore, it is good practice to select a value for R(t) so that, with a voltage drop of 1/3 V+ across it, the value should be 100 times more, if practical. So, it should be obvious that the real limit to be placed on C(t) is its leakage, not it's capacitance value, since larger-value capacitors have higher leakages as a fact of life. Lowleakage types, like tantalum or NPO, are available and preferred for long timing periods. Sometimes input trigger source conditions can exist that will necessitate some type of signal conditioning to ensure compatibility with the triggering requirements of the 555. This can be achieved by adding another capacitor, one or two resistors and a small signal diode to the input to form a pulse differentiator to shorten the input trigger pulse to a width less than 10uS (in general, less than T). Their values and criterion are not critical; the main one is that the width of the resulting differentiated pulse (after C) should be less than the desired output pulse for the period of time it is below the 1/3 V+ trigger level. El circuito como se menciona, puede utilizarse tanto para el encendido como para el apagado de un diodo led o una lámpara, así mismo mediante un relé, se puede poner en marcha o parar un motor. En las figuras, se pueden cambiar el diodo led, por un relé para dotar si es necesaria de mayor potencia a la salida. En el caso de necesitar encender el led durante un tiempo previsto, dicho led se conectará entre la salida, patilla 3 y la masa o negativo, permaneciendo encendido hasta transcurrido el tiempo establecido desde el impulso de disparo, figura 6, un pulso de puesta a cero (PAC) en el reset reiniciará el retardo. Una posible aplicación de seguridad, emitir una señal de alarma durante un período de tiempo desde que se da la señal corte, hasta que baja la cuchilla de la cizalla, evitando así accidentes laborales.

Fig. 6 En el segundo caso, o sea, necesitamos que el led, permanezca apagado durante un tiempo desde que se aprieta un pulsador y permanezca apagado hasta que vuelva a pulsarse. En este caso se conectará el led entre el Vcc de la alimentación y la patilla 3 de salida, ver figura 7. Una aplicación sería que no se abra la puerta del garaje hasta que se le de la señal y pasado ese tiempo se cierre de nuevo hasta la siguiente señal de apertura.

Fig. 7 Estos son dos ejemplos bastante corrientes y que pueden ponerse en práctica en cualquier momento por parte del alumno o del profesional en las labores habituales con total seguridad. Estos son dos ejemplos bastante corrientes y que pueden ponerse en práctica en cualquier momento por parte del alumno o del profesional en las labores habituales con total seguridad.

4.2. Operación como Astable o Multivibrador Astable The other basic operational mode of the 555 is as and astable multivibrator, también llamado redisparable. An astable multivibrator is simply and oscillator. En esta configuración, el circuito produce en su pin de salida OUTPUT a continuous stream of rectangular off-on pulses that switch between two voltage levels (una onda cuadrada), con una amplitud igual a la tensión de alimentación. La duración de los periodos alto y bajo de la señal de salida pueden ser diferentes. The frequency of the pulses and their duty cycle are dependent upon the RC network values. El nombre de “astable” proviene de la característica de esta configuración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados lógicos, si no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T.

En la figura podemos ver el esquema de conexión del NE555 para ser utilizado como oscilador astable. Solamente tres componentes adicionales bastan para determinar el periodo T de la señal de salida, y la relación de tiempos T1 y Ts. Un cuarto componente, el capacitor de 0.01 µF solamente se utiliza para evitar el ruido en el terminal de control.

Configuracion como astable.

Valores tipicos de R y C.

Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de la señal, Figure 9b shows the 555 connected as an astable multivibrator. Both the trigger and threshold inputs (pins 2 and 6) to the two comparators are connected together and to the external capacitor, uniendo sus terminales 2 y 6, el circuito se auto dispara y trabaja como multivibrador. The capacitor charges toward the supply voltage through the two resistors, R1 and R2. The discharge pin (7) connected to the internal transistor is connected to the junction of those two resistors. When power is first applied to the circuit, the capacitor will be uncharged, therefore, both the trigger and threshold inputs will be near zero volts (see Fig. 10). The lower comparator sets the control flip-flop causing the output to switch high. That also turns off transistor T1. That allows the capacitor to begin charging through R1 and R2. As soon as the charge on the capacitor reaches 2/3 of the supply voltage, the upper comparator will trigger causing the flipflop to reset. That causes the output to switch low. Transistor T1 also conducts. The effect of T1 conducting causes resistor R2 to be connected across the external capacitor. Resistor R2 is effectively connected to ground through internal transistor T1. The result of that is that the capacitor now begins to discharge through R2. As soon as the voltage across the capacitor reaches 1/3 of the supply voltage, the lower comparator is triggered. That again causes the control flip-flop to set and the output to go

high. Transistor T1 cuts off and again the capacitor begins to charge. That cycle continues to repeat with the capacitor alternately charging and discharging, as the comparators cause the flip-flop to be repeatedly set and reset. The resulting output is a continuous stream of rectangular pulses. The time duration between pulses is known as the 'period' (el periodo de tiempo T de la señal de salida), usually designated with a 't', es igual al la suma de los tiempos en estado alto y bajo. The pulse is on (o estado alto) for t1 seconds (Tm por “Mark time” en ingles), then off (o estado bajo) for t2 seconds (Ts por “Space time). The total period (t) is t1 + t2 (see fig. 10). En general, en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro, utilizaremos la frecuencia F de la señal de salida, igual a 1/T. That time interval is related to the frequency by the familiar relationship: f = 1/T or T = 1/f T = t1 + t2 Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de la señal, de acuerdo con las siguientes formulas: T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 F = 1.4 / ((R1 + 2R2) × C1) = 1/(.693 x C x (R1 + 2 x R2)) Donde el periodo T se expresa en segundos, la frecuencia F en Hertz. los valores de R1 y R2 en ohms y la capacidad de C1 en faradios. You can calculate t1 and t2 times with the formulas below: t1 = .693(R1+R2)C = 0.7 × (R1 + R2) × C1 t2 = .693 x R2 x C = 0.7 × R2 × C1 The time intervals for the on and off portions of the output depend upon the values of R1 and R2. The ratio of the time duration when the output pulse is high to the total (la relación marcaespacio Tm y Ts, o t1/T) period is known as the duty-cycle. The duty-cycle can be calculated with the formula: D = t1/t = (R1 + R2) / (R1 + 2R2) El “duty cycle” es muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de corriente continua, el brillo de una lámpara, etc. Como se deduce de las fórmulas, en los casos que t1 y t2 necesiten ser iguales (duty cycle del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1. Al momento de diseñar nuestro propio oscilador astable utilizando NE555 debemos elegir primero el valor de C1, que es el que determinara el rango de frecuencias a utilizar (ver la

figura 2), luego el valor de R2, considerando que R2 = 0.7 / F x C1 Y por ultimo R1, generalmente de un 10% del valor de R2, salvo que necesitemos tiempos t1 y t2 muy diferentes entre si. En aquellos casos que queramos hacer la frecuencia de salida variable, la mejor opción es reemplazar a R2 por un potenciómetro del valor adecuado y una resistencia de al menos 1000 ohms en serie con el (para evitar que en un extremo del potenciómetro el valor de R2 sea cero). The 555, when connected as shown in Fig. 9b, can produce duty-cycles in the range of approximately 55 to 95%. A duty-cycle of 80% means that the output pulse is on or high for 80% of the total period. The duty-cycle can be adjusted by varying the values of R1 and R2. Duty Cycle Como veíamos antes, el NE555 utilizado como oscilador astable permite el control de dispositivos como motores o lámparas mediante una técnica conocida como PWM (Pulse Wide Modulation) o Modulación por Ancho de Pulso. Dado que es tan utilizada, merece que veamos algunas características mas asociadas a ella. La señal presente en el pin 3 se repite continuamente, a menos que se fuerce la salida a 0 V mediante el terminal RESET (conectándolo a una tensión menor a 0.7V). Una baja frecuencia de oscilación puede ser utilizada para hacer destellar un LED, y una frecuencia un poco mas alta (mayor a 20 Hz. aunque menor a los 20KHz.) se puede emplear para hacer sonar un parlante o buzzer conectado al pin 3 y de esta manera construir una alarma audible fácilmente. Volviendo al control PWM, la relación entre t1 y t2 generalmente se expresa como un porcentaje. Si este porcentaje debe ser es igual o mayor al 50%, utilizamos el circuito de la figura 1, como vimos antes, y las formulas de la figura 2 nos permiten calcular exactamente su porcentaje. En el caso de que la relación deba ser menor al 50%, se debe agregar un diodo tipo 1N4148 en paralelo con R2, como se ve en la figura 3, para permitir la circulación de corriente durante el periodo T1. En este caso, el valor de T1 y T2 dependen únicamente de R1 y C1 como se ve a continuación: T1 = 0.7 × R1 × C1 T2 = 0.7 × R2 × C1 Duty Cycle (con diodo) = T1 / (T1 + T2) o R1 / (R1 + R2)

Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.

Applications: There are literally thousands of different ways that the 555 can be used in electronic circuits. In almost every case, however, the basic circuit is either a one-shot or an astable. The application usually requires a specific pulse time duration, operation frequency, and dutycycle. Additional components may have to be connected to the 555 to interface the device to external circuits or devices. In the remainder of this experiment, you will build both the oneshot and astable circuits and learn about some of the different kinds of applications that can be implemented. Furthermore, the last page of this document contains 555 examples which you can build and experiment with.

Multivibrador monoestable con salida normalmente baja. Temporizador de escalera. En este montaje del 555 lo que ocurre es que la salida de la patilla 3 en normalmente baja (0 V) y cuando introducimos un pulso negativo en la patilla 2 (la ponemos a tierra, gracias a un pulsador) conseguimos que la salida 3 pase a un nivel alto durante un tiempo que esta determinado por el valor de R1 y C1. Para realizar el circuito se podría haber colocado un relé a la salida pero para mejorar el diseño henos utilizado el circuito integrado MOC 3011 que es un triac accionado por un led interno lo que permite aislar el circuito de control (555) del de potencia que controla el Triac BT137. El patillaje del Triac es el siguiente:

Astable con Timer 555

Vamos a realizar un experimento con uno de los circuitos mas conocidos, el 555. En este experimento utilizaremos el esquema básico recomendado por el fabricante, pero con algunas modificaciones que nos permitirán controlar de manera independiente la duración de los pulsos altos y bajos que se repetirán periódicamente. Funcionamiento

Circuito fabricante Si comparamos nuestro circuito con el recomendado por el fabricante, veremos que RA corresponde con nuestra R1 y RB con R3 para la carga del condensador C3 y también con R4 para la descarga de este mismo. La corriente se encamina para la descarga y carga de C3 gracias a los diodos D1 y D2 que conducirán o no, dependiendo de la polarización que se de en ese momento. Podemos calcular el tiempo que la salida (pin 3 Q) permanece a nivel alto con la siguiente

formula: T1 = 0,7 x (R1 + R3) x C3 Y para calcular el tiempo que la salida (pin 3 Q) permanece a nivel bajo: T2 = 0,7 x R4 x C3 Con estas dos formulas podremos deducir para que los dos tiempos, T1 y T2 tengan la misma duración, se debe cumplir la siguiente igualdad: R1 + R3 = R4 Como en todos los diseños, hay que tener en cuenta, que estas formulas son aproximadas y se deben poner en practica. Esto se debe a las características internas de los componentes utilizados y a las tolerancias admitidas en la fabricación. La salida de nuestro circuito es el pin 3 al cual conectaremos directamente un diodo LED con su resistencia limitadora. C2 evita variaciones en la entrada de modulación del circuito, haciendo más estable el funcionamiento del mismo. C1 es de filtrado de alimentación y el Reset del 555 (pin 4 R) debe conectarse a nivel alto para que no actúe. Lista de Componentes C1 C2 C3

= 22nF (Condensador) = 22nF (Condensador) = 10µF (Condensador, Electro., 16v)

D1 D2

= 1N4148 (Diodo Rectificador) = 1N4148 (Diodo Rectificador)

LED1

= (Diodo LED)

R1 R2 R3 R4

= 1k8 (Resistencia, 0,25W) = 1k8 (Resistencia, 0,25W) = 47k (Resistencia, 0,25W) = 330k (Resistencia, 0,25W)

U1

= 555 (Timer, 555)

Experimentos con CI 555 Procedimiento 1. Construya el circuito monoestable de la figura 1, donde el valor de Rt es 330 de Ct es 18 µF. 2. Conecte el terminal S1 del trabajo de pruebas: (Power Ace 102) al terminal marcado "D" en el esquematico. Cambie S1 de 0 a 1 y luego de 1 a 0. Observe, en ambos casos ocurre a la salida. ¿Cual transicion produce cambio en la salida?. ¿Cuanto tiempo permanece encendido el LED?. ¿Como compara con lo que predicen las ecuaciones?

Figura1: Circuito monoestable construido con el LM555. 3. Cambie la resistencia Rt de 330K por una de 660K. ¿Cual es el nuevo intervalo tiempo? ¿Funciona como es debido? J.S.R. 4. Cambie el condensador por uno de 150 µF manteniendo la resistencia Rt en 660. El estado alto deberia durar cerca de 1.8 minutos. ¿Que sucede? 5. Regrese Rt a su valor original de 330K y Ct a su valor de 18 micro faradios. Conecte la fuente externa al terminal. Observe que sucede con la duracion del estado alto cuando el voltaje de la fuente es de 4V y de 2V. ¿Por que sucede esto?

6. Ahora va a construir el circuito de la figura 2. Notará que no hace falta señal externa para disparo. Ya que es generado por el voltaje del condensador Ct.

Figura 2: Multivibrador astable construido con el LM 555 Ahora no tenemos al LED como carga debido a que no se notara cambio apreciable en la intensidad de (por que?). 3. Conecte el osciloscopio a la salida y dibuje el oscilograma desplegado. Preparacion : En su casa prepare el diseño de tres circuitos que generen las formas de onda mostradas en las furas de la 3 a la 5 dentro de un 10 % de tolerancia. Piense en la forma en que va a probarlos. Es posible que necesite la modifición de la figura 6 para conseguir una de ellas.

Figura 3: Onda # 1

Figura 4: Onda # 2

Figura 5: Onda # 3

Figura 6: Circuito modificado para separar los pasos de carga y descarga

EXPERIMENTACIÓN CON EL 555 Required Parts: In addition to a breadboard and a DC powersupply with a voltage in the 5 to 12 volt range, you will need the following components: 555 timer, LED, 2-inch /8 ohm loudspeaker, 150ohm 1/4 watt resistor, two 10K ohm 1/4 resistors, two 1-Mega ohm 1/2 watt resistors, 10 Mega ohm 1/4 watt resistor, 0.1 µF capacitor, and a 0.68µF capacitor. Experimental steps:

This circuit is resetable by grounding pin 4, so be sure to have an extra wire at pin 4 ready to test that feature.

1. On your breadboard, wire the one-shot circuit as shown in figure 11. 2. Apply power to the circuit. If you have a standard 5 volt logic supply, use it for convenience. You may use any voltage between 5 and 15 volts with a 555 timer. You can also run the circuit from battery power. A standard 9-volt battery will work perfectly. With the power connected, note the status of the LED: is it on or off? ________________ 3. Connect a short piece of hook-up wire to the trigger input line on pin 2. Momentarily, touch that wire to ground. Remove it quickly. That will create a pulse at the trigger input. Note and record the state of LED: _____________________ 4. Continue to observe the LED and note any change in the output state after a period of time. What is the state? ______________ 5. When you trigger the one-shot, time the duration of the output pulse with a stopwatch or the seconds hand on your watch. To do that, the instant that you trigger the one-shot by touching the wire to ground, immediately start your stopwatch or make note of the seconds hand on your watch. Trigger the one-shot and time the output pulse. Write in the approximate value of the pulse-duration: ______________________ 6. Using the values of external resistor and capacitor values in Fig. 11 and the time interval formula for a one-shot, calculate the output-pulse duration.

What is your value? _____________________ 7. Compare your calculated and timed values of output pulses. Explain any discrepancies between your calculated and measured values. Answer: _________________________________________________ 8. Connect a short piece of hook-up wire to pin 4. You will use that as a reset. 9. Trigger the one-shot as indicated previously. Then immediately touch the reset wire from pin 4 to ground. Note the LED result: _____________ 10. With a DC voltmeter, measure the output voltage at pin 3 during the one shot's off and on states. What are your values? OFF: __________ volts ON: ___________ volts. 11. Replace the 10 MegOhm resistor with a 1 MegOhm resistor and repeat steps 5 and 6. Record your timed and calculated results: Timed: ________ seconds Calculated: _________seconds

If you want to get fancy, after you've completed the experiment you can replace the resistors with potentiometers to build a variable function generator and play with that to learn more. To automate the 'RESET' pin, you can connect this pin directly to the positive of pin 8. (Thanks Bob).

12. Next you will experiment with astable circuits. First, rewire the circuit so it appears as shown in Fig. 12. 13. Apply power to the circuit and observe the LED. What is happening? Answer: ____________________________________________________ 14. Replace the 10 MegOhm resistor with a 1 MegOhm resistor. Again observe the LED. Is the frequency higher or lower? _________________ 15. Using the formula given in the tutorial, calculate the oscillation frequency using R1 as 10 MegOhm, and again with R1 as 1 MegOhm, and again with R1 as 10 MegOhm. R2 is 1 MegOhm in both cases. Record your freq's: f = _____________ Hz (R1 = 10 MegOhm) f = _____________ Hz (R1 = 1 MegOhm)

16. Calculate the period, t1 and t2, and the duty-cycle for each resistor value: 10 MegOhm: t = ___________ t1 = ____________ t2 = ____________ 1 MegOhm: t = ___________ t1 = ____________ t2= ____________

Monitoring the timer with a speaker can be amusing if you switch capacitors or resistors to make an organ.

17. Rewire the circuit making R1 and R2 10,000 ohms (10K) and C equal to 0.1µF. Use the same circuit in Fig. 12. But, replace the LED and its resistor with a speaker and capacitor as shown in Fig. 13. 18. Apply power to the circuit and note the result: ______________________ 19. Calculate the frequency of the circuit: f = ____________________ Hz 20. If you have an oscilloscope, monitor the output voltage on pin 3. Disconnect the speaker and note the output. Also, observe the capacitor charge and discharge at pin 6 or 2: _____________________________ Review of steps 1 through 20: The circuit you built for those steps was a one-shot multi-vibrator. The circuit is similar to that described in the tutorial. The trigger input is held high with a 10,000 ohm resistor. When you bring pin 2 low, by touching the wire to ground, the one-shot is fired. The LED installed at the output of the 555 is used to monitor the output pulse. The LED goes on when the one-shot is triggered. The component values selected for the circuit are large, so as to generate a long output pulse. That allows you to measure the pulse duration with a stop watch. Once the one-shot is triggered, the output LED stays on until the capacitor charges to 2/3 of the supply voltage. That triggers the upper comparator and causes the internal control flip-flop to reset, turning off the pulse and discharging the capacitor. The one-shot will remain in that state until it is triggered again. Timing the pulse should have produced an output duration of approximately 7.5 seconds. Calculating the output time interval using the formula given previously, you found the pulse duration to be: t = 1.1 x .68 x 10-6 x 107 = 7.48 seconds You may have notice some difference between the calculated and actual measured values. The

differences probably result from inaccuracies in your timing. Further more, component tolerances may be such that the actual values are different from the marked values. In steps 8 and 9 you demonstrated the reset function. As you noticed, you could terminate the output pulse before the timing cycle is completed by touching pin 4 to ground. That instantly resets the flip-flop and shuts off the output pulse. In step 10, you measured the output voltage. When off, the output is only a fraction of a volt. For all practical purposes it is zero. When triggered, the 555 generates a 3.5 volt pulse with a 5-volt supply. If you used another value of supply voltage, you would probably have discovered that the output during the pulse is about 1.5 volt less than the supply voltage. In step11, you lowered the resistor value to 1 Megohm. As you noticed, that greatly shortens the output pulse duration. The LED only stayed on for a brief time; so brief in fact that you probably couldn't time it accurately. The calculated duration of the output pulse is 0.748 seconds. The circuit you built for steps 12 - 20 was an astable multi-vibrator. The astable circuit is an oscillator whose frequency is dependent upon the R1, R2, and C values. In step 13, you should have found that the LED flashed off and on slowly. The oscillation frequency is 0.176 Hz. That gives a period of: t = 1/f = 1/.176 = 5.66 seconds Since R1 is larger than R2, the LED will be on for a little over 5 seconds and it will stay off for only 0.5 seconds. That translates to a duty-cycle of: D = t1/t = 5.18/5.66 = .915 or 91.5% In step 14, you replaced the 10 MegOhm resistor with a 1 MegOhm resistor making both R1 and R2 equal. The new frequency is 0.706 Hz, much higher than in step 13. That translates to a period of 1.41 seconds. Calculating the t1 and t2 times, you see that the LED is on for 0.942 second and off for 0.467 second. That represents a duty-cycle of: D = 0.942/1.41 = 0.67 or 67% In step 17, you made R1 = R2 = 10,000 ohm (10K) and C = 0.1uF. That increased the frequency to 480Hz. The result should have been a loud tone in the speaker. If you had used an oscilloscope, you saw the output to be a distorted rectangular wave of about 2 volts peak-to-peak. That distortion is caused by the speaker load. Removing it makes the waveform nice and square and the voltage rises to about 5 volts peak-to-peak. The capacitor waveform is a combination of the classical charge and discharge curves given earlier. The time is useful in computer, function generators, clocks, music synthesizers, games, flashing lights, printers, scanners and the list goes on and on.

Example Circuits: I have placed a couple 555 circuit examples below for your convenience. Play with different component values and use the formulas mentioned earlier to calculate your results. Things to remember: For proper monostable operation with the 555 timer, the negative-going trigger pulse width should be kept short compared to the desired output pulse width. Values for the external timing resistor and capacitor can either be determined from the previous formulas. However, you should stay within the ranges of resistances shown earlier to avoid the use of large value electrolytic capacitors, since they tend to be leaky. Otherwise, tantalum or mylar types should be used. (For noise immunity on most timer circuits I recommend a 0.01uF (10nF) ceramic capacitor between pin 5 and ground.) In all circuit diagrams below I used the LM555CN timer IC from National, but the NE555 and others should not give you any problems.

Circuits 1 to 10a: Play with different indicating devices such as bells, horns, lights, relays, or whatever (if possible). Try different types of LDR's. If for any reason you get false triggering, connect a ceramic 0.01uF (=10nF) capacitor between pin 5 (555) and ground. Keeping the basic rules of the 555 timer, try different values for Ct and Rt (or the C & R over pins 2, 6 & 7) Replace Rt with a 1 megohm potentiometer if you wish. Make notes of the values used and use the formulas to calculate timing. Verify your calculations with your timing. Fig. 1, Dark Detector: It will sound an alarm if it gets too dark all over sudden. For example, this circuit could be used to notify when a lamp (or bulb) burns out. The detector used is a regular cadmium-sulphide Light Dependent Resistor or LDR, for short, to sense the absence of light and to operate a small speaker. The LDR enables the alarm when light falls below a certain level. Fig. 2, Power Alarm: This circuit can be used as a audible 'Power-out Alarm'. It uses the 555 timer as an oscillator biased off by the presence of line-based DC voltage. When the line voltage fails, the bias is removed, and the tone will be heard in the speaker. R1 and C1 provide the DC bias that charges capacitor Ct to over 2/3 voltage, thereby holding the timer output low (as you learned previously). Diode D1 provides DC bias to the timer-supply pin and, optionally, charges a rechargeable 9-volt battery across D2. And when the line power fails, DC is furnished to the timer through D2. Fig. 3 Tilt Switch: Actually really a alarm circuit, it shows how to use a 555 timer and a small glass-encapsulated mercury switch to indicate 'tilt'. The switch is mounted in its normal 'open' position, which allows the timer output to stay low, as established by C1 on startup. When S1 is disturbed, causing its contacts to be bridged by the mercury blob, the 555 latch is set to a high output level where it will stay even if the

switch is returned to its starting position. The high output can be used to enable an alarm of the visual or the audible type. Switch S2 will silent the alarm and reset the latch. C1 is a ceramic 0.1uF (=100 nano-Farad) capacitor. Fig. 4, Electric Eye Alarm: The Electric-Eye Alarm is actually a similar circuit like the Dark Detector of Fig. 1. The same type of LDR is used. The pitch for the speaker can be set with the 500 kilo-ohm potentiometer. Watch for the orientation of the positive (+) of the 10uF capacitor. The '+' goes to pin 3. Fig. 5, Metronome: A Metronome is a device used in the music industry. It indicates the rhythm by a 'toc-toc' sound which speed can be adjusted with the 250K potentiometer. Very handy if you learning to play music and need to keep the correct rhythm up. Error fixed with thanks to Grant Fair in regards to the two resistors. (Grant also added a PNP power transistor to increase the volume and a led for visual as well as audio output). Fig. 6, CW Practice Oscillator: CW stands for 'Continuous Wave' or Morse-Code. You can practice the morse-code with this circuit. The 100K potmeter is for the 'pitch' and the 10K for the speaker volume. The "Key" is a morse code key. Fig. 7, CW Monitor: This circuit monitors the morse code 'on-air' via the tuning circuit hookup to pin 4 and the short wire antenna. The 100K potmeter controls the tone-pitch. Fig. 8, Ten-Minute Timer: Can be used as a time-out warning for Ham Radio. The Federal Communications Commission (FCC) requires the ham radio operator to identify his station by giving his call-sign at least every 10 minutes. This can be a problem, especially during lengthy conversations when it is difficult to keep track of time. The 555 is used as a one-shot so that a visual warning indicator becomes active after 10-minutes. To begin the cycle, the reset switch is pressed which causes the 'Green' led to light up. After 10 minutes, set by the 500K potentiometer R1, the 'Red' led will light to warn the operator that he must identify. Fig. 9, Schmitt Trigger: A very simple, but effective circuit. It cleans up any noisy input signal in a nice, clean and square output signal. In radio control (R/C) it will clean up noisy servo signals caused by rf interference by long servo leads. As long as R1 equals R2, the 555 will automatically be biased for any supply voltage in the 5 to 16 volt range. (Advanced Electronics: It should be noted that there is a 180-degree phase shift.) This circuit also lends itself to condition 60-Hz sine-wave reference signal taken from a 6.3 volt AC transformer before driving a series of binary or divide-by-N counters. The major advantage is that, unlike a conventional multivibrator type of squares which divides the input frequency by 2, this method simply squares the 60-Hz sine wave reference signal without division. Fig. 10, Better Timing: Better and more stable timing output is created with the addition of a transistor and a diode to the R-C timing network. The frequency can be varied over a wide range while maintaining a constant 50% duty-cycle. When the output is high, the transistor is biased into saturation by R2 so that the charging current passes through the transistor and R1 to C. When the output goes low, the discharge transistor (pin 7) cuts off the transistor and discharges the capacitor through R1 and the diode. The high & low periods are equal. The value of the capacitor (C) and the resistor (R1 or potmeter) is not given. It is a mere example of how to do it and the values are pending on the type of application, so choose your own values. The diode can be any small signal diode like the NTE519, 1N4148, 1N914 or 1N3063, but a high conductance Germanium or Schottky type for the diode will minimize the diode

voltage drops in the transistor and diode. However, the transistor should have a high beta so that R2 can be large and still cause the transistor to saturate. The transistor can be a TUN (europe), NTE123, 2N3569 and most others. Fig. 10a, Missing Pulse Detector (Basic): This transistor can be replaced with a ECG or NTE159. This is just a basic model but works. Experiment with the values of Resistor and Capacitor. A good example would be the 'Crashed Aircraft Locator' beacon used in radio control. If there is no signal it sees it as a missing pulse and sounds buzzer. The following circuits are examples of how a 555 timer IC assist in combination with another Integrated Circuit. Again, don't be afraid to experiment. Unless you circumvent the min and max parameters of the 555, it is very hard to destroy. Just have fun and learn something doing it.

Circuits 11 to 14: Play with different indicating devices such as bells, horns, lights, relays, or whatever (if possible). Try different types of LDR's. If for any reason you get false triggering, connect a ceramic 0.01uF (=10nF) capacitor between pin 5 (555) and ground. In all circuit diagrams below I used the LM555CN timer IC from National. The 555 timer will work with any voltage between 3.5 and 15volt. A 9-volt battery is usually a general choice. Keeping notes is an important aspect of the learning process. Fig. 11, Two-Tones: The purpose of this experiment is to wire two 555 timers together to create a 2-note tone. If you wish, you can use the dual 556 timer ic. Fig. 12, Recording Beep: This circuit is used to keep recording of telephone conversations legal. As you may know, doing otherwise without consent of the other party is illegal. The output of IC1 is fed to the 2nd 555's pin 3 and made audible via C2 and the speaker. Any 8ohm speaker will do. Fig. 13, Coin Toss: Electronic 'Heads-or-tails' coin toss circuit. Basically a Yes or No decision maker when you can't make up your mind yourself. The 555 is wired as a Astable Oscillator, driving in turn, via pin 3, the 7473 flip-flop. When you press S1 it randomly selects the 'Heads' or 'Tails' led. The leds flashrate is about 2Khz (kilo-Hertz), which is much faster than your eyes can follow, so initially it appears that both leds are 'ON'. As soon as the switch is released only one led will be lit. Fig. 14, Logic Probe: Provides you with three visible indicators; "Logic 1" (+, red led), "Logic 0" (-, green led), and "Pulse" (yellow led). Good for TTL and CMOS. The yellow or 'pulse' led comes on for approximately 200 mSec to indicate a pulse without regards to its width. This feature enables one to observe a short-duration pulse that would otherwise not be seen on the logic 1 and 0 led's. A small switch (subminiature slide or momentary push) across the 20K resistor can be used to keep this "pulse" led on permanently after a pulse occurs. In operation, for a logic 0 input signal, both the '0' led and the pulse led will come 'ON', but the 'pulse' led will go off after 200 mSec. The logic levels are detected via resistor R1 (1K), then amplified by T1 (NPN, Si-AF Preamplifier/Driver), and selected by the 7400 IC for what they are. Diode D1 is a small signal diode to protect the 7400 and the leds from excessive inverse voltages during capacitor discharge. For a logic '1' input, only the logic '1' led (red) will be 'ON'. With the switch closed, the circuit will indicate whether a negative-going or positive-going pulse has occurred. If the pulse is positive-going, both the '0' and 'pulse' led's will be on. If the pulse is negative-going, the '1' and 'pulse' led's will be on.

Check the listing in Table 2. It shows some variations in the 555 manufacturing process by two different manufacturers, National Semiconductor and Signetics Corporation. Since there are other manufacturers then those two I suggest when you build a circuit to stick with the particular 555 model they specify in the schematic. Unless you know what you're doing of course... [grin]. The absolute maximum ratings (in free air) for NE/SA/SE types are: Vcc, supply voltage: 18V Input voltage (CONT, RESET, THRES, TRIG): Vcc Output current: 225mA (approx) Operating free-air temp. range: NE555........... 0°C - 70°C SA555........... -40°C - 85°C SE555, SE555C... -55°C - 125°C Storage temperature range: -65°C - 150°C Case temperature for 60sec. (FK package): 260°C Suggested Reading: 1. 555 Timer IC Circuits. Forrest M. Mims III, Engineer's Mini Notebook. Radio Shack Cat. No: 62-5010. "Create & experiment with pulse generators, oscillators, and time delays." 2. IC Timer Cookbook. Walter G. Jung. Published by Howard W. Sams & Co., Inc. ISBN: 0-672-21932-8. "A reference 'must' for hobby, technicians, and engineers." 3. The 555 Timer Applications Sourcebook. Howard M. Berlin. Published by Sams Inc.

ISBN: 0-672-21538-1. "Learn how to connect the 555, perform 17 simple experiments." Copyright © 1995 - Tony van Roon (VA3AVR). ALL RIGHTS RESERVED. Last updated: February 28, 2007

Detector de Proximidad por Infrarrojos

Generamos una ráfaga de pulsos de alta intensidad con el LM555 a baja frecuencia y los transmitimos por el led de chorro infrarrojo. Luego los recibimos en un fototransistor colocado de tal manera que solo los reciba cuando un objeto refleje los pulsos. Luego procesamos esa señal para poder utilizarla en el encendido-apagado de nuestros aparatos. Para ello colocamos un fototransistor de tal manera que cuando haya una superficie que refleje los pulsos, bien sea una mano, un objeto cualquiera, a una distancia de unos 10 cm, este los pueda recibir y enviar a un amplificador de corriente, en este caso un par de transistores en configuración darlington. Cuando esta débil señal alcanza una intensidad suficiente, debido a que se acercó un objeto, entonces logra disparar un temporizador de unos 10 segundos construido con un LM555. Luego colocamos una interfase a transistor para alimentar un relé de 12 V 5 PINES, el cual nos servirá para controlar el aparato que queramos. Hojas de datos

LM555 1N 4148 2N 3904 Lista de materiales Circuito Impreso 2 circuitos integrados LM 555 2 bases de 8 pines 1 relé 12 V 5 pines 1 foto transistor de uso general 1 diodo infrarrojo de uso general 1 control de 1 Mega 3 transistores 2N3904 2 condensadores. de 10 uF/50 V 1 diodo 1N4148 1 led verde de 5 mm 1 R 68 H 1 Resistencia 1K5 2 Resistencia 10K 1 Resistencia 100K 1 R 470 H Todas las R a 1/2 W

Otros Circuitos con el 555 Nuestro primer circuito de ejemplo, el de la figura 1, utiliza un 555 para general una señal cuadrada que excita al transistor TR1, que a su vez esta conectado a un transformador elevador de tensión que permite encender un pequeño tuvo fluorescente de 4 Watts con solo 12v. Este circuito es ideal para ser alimentado con baterías o desde el encendedor del automóvil, para ser utilizado como luz de emergencia o en actividades al aire libre. Es muy importante mantener las manos lejos de la sección de 230V del transformador, para evitar descargas desagradables. La resistencia variable entre los pines 6 y 7 nos permite ajustar la frecuencia de la salida, de forma de obtener el brillo adecuado en el tubo fluorescente. Podemos utilizar un preset, ya que una vez logrado el ajuste óptimo del circuito no necesitaremos volver a tocarlo. Incluso, si se lo desea, en ese momento se puede reemplazar por una resistencia fija equivalente.

En la figura 2 tenemos un 7555, la versión CMOS del NE555 (que también podría ser utilizado aquí), conectado como monoestable, en el que la resistencia que fija el tiempo en el estado alto de la salida se ha reemplazado por un conmutador que permite elegir una de 6 resistencias puestas en serie, de manera que se obtienen temporizaciones que van desde los 5 a los 30 minutos. Por supuesto, el lector podrá cambiar estos valores para obtener tiempos mayores o menores, usando las formulas que vimos. Un transistor BC109C o equivalente se utiliza para comandar un relay, al que podremos conectar cualquier artefacto eléctrico que queramos controlar con este circuito.

Nuestro tercer circuito de ejemplo (Fig. 3) consiste en una luz parpadeante construida con 40 diodos LED para utilizar en una bicicleta, como baliza, etc. El circuito se alimenta con 4 pilas de 1.5 V, y los LEDs divididos en dos grupos de 20 cada uno parpadean alternativamente. Como se puede ver, el NE555 esta configurado como oscilador astable. La corriente a través de los LEDs esta limitada por las resistencias de 100 ohms, y se utilizaron transistores para poder manejar el consumo de cada rama de LEDs. En caso de ser necesario, se puede armar este circuito con menos leds, por ejemplo, con solo cinco: un grupo de dos en cada rama, y el LED que esta entre la resistencia de 160 ohms y el transistor 2N2905.

No dejen de experimentar, y crear sus propios diseños, utilizando como base alguno de los ejemplos que comentamos, siempre teniendo a mano las formulas de la primera parte del articulo, para obtener los tiempos que deseemos. Existen miles de aplicaciones posibles para este pequeño circuito integrado. Con esta pequeña guía el lector podrá crear sus propios diseños, ya que generalmente bastara con utilizar alguno de los diagramas que presentamos a lo largo del articulo, y modificar los valores de algunos de los componentes de acuerdo a las formulas enunciadas. Es muy recomendable comprar un par de NE555, un puñado de resistencias, capacitares y algún potenciómetro, y usando un protoboard o alguna placa de circuito impreso de las que ya vienen perforadas, realizar experimentos modificando los valores de los componentes y analizando los resultados. No es mala idea conectar un diodo LED entre la salida (pin 3) y 0V, con una resistencia en serie (de unos 470 ohms) para poder ver en que estado se encuentra en cada momento. Recordemos que si la frecuencia de oscilación es elevada, probablemente el ojo humano sea incapaz de distinguir si el LED esta encendido o apagado, en esos casos puede ser conveniente reemplazarlo por un pequeño parlante.

El 555

El 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de si dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable.

El 555 tiene diversas aplicaciones, como: Control de sistemas secuenciales, divisor de frecuencias, modulación por ancho de pulso, generación de tiempos de retraso, repetición de pulsos, etc.

Funcionamiento:

Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales 8 (+Vcc) y 1(GND) tierra; el valor de la fuente de esta, va desde 5 V hasta 15 V de

corriente continua, la misma fuente exterior se conecta a un circuito pasivo RC exterior, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal

2

(TRIGGER)

que

es

la

entrada

de

un

comparador.

La terminal 6 (THRESHOLD) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que

le

sirve

de

disparo.

La terminal 5(CONTROL VOLTAGE) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal 7 (DISCHARGE), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por

medio

de

la

polarización

del

transistor

(PNP)

T2.

Se dispone de la base de T2 en la terminal 4 (RESET) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente,

aun

cuando

no

se

desee.

La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra

es

de

200

mA.

La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en

la terminal 6 el nivel de tensión sea más pequeño que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea más grande que el nivel de tensión contra el que se compara la entrada Set del FF-SR no se activará.

Circuito astable básico: Si se usa en este modo el circuito su principal característica es una forma de onda rectangular a la salida, en la cual el ancho de la onda puede ser manejado Para

con

esto

TA TB

los

valores

debemos =

de

ciertos

aplicar 0.693

=

elementos

las

en

siguientes

(R1+R2) 0.693

el

diseño.

formulas: C1

(R2*C1)

Donde TA es el tiempo del nivel alto de la señal y TB es el tiempo del nivel bajo de la señal. Estos tiempo dependen de los valores de R1 y R2. Recordemos

que

el

periodo

es

=

1/f.

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula: f = 1/(0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2))

Circuito monoestable: En este caso el timmer 555 en su modo monoestable funcionará como un circuito de un tiro. Dentro del 555 hay un transistor que mantiene a C1 descargado inicialmente. Cuando un pulso negativo de disparo se aplica a terminal 2, el flip-flop interno se setea, lo que quita el corto de C1 y esto causa una salida alta (un high) en el terminal 3 (el terminal de salida).

La salida a través del capacitor aumenta exponencialmente con la constante de

tiempo

t=R1C1

Cuando el voltaje a través de C1 iguala dos tercios de Vcc el comparador interno del 555 se resetea el flip-flop, que entonces descarga el capacitor C1 rápidamente y lleva al terminal de salida a su estado bajo (low). El circuito e activado con un impulso de entrada que va en dirección negativa cuando el nivel llega a un tercio de Vcc. Una vez disparado, el circuito permanece en ese estado hasta que pasa el tiempo de seteo, aun si se vuelve a disparar el circuito. La duración del estado alto (high) es dada por la ecuación: T=1.1(R1C1) El intervalo es independiente del voltaje de Vcc. Cuando el terminal reset no se usa, debe atarse alto para evitar disparos espontáneos o falsos.

MULTIVIBRADOR MONOESTABLE CON CI 555

El multivibrador monoestable tiene dos estados en uno su salida nos da 0V pero cuando pulsamos P1 la salida sacara +VCC durante el tiempo que hallamos calculado una vez transcurrido ese periodo el circuito volverá a tener en la salida 0V. Cuando le aplicamos una VCC el circuito permanece a nivel alto sacando a la salida que invierte un 0 es decir que la salida la tenemos a nivel bajo y C1 permanece descargado. Cuando le aplicamos un impulso con P1 la tensión en V2 baja de 1/3de VCC activando el comparador inferior a la salida del flip flop tendremos un 0 y la salida lo invertira sacando un uno pero no indefinidamente por que desde el momento en que hemos aplicado el impulso C1 comienza a cargarse por R1 y al llegar a 2/3 de VCC el comparador superior se activa dando al flip flop un 1 entonces la salida vuelbe a su estado inicial sacan do un 0 y el condensador se descarga por TR14 que actua como un interruptor que cuando el flip flop da 1 permanece saturado y conduce impidiendo la carga de C1 y cuando el flip flop da 0 permanece en circuito abierto permitiendo que C1 se cargue hasta 2/3 de VCC que será cuando la base de TR14 se sature de nuevo y C1 se descargara por medio de el directamente a masa.

Luz Intermitente

Proposito: Montar una útil luz de LED intermitente. Aprender acerca del circuito

integrado

(IC)

555,

usado

como

un

reloj

o

clock.

Procedimiento: 1. Arme el

circuito

del dibujo,

y observe el destello

del

LED.

2. Sustituya el capacitor de 10mF (C1) por una de 100mF y observe el destello

del

LED.

Resultado: Por la ejecución de este experimento, usted encuentra que usando el IC 555 como reloj, puede montar un dispositivo que sea capaz de encender y apagar un

LED.

Explicación: Un reloj, como se usa el termino en electrónica digital, no significa que sea un dispositivo que diga la hora. Se refiere a un circuito que emite una serie continua de pulsos, cuya frecuencia se puede variar desde menos de 1 por segundo

a

más

de

un

millón

por

segundo.

El esquema muestra un temporizador (Timer) 555 conectado como reloj. Este circuito, como vera, no tiene señal de entrada, y en este sentido opera como un

oscilador;

un

dispositivo

el

cual

genera

su

propia

señal.

La frecuencia de los pulsos producidos por el temporizador, depende de los valores de las resistencias R1 y R2 y del capacitor C1. A mayores valores de los resistores y del capacitor, menor es la frecuencia de los pulsos. De otro lado, los valores minimos de R1, R2 y C1, dan la más alta frecuencia de pulsos.

Semáforo

Descripción: El proyecto semáforo, combina los destellos de un par de LEDs, a una frecuencia de cerca de dos destellos por segundo, produciendo el mismo efecto

que

las

señales

de

las

vías

férreas.

El circuito del Semáforo está básicamente hecho con el temporizador 555 trabajando como reloj. Similar al del experimento anterior. Dos LEDs con polaridad opuesta, son conectados a la salida del reloj a través de dos resistencias de 220 ohmios. Cuando la salida es positiva, el LED 2 estará polarizado directamente y el LED 1 inversamente. La situación contraria ocurre cuando la salida es negativa.

Temporizador Variable

Descripción: El temporizador (timer) como se use el término en electrónica, es un circuito electrónico, que una vez activado, produce un pulso de salida por un periodo predeterminado de tiempo y luego se apaga. Un temporizador simple por ejemplo, requeriría una presión momentánea de un interruptor para encender una luz por un minuto o más. Luego de este intervalo de tiempo, la luz desaparece y el circuito esta listo para reactivarse por una nueva presion del

interruptor.

Esto es exactamente lo que hace el circuito temporizador variable. Con el potenciómetro Ra. Usted puede ajustar el intervalo en el que el LED permanece

encendido.

Para este proyecto, ajuste el potenciometro en la posición media. Presione el interruptor y observe el LED.

555 como divisor de frecuencias en un tren de pulsos

Autor:

Marcelo.

Si tenemos un tren de pulsos con una frecuencia f1 y deseamos obtener una señal similar pero de la mitad de la frecuencia f1/2 podemos utilizar el 555 como divisor, ajustando el período del temporizador para que sea más lento que

la

señal

de

entrada.

El circuito será disparado cada dos pulsos de la señal de entrada y su salida

se mantendrá en estado alto durante otro dos pulsos de esta señal; así la frecuencia quedará dividida por 2.

−FUNCIONAMIENTO DEL 555: La tension de funcionamiento del 555 va de 5V a 20V. Interiormente, en la patilla 8 va conectado un divisor de tension mediante 3 resistencias. La patilla 6 es una de las importantes, sale del comparador superior y cuando la tension de referencia, en la patilla 6, sea mayor a dos tercios de Vcc, entonces este comienza a funcionar llegando al flip flop y sacando un uno, donde llega a un transistor que en este momento actua como un interruptor cerrado y tambien llega a la salida invirtiendo esta señal que entra y transformandola en 0. La patilla 5 es la entrada negtiva del comparador superior. La patilla 2 es la entrada negativa del comparador inferior, cuando este tiene una tension de referencia inferior a un tercio de Vcc, entonces el comparador inferior empieza a funcionar, dando unimpulso al flip flop saliendo de el un 0, entonces llega al transistor que al no llegar tension a la base de este, funciona como interruptor cerrado, y llegando a la salida que invirtiendolo saca un 1 osea 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. El LM 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de si dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible consequir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable. El diagrama de bloques interno se puede apreciar en la hoja de datos del LM 555. Los circuitos multivibradores son utilizados para generar ondas digitales de forma continua o discontinua controlada por una fuente externa. Un multivibrador astable es un ocsilador cuya salida varia entre dos niveles de voltaje a una razón determinada por el circuito RC. Un multivibrador monoestable produce un pulso que comienza cuando el circuito recibe la señal o disparo, la duración del pulso es controlada por el circuito RC. Si observara el diagrama de bloques antes mencionado notará que la red de resistencias que forman el divisor de voltaje fija en 1/3 Vcc y 2/3 Vcc los puntos de comparación de los dos comparadores internos. Dependiendo de las senales que se aplican desde el exterior se puede lograr que los comparadores cambien de estado a diferentes niveles de voltaje, lo cual provoca que el Flip Flop cambie el estado de salida y/o active el transistor de descarga. Los circuitos de este experimento le mostraran como se logran dos funciones distintas con un mismo circuito integrado simplemente variando las conexiones externas.

A continuación se reseña la función de cada terminal del circuito integrado: a) Pin #1: Tierra o terminal común b) Pin #2: Disparo (Trigger). Aplicando un voltaje menor que 1/3 Vcc el comparador cambia de estado, hace set al flip flop y este a su vez hace que el voltaje de sea alto. Cuando el voltaje de salida esta alto el transistor de descarga esta O c) Pin #3: Salida d) Pin #4: Preset. Aplicando un voltaje bajo se consique interrumpir el interval temporizador (timing cycle). e) Pin #5: Voltaje de control. El voltaje conectado a este terminal varia los valores de referencia, 2/3 Vcc y 1/3 Vcc, de los comparadores del circuito. f) Pin #6: Umbral (Theshold). Cuando se le aplica un voltaje mayor que 2/3 Vcc se hace reset del flip flop haciendo asi el voltaje de salida bajo. Cuando el Vo de salida esta bajo el ransistor de descarga esta ON. g) Pin #7: Transistor de descarga. Cuando se activa esta transistor hay un paso de baja resistencia entre las patas 7 y 1. h) Pin #8: Vcc. Entrada de alimentación de todo el circuito integrado. Procedimiento 1. Construya el circuito monoestable de la figura 1, donde el valor de Rt es 330 de Ct es 18 µF. 2. Conecte el terminal S1 del trabajo de pruebas: (Power Ace 102) al terminal marcado "D" en el esquematico. Cambie S1 de 0 a 1 y luego de 1 a 0. Observe, en ambos casos ocurre a la salida. ¿Cual transicion produce cambio en la salida?. ¿Cuanto tiempo permanece encendido el LED?. ¿Como compara con lo que predicen las ecuaciones?

Figura1:

Circuito

monoestable

construido

con

el

LM555.

3. Cambie la resistencia Rt de 330K por una de 660K. ¿Cual es el nuevo intervalo tiempo? ¿Funciona como es debido? J.S.R. 4. Cambie el condensador por uno de 150 µF manteniendo la resistencia Rt en 660. El estado alto deberia durar cerca de 1.8 minutos. ¿Que sucede? 5. Regrese Rt a su valor original de 330K y Ct a su valor de 18 micro faradios. Conecte la fuente externa al terminal. Observe que sucede con la duracion del estado alto cuando el voltaje de la fuente es de 4V y de 2V. ¿Por que sucede esto? 6. Ahora va a construir el circuito de la figura 2. Notará que no hace falta señal externa para disparo. Ya que es generado por el voltaje del condensador Ct.

Figura 2: Multivibrador astable construido con el LM 555 Ahora no tenemos al LED como carga debido a que no se notara cambio apreciable en la intensidad de (por que?). 3. Conecte el osciloscopio a la salida y dibuje el oscilograma desplegado. Preparacion : En su casa prepare el diseño de tres circuitos que generen las formas de onda mostradas en las furas de la 3 a la 5 dentro de un 10 % de tolerancia. Piense en la forma en que va a probarlos. Es posible que necesite la modifición de la figura 6 para conseguir una de ellas.

Figura 3: Onda # 1

Figura 4: Onda # 2

Figura 5: Onda # 3

Figura 6: Circuito modificado para separar los pasos de carga y descarga Procedimiento :

1. Pruebe los tres circuitos diseñados para verificar que cumplan con las especificaciones. De no ser asi haga las modificaciones necesarias. Reporte: 1. Se le sugiere que en la sección de teoria explique como seleccionó y diseñó los circuitos para las formas de ondas requeridas. Explique las restricciones que afectan los valores de los componentes. Derive las ecuaciones que definen los tiempos altos y bajos. 2. Como resultados debe presentar una grafica donde se muestran las formas de ondaespecificadas, las teóricas y las experimentales.