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Temporizadores Integrados

Enviado por mabelgonzalesu



555

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

1.Introducción

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

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

Hoy en día el 555 sigue siendo un componente básico en la construcción de circuitos multivibradores, generadores de pulsos, divisores de frecuencia ...

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

CONOCIMIENTOS PREVIOS:

-Diodo rectificador:

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

Si la tension aplicada es directa el diodo conduce, mientras que si la tension es inversa, solo circula una pequeña corriente de fugas. Para los valores de intensidad habituales, la tension en bornes del diodo es de unos 0.7V, pasando a 1.1V para una corriente de 1 amperio.

-Diodo zener:

Si preparamos una union PN de modo que trabaje en polarizacion inversa, nos encontramos con que a partir de una cierta intensidad la caida de tension es connstante.

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

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

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

-Diodo LED:

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

Se polarizan directamente, de anodo a catodo. Soporta tensiones inversas medias y es posible modularlo en frecuencia. En la mayoría de los casos, la caída de tension en el diodo led suele oscilar entre 1.7V y 2.2V, sugiriéndose intensidad de funcionamiento del orden de los 10mA.

-El rele:

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

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

Debemos conocer dos prametros basicos.

-Bobina: tension de alimentacion y consumo.

-Contactos: corriente maxima admisible

Descripción

El circuito integrado 555 presenta varios tipos de encapsulado :

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

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

Funcionamiento del NE 555:

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

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

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

La patilla 1 va directamente a masa.

La patilla 7 es la de descarga del condensador.

La patilla 3 es la salida.

La patilla 4 es el reset.

La patilla 8 es +VCC.

 ESTRUCTURA INTERNA

La circuitería interna del 555 según National Semiconductors, es la siguiente:

El diagrama de conexión es el siguiente:

· Comparadores :

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

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

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

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

· Flip-flop (biestable RS) :

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

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

· Divisor de tensión :

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

· Transistores :

T1 descarga el condensador que se colocará externamente.

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

· Etapa de salida :

La etapa de salida suele tener la siguiente forma :

Vin=0 Þ Vout=1

Vin=1 Þ Vout=0

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

Características generales

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

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

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

· Impedancia de salida baja. Zout@ 10W .

· Es un componente de rápida respuesta que puede trabajar a frecuencias mayores de 500 kHz. Con tiempo de subida y bajada del orden de 100 ns, independientemente de la tensión de salida.

2.APLICACIONES :

2.1 El Multivibrador Astable Con El Ne555:

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

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

Cuando se le aplica la tensión de alimentación la salida nos da primero nivel alto por que los dos comparadores están conectados juntos y en el punto donde están conectados la tensión es inferior a 1/3 +Vcc y por lo tanto se activara el comparador inferior dando nivel alto a la salida y permaneciendo TR14 en corte permitiendo la carga de C1 por medio de las 2 resistencias. R1a, R1b y C1 están en serie formando un divisor de tensión, la patilla 7 esta conectada entre las dos resistencias y los comparadores están conectados entre R1b y C1 por lo tanto C1 se ira cargando y al llegar a 2/3 de +Vcc y se activara el comparador superior y la salida cambiara de estado pasando a nivel bajo y permanecerá en este estado hasta que el condensador descienda a 1/3 de +Vcc. Al activarse anteriormente el comparador superior TR14 se comportara como un interruptor cerrado y C1 podrá descargarse por R1b por ello no se descarga instantáneamente y por ello también es que al cargarse por medio de 2 resistencias y descargarse por una sola esta mas tiempo cargándose que descargándose y esto se refleja en la salida permaneciendo mas tiempo a nivel alto que a nivel bajo. Así permanecerá sucesivamente mientras tenga una tensión de alimentación.

PROCEDIMIENTO:

Primeramente analizaremos el Funcionamiento del circuito, primero veremos si esta trabajando en alguna de las configuraciones de multivibrador que hemos visto en las practicas anteriores, después procederemos a analizar el Funcionamiento y misión que desempeña cada uno de los componentes restantes del circuito, hasta que lleguemos ala conclusión de la utilidad concreta del circuito.

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

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

ESQUEMA:

FUNCIONAMIENTO:

Este circuito actúa como un detector de fallo de red, al producirse un fallo de red sonara un zumbador en este caso esta sustituido por el diodo led D5.

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

El 555 se comporta como un monoestable de tal manera que al conectar el circuito inmediatamente da a la salida nivel alto y se enciende D2, a la entrada del comparador inferior tiene un condensador C1, una resitencia R1 y un potenciometro P1 que detectan el fallo de red, P1 nos marca la sensibilidad de detección por que por el se descargara C1 en cada fallo de red, a la entrada del comparador superior tenemos una R2 y un C2 que determinan el tiempo que estará el circuito en nivel alto, el zener nos varia la tensión de referencia que tienen los comparadores siendo esta de 5V para el comparador superior y de 2.5V para el comparador inferior, al pasar el C2 de 5V se activa el comparador superior y en la salida tenemos nivel bajo y el circuito permanece en este estado hasta que se produzca un fallo de red en el cual si C1 se descarga a menos de 2.5V activara el comparador inferior y a la salida tendremos nivel alto y El D2 encendido durante el tiempo que tarde C2 en llegar a 5V, en este momento se activara el comparador superior y en la salida tendremos nivel bajo y el D1 encendido en lugar del D2.

DISEÑO:

VISTA DE COMPONENTES VISTA DE PISTAS

 MATERIAL UTILIZADO:

-Resistencias: R1=4K7

R2=470K+470K+560K

R3=470 -Osciloescopio.

R4=470 -Potenciometro: P1=5K.

R5=470 -Fuente de alimentación.

-Condensadores: C1=470 F -Estaño.

C2=10 F -Soldador.

C3=100n -Placa de baquelita.

C4=1000 F -trasferibles.

-Integrados: IC1=NE555

-Rele: Rel=12V/320

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

D3=Dz5V1.

D4=1N4001.

MEDIDAS:

P1 max

P1 med

P1 min

Vcc

15V

0V

15V

0V

15V

0V

VC2

0 4.86V

0V

4.86V

0V

12.54V

0V

VC1

0 6.91V

0V

3.44V

0V

0V

0V

VZ

4.91V

0V

4.91V

0V

4.91V

0V

TC2

5S

5S

VC4

15V

0V

15V

0V

0V

0V

TC4

10S

10S

2.2Multivibrador Monoestable

Funcionamiento

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

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

a)Vo=Vcc

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

· tEn este intervalo C se sigue cargando hasta alcanzar un valor mayor que Vcc, lo cual no produce ningún cambio.

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

a)Vo en nivel bajo

  1. T1 pasa a saturación

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

· Temporización

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

Montaje y prueba del multivibrador monoestable

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

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

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

2.3.Funcionamiento Del Multivibrador Biestable Con El Ne555

Este circuito tiene dos estados estables en la salida: +Vcc y 0v.

Consta de dos entradas y una sola entrada.

Inicialmente tenemos el circuito con la salida en nivel bajo, si pulsamos P1 enviamos un impulso al comparador inferior este impulso hará bajar la tensión de referencia que tiene este comparador a menos tensión de 1/3de +Vcc

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

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

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

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

 CONCLUSIONES

  1. El 555 es un integrado sumamente versátil, pudiendo ser configurado para trabajar en un rango muy amplio de frecuencias y configurado correctamente, puede trabajar con ciclos de trabajo de casi 0% al 100%.
  2. Para aplicaciones que requieran de mayor precisión, una de las recomendaciones, es de utilizar condensadores de tantalio, para así evitar las corrientes de fuga características de los condensadores electrolíticos.
  3. Para medir las frecuencias de 1Hz, y 10Hz, no fue posible usar el osciloscopio o el multímetro, puestos que éstos instrumentos, no son capaces de medirlas. Para medir 1Hz, se utilizó un cronómetro externo, y para medir 10Hz, se utilizó el osciloscopio, pero la medición resultó dificultosa.

    BIBLIOGRAFIA

  4. Una de las grandes aplicaciones del 555, debido a que puede manejar 200 mA de salida, es la de generar tonos audibles, tal como una sirena.
  5. Sistemas Digitales, Ronald Tocci, págs: 220-221.
  6. Curso Práctico de Electrónica Digital, editorial CEKIT, págs: 202-205.
  7. http://www.national.com - datasheet del 555
  8. http://www.onsemi.com -datasheets de los otros integrados.

Mabel Gonzales Urmachea


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