Temporizadores Integrados

555

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

1.Introducción

Ante la necesidad de obtener circuitos
generadores de pulsos, multivibradores (temporizadores) se
crearon circuitos
basados en 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:

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

0. 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%.
0. 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.
0. 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

0. 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.
0. Sistemas Digitales, Ronald Tocci,
   págs: 220-221.
0. Curso Práctico de Electrónica Digital, editorial CEKIT,
   págs: 202-205.
0. http://www.national.com – datasheet del
   555
0. http://www.onsemi.com -datasheets de los
   otros integrados.

Mabel Gonzales Urmachea