Informe Laboratorio 2, Curso Integrador, Ing. Gabriela Sierra
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Informe Laboratorio 2 (ircuito Inte!rado """# I. Introducción
II. Objetivo General
3iguel Laguado 11411, Cesar (am'rez 114167
El circuito integrado IC 555 se utiliza en una variedad de temporizador se aplica en la generaci!n de pulsos de oscilaciones. El 555 pued puede e ser ser util utiliz izad ado o para para prop propor orci cion onar ar retardos en el tiempo, como un oscilador, como como un circ circui uito to inte integr grad ado o flip flip"f "flo lop. p. Su derivador proporciona #asta cuatro circuitos de sincronizaci!n en un solo pa$uete. En el pres presen ente te trab traba%o a%o se anal analiz izar ara a el &E 555 555 amplia ampliamen mente, te, desde desde conoce conocerr la funci! funci!n n de todo su patilla%e, #asta la aplicaci!n de este como modulado ador de anc#o de pulso posici!n de pulso. La manera en la $ue se presenta es mediante el mont monta% a%e e en un prot protob oboa oard rd de las las dos dos config configura uracio ciones nes establ estableci ecidas das en la gu'a gu'a de apo apoo, o, las las cual cuales es corre orres spond ponden en a una una confi onfigu gura raci ci!n !n com como mono monoes esta tabl ble e &o" &o" (edi (edisp spar arabl able e otra otra conf config igura uraci ci!n !n como como astabl astable e )oscil )oscilado ador*+ r*+ se tendr tendr como como apoo apoo fotograf'a fotograf'as s tomadas tomadas tanto al monta%e monta%e como a las se-ales generadas en cada uno de los casos con el ob%etivo de facilitar la comp compre rens nsi! i!n n del lect lector or sobr sobre e el anl anlis isis is realizado a la vez para ser ms didcticos. dems se presenta la construcci!n de dos apli aplica caci cion ones es con con su resp respec ecti tivo vo anl anlis isis is mate materi rial al de apo apoo+ o+ esta estas s apli aplica caci cion ones es se basa basan n en la gu'a gu'a de apo apoo o las las cual cuales es corresponder a un modulador de anc#o de pulso de posici!n de pulso )anteriormente mencionados*. Como omo cons consec ecue uenc ncia ia se espe espera ra #abe #aber r estudiado analizado ampliamente el circuito integrado &E 555, adems de sus aplicaciones configuraciones. Se espera $ue sea de agrado de gran auda al lector.
Construi Const ruirr en una prot protobo oboard ard com compre prende nder r las diferentes configuraciones diferentes configuraciones posibles con el circuito integrado &E 555. III. Objetivos Específicos •
•
•
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•
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nalizar comprender las grficas obtenidas de la configuraci!n del 555 como monoestable &o"(edisparable. E/amin E/aminar ar e interp interpret retar ar las grfic grficas as obtenidas de la configuraci!n del 555 como astable )oscilador*. plicar estudiar el comportamiento del &E 555 como modulador de anc#o de pulso. (econo (econocer cer el funcio funcionami namient ento o de &E 555 555 como como modu modula lado dorr de anc# anc#o o de pulso. plicar observar el comportamiento del &E 555 como modulador de posici!n de pulso. (econocer el funcionamiento del &E 555 como modulador de posici!n de pulso.
IV. Planteamiento del Problema
0or medio del siguiente informe se espera realizar un anlisis a las diferentes funciones $ue puede tener el circuito integrado &E555 al realizarse diferentes monta%es sobre este, por lo $ue el problema $ue se plantea para el info inform rme e es sobr sobre e la mane manera ra en la $ue $ue el grup grupo o de trab traba% a%o o pued puede e util utiliz izar ar o de $u $u form forma a apli aplica carr los los cono conoci cimi mien ento tos s $ue $ue se conseguirn con la realizaci!n del laboratorio el respectivo informe. ebido a $ue el grupo de traba%o nunca #a uti utiliza lizado do un circu ircuiito integ ntegra rado do 555, 555, el desarrollo de la prctica de laboratorio ser
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un poco complicada debido a $ue se desconoce totalmente $u tipo de reacci!n se observara en el osciloscopio al #acer funcionar el circuito correspondiente usando un &E555, por lo $ue se investigara de manera profunda acerca de las caracter'sticas ms importantes del circuito integrado 555, adems de sus funciones aplicaciones $ue sern probadas en el transcurso del laboratorio. La importancia del laboratorio recae en $ue el uso del circuito integrado &E555 es algo imprescindible para un estudiante de Ingenier'a Electr!nica debido a los futuros proectos $ue se realizaran gracias al uso de este, incluendo el proecto $ue se est realizando actualmente, por lo $ue la formulaci!n del problema se realizara con base a las aplicaciones $ue se podrn realizar de a#ora en adelante gracias al aprendiza%e de este tipo de circuito integrado. V. $ormulación del Problema
89u tipo de aplicaciones podr realizar el grupo de traba%o por medio de la asimilaci!n de los datos funcionamiento del integrado &E555: VI. %arco &eórico ircuito inte!rado """'
El temporizador IC 555 es un circuito integrado )c#ip* $ue se utiliza en una variedad de temporizador se aplica en la generaci!n de pulsos de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, como un circuito integrado flip"flop. Sus derivados proporcionan #asta cuatro circuitos de sincronizaci!n en un solo pa$uete. Introducido en 16;1 por Signetics, el 555 sigue siendo de uso generalizado debido a su
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facilidad de uso, precio ba%o la estabilidad. Lo fabrican muc#as empresas en bipolares tambin en C3
En 16;, >ans Camenzind, un ingeniero nacido en Suiza, $uin despus de terminar su educaci!n secundaria via%! a Estados ?nidos para realizar los estudios de ingenier'a, se tom! un mes de vacaciones de su empleo en Signetics )a#ora 0#illips* para escribir un libro, pero en vez de volver al final de las vacaciones, le pidi! a la compa-'a $ue lo contratase como consultor durante un a-o, para usar los principios del oscilador controlado por tensi!n o @C< en el desarrollo de un circuito integrado temporizador+ esta idea no era del agrado del departamento de ingenier'a de Signetics, pero afortunadamente a rt Aur, el responsable de 3ercadotecnia de la empresa, la idea le entusiasm! le dio el contrato a Camenzind, $uien despus de seis meses, complet! el dise-o final )los primeros dise-os no #ac'an uso de redes (C para la temporizaci!n por ello preve'an un circuito integrado de 1B patillas $ue era muc#o ms comple%o caro* El 555 fue pionero en muc#os aspectos, no solo fue el primer circuito integrado temporizador, tambin fue el primero en venderse desde su salida al mercado a ba%o precio )?S ,;5*, cosa nunca #ec#a #asta entonces por ningDn productor de semiconductores. Cabe acotar $ue por las diferencias entre Camenzind el departamento de ingenier'a de Signetics, el proecto durmi! durante un a-o antes de ser finalmente producido en masa por Signetics. El temporizador fue introducido en el mercado en el a-o 16;2 por Signetics con el
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nombre SE555F&E555 fue llamado H#e IC Hime 3ac#ine )La Máquina del Tiempo en Circuito Integrado *. Este circuito tiene mu diversas aplicaciones, aun$ue en la actualidad se emplea ms su remozada versi!n C3
=
@oltios, pone la patilla de salida a nivel ba%o. Si por algDn motivo esta patilla no se utiliza #a $ue conectarla a alimentaci!n para evitar $ue el temporizador se reinicie. •
5* Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de volta%e, el volta%e en esta patilla puede variar casi desde @cc )en la prctica como @cc "1.; @* #asta casi @ )apro/. 2 @ menos*. s' es posible modificar los tiempos. 0uede tambin configurarse para, por e%emplo, generar pulsos en rampa.
)escripción de las entradas del tempori*ador """' •
G+) )normalmente la 1* es el polo
negativo de la alimentaci!n, generalmente tierra )masa*. •
•
•
,alida )normalmente la =* $u'
mbral )normalmente la 4* Es una
entrada a un comparador interno $ue se utiliza para poner la salida a nivel ba%o.
)isparo )normalmente la 2* Es
donde se establece el inicio del tiempo de retardo si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando esta patilla tiene menos de 1F= del volta%e de alimentaci!n. Este pulso debe ser de corta duraci!n, pues si se mantiene ba%o por muc#o tiempo la salida se $uedar en alto #asta $ue la entrada de disparo pase a alto otra vez.
ontrol de voltaje )normalmente la
•
)escar!a )normalmente la ;*
?tilizado para descargar con efectividad el condensador e/terno utilizado por el temporizador para su funcionamiento. •
Voltaje de alimentación (V# )normalmente la 7* es la patilla
donde se conecta el volta%e de alimentaci!n $ue va de B.5 @ #asta 14 @.
veremos el resultado de la operaci!n del temporizador, a sea $ue est conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el volta%e ser el volta%e de alimentaci!n )@cc* menos 1.; @. Esta salida se puede obligar a estar en casi voltios con la auda de la patilla de reinicio )normalmente la B*. •
-einicio )normalmente la B* Si se
pone a un nivel por deba%o de .;
%ultivibrador astable'
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Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada )o rectangular* continua de anc#o predefinido por el dise-ador del circuito. El es$uema de cone/i!n es el $ue se muestra. La se-al de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 un nivel ba%o por un tiempo t2. La duraci!n de estos tiempos dependen de los valores de (1, (2 C, segDn las f!rmulas siguientes
B
fuente de alimentaci!n la patilla ;+ desde la patilla ; #acia el condensador se coloca un diodo con el nodo apuntando #acia el condensador, despus de esto se coloca un diodo con el ctodo del lado del condensador seguido del resistor (2 este en paralelo con el primer diodo, adems de esto los valores de los resistores (1 (2 tienen $ue ser de la misma magnitud
La frecuencia con $ue la se-al de salida oscila est dada por la f!rmula
%ultivibrador monoestable'
El per'odo es simplemente Hambin decir $ue si lo $ue $ueremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad del condensador, a $ue si el cambio lo #acemos mediante los resistores (1 Fo (2, tambin cambia el ciclo de traba%o o anc#o de pulso )D* de la se-al de salida segDn la siguiente e/presi!n
>a $ue recordar $ue el per'odo es el tiempo $ue dura la se-al #asta $ue sta se vuelve a repetir )Hb " Ha*. 0ara realizar un ciclo de traba%o igual al 5J se necesita colocar el resistor (1 entre la
En este caso el circuito entrega un solo pulso de un anc#o establecido por el dise-ador. El es$uema de cone/i!n es el $ue se muestra. La f!rmula para calcular el tiempo de duraci!n )tiempo en el $ue la salida est en nivel alto* es
&!tese $ue es necesario $ue la se-al de disparo sea de nivel ba%o de mu corta duraci!n para iniciar la se-al de salida.
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"Primer montaje' onfi!uración del """ como %onoestable +o0-edisparable
VII. )esarrollo de la pr/ctica
En el osciloscopio se mostraba lo siguiente
l mover la perilla del osciloscopio muestra lo siguiente 0,e!undo montaje' onfi!uración del """ como 1stable
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restablecer la figura, por lo $ue no se tienen imgenes al respecto. 0&ercer montaje' 1plicación' %odulador de anco de pulso 3 de posición de pulso
En el osciloscopio se mostro lo siguiente
Se deb'a medir una se-al de =@pp luego si conectarlo para energizar el circuito.
l mover las perillas del potenci!metro, esta grfica variaba la pro/imidad de cada ciclo la altura de la misma, pero debido a realizar esa prueba se perdi! la imagen del osciloscopio resulto imposible volver a
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Luego se midi! la se-al de salida
;
ebido a $ue ( deb'a ser de =K, se utilizaron resistencias acomodadas en serie
con un valor igual debido a $ue no se ten'a otro potenci!metro a disposici!n. Hambin se midi! con el osciloscopio la entrada moduladora
El
En el tercer monta%e, al ser un monta%e con resistencia con una se-al constante una resistencia constante, se usaron los siguientes acomodos en el osciloscopio Time ¿
=0,5 v
Time ¿
=50 µS
Frecuencia=2246 Hz
0uarto montaje' 1plicación4 %odulador de anco de pulso 3 de posición de pulso
Luego se midi! la se-al $ue entraba por la entrada moduladora por medio del pin
En el tercer monta%e, al ser un monta%e con resistencia con una se-al constante dos resistencias constantes, se usaron los siguientes acomodos en el osciloscopio
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Time ¿
=0,5 v
Time ¿
7
1500
=50 µS
1000
Frecuencia=8605 Hz
tH (µs)
500 0
VIII. 1n/lisis de -esultados
0
"Primer montaje' onfi!uración del """ como %onoestable +o0-edisparable
5000
10000
15000
RA(Ω)
5. 3odificando el valor de la resistencia
variable ( )medirla con el mult'metro* disparando el 555 mediante una se-al de relo% de ba%a frecuencia )unos 1 M>z* introducida en H(IG, construir una grfica en $ue aparezca el tiempo de duraci!n t> de los impulsos de salida frente al valor de la resistencia ( )tomar unos veinte valores a%ustar para obtener la constante de proporcionalidad del comportamiento lineal esperado*.
2. Comentar el resultado obtenido e/plicar
el mecanismo de funcionamiento )a partir del es$uema de blo$ues del 555* de su comportamiento como monoestable )analizar los procesos de carga descarga del condensador C*. -ta' El Circuito 3onoestable funciona como
un disparador. l aplicar un pulso negativo en la pata 2 )trigger* menor a 1F= @cc la salida se pone en estado alto.
-ta' Con la formula
El volta%e a travs del capacitor crece e/ponencialmente en un periodo de t> N 1,1 ( C l final de ese tiempo el volta%e es igual a 2F= @cc.
t H =1,1∗ RA∗C
Con un capacitor cermico 1B -1(6#
t(7s#
-1(6#
t(s#
5 1 15 2 25 = =5 B B5 5
55 11 145 22 2;5 == =75 BB B65 55
55 4 45 ; ;5 7 75 6 65 1
45 44 ;15 ;; 725 77 6=5 66 1B5 11
Grfica correspondiente
Este tipo de circuitos se basa en la carga descarga del capacitor C. l aplicar un pulso negativo )menor a 1F= @cc* en el terminal 2 )trigger* el flip"flop interno del integrado coloca la salida en estado alto levanta el cortocircuito a travs del capacitor. En ese momento el capacitor comienza a cargarse e/ponencialmente, durante un periodo igual a tN1,1( C l finalizar ese tiempo el capacitor estar cargado con un valor de 2F= @cc. Entonces el comparador resetea el flip"flop el cual lleva la salida a estado ba%o descarga el capacitor. Hanto la carga como el l'mite del comparador son ambos directamente proporcional al
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volta%e de alimentaci!n, el intervalo de tiempo es independiente de dic#o volta%e urante el ciclo temporizado cuando la salida esta a nivel alto cual$uier aplicaci!n de un pulso negativo en el trigger no tendr efecto sobre el temporizado siempre cuando el nivel del trigger regrese al nivel alto 1uS antes del fin del tiempo temporizado. Sin embargo el circuito puede ser reseteado durante el ciclo temporizado aplicando un pulso negativo en el terminal de reset. La salida volver a estar a nivel ba%o, #asta $ue se produzca otro pulso sea aplicado al trigger. Cuando la funci!n de reset no se use, es recomendable conectarla a @cc para evitar activaciones en falso. En la operaci!n monoestable el trigger deber! estar en el nivel alto antes del fin del ciclo temporizado. En las grficas obtenidas se puede apreciar una forma mu similar a lo $ue se aprecia normalmente en la grfica de carga de un capacitor, lo diferente de la imagen puede ser causado por cual$uier interferencia producida al energizar el monta%e.O=P 8. 3odificar la frecuencia de relo% en el rango
5Q15M>z medir el valor de ( cuando el ciclo de traba%o se #ace prcticamente del 1J. Construir una grfica con los datos razonar su comportamiento. -ta' Con una frecuencia de 6;57 >z con un
valor de ( de 6,= K se obtuvo la siguiente grfica $ue fue la ms estable, por lo $ue se supuso es el 1J del ciclo de traba%o, a $ue muestra tambin la carga descarga del capacitor.
6
0,e!undo montaje' onfi!uración del """ como 1stable 5. 3edir el periodo, H el tiempo de alta t>,
de la se-al de salida para distintos valores de ( ( )primero de%ar una de ellas fi%a modificar la otra para construir una grfica, despus #acer lo mismo para la otra, medir unos veinte valores para cada grfica*.
&(7s#
-;(6#
&(7s#
2 5 7 11 1B 1; 2 2= 24 26
;27 ;; 712 75B 764 6=7 67 122 14B 114
=2 =5 =7 B1 BB B; 5 5= 54 56
11B7 116 12=2 12;B 1=14 1=57 1B 1BB2 1B7B 1524
&abla 2 dejando -; fijo en 59:6 -;(6#
&(7s#
-;(6#
&(7s#
2 5 7 11 1B
1B1B 1B=5 1B54 1B;; 1B67
=2 =5 =7 B1 BB
142B 14B5 1444 147; 1;7
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1;
1516
B;
1;26
2
1
15B
5
1;5
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2=
1541
5=
1;;1
24
11
1572
54
1;62
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26
14=
56
171=
12
m 1=
1526 − 728 5900 − 200
=
0,14
0Gr/fica tabla 5 m 2=
1800
1813 − 1414 5900 − 200
=
0,07
1600
La relaci!n $ue #a entre las pendientes de ambas grficas es $ue la primera pendiente )cuando ( era un valor fi%o* es el doble $ue la segunda pendiente.
1400 1200 1000
tH (µs)
800
2. Calcular, con algunos de los valores a
600 400 200 0 0
2000 4000 6000 8000
medidos, el ciclo de traba%o )J del tiempo en $ue la se-al de salida es LH* de la se-al de salida del 555 configurado como oscilador, compararlo con el valor te!rico $ue se obtendr'a para los valores de ( (.
RB(Ω)
-ta' 0or medio de la formula
( )=
CT
0Gr/fica tabla 2
t H t H + t L
=
RA + RB
RA + 2 RB
2000
?sando los valores de cuando
1800 1600
•
1400 1200
tH (µs)
•
1000 800 600 400 200 0 0
2 valores de cuando ( es estable ( varia 2 valores de cuando ( es estable (a var'a
-1 (6#
-; (6#
& (<#
1 1 2 56
2 56 1 1
,67 ,;2 ,5 ,41
2000 4000 6000 8000
RA (Ω)
8. E/plicar, a partir del es$uema de blo$ues
del 555, el funcionamiento del temporizador como oscilador )analizar los procesos de carga descarga del condensador C* -ta'
0Operaciones de la pendiente
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1=
2. ibu%ar la forma de onda de la entrada
En este modo se genera se-al cuadrada oscilante de
moduladora la de salida. E/plicar el resultado obtenido. -ta'
una La forma de onda de la salida )0in =
frecuencia A N 1FH N 1.BB F OC)(aR2(b*P La se-al cuadrada tendr como valor alto @cc )apro/imadamente* como valor ba%o @. Si se desea a%ustar el tiempo $ue est a nivel alto ba%o se deben aplicar las f!rmulas Salida a nivel alto H1 N .46=)(aR(b*C Salida a nivel ba%o H2 N .46=(bC
La forma de onda de la entrada moduladora )0in5*, es mu similar a la del funcionamiento monoestable del primer monta%e con unas interferencias, pero aun as' sigue siendo una se-al cuadrada a pesar de alimentarse con una senoidal.
Este comportamiento tambin es llamado como stable. OBP 0&ercer montaje' 1plicación' %odulador de anco de pulso 3 de posición de pulso 5. 8En $u modo de operaci!n se encuentra
el 555 por $u:
0uarto montaje' 1plicación4 %odulador de anco de pulso 3 de posición de pulso
-ta' SegDn el comportamiento presentado
5. 8En $u modo de operaci!n se encuentra
por la figura debido a $ue la se-al @cc se mantiene en un nivel alto estable durante el periodo #allado t>., adems de las similitudes con lo $ue respecta a la figura mostrada por el osciloscopio a la $ue se mostro con el primer monta%e a $ue solo se diferencian por ciertas interferencias de la grfica cuando se est mostrando la entrada moduladora, la operaci!n de este es monoestable.
el 555 por $u: -ta'
Homando en cuenta el diagrama circuital usado en esta aplicaci!n con el utilizado en el segundo monta%e, adems de la similitud entre las grficas su comportamiento, se dice $ue la operaci!n del 555 en este monta%e es TstableU.
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diferencia del monta%e anterior, solo se tomo en cuenta la salida por medio del pin
moduladora la de salida. E/plicar el resultado obtenido. -ta'
1B
Las aplicaciones $ue se pueden realizar gracias al uso del integrado &E555 son un temporizador, oscilador, divisor de frecuencia, modulador de frecuencia generador de se-ales triangulares, pero por medio del informe se realizaron solamente las aplicaciones de oscilador de modulador de frecuencia, por lo $ue se pueden utilizar esos conocimientos para aplicarse en la creaci!n de diversos proectos.
=. -eferencias ;iblio!r/ficas
La forma de onda obtenida es una onda cuadrada, lo $ue no concuerda al energizarse con una se-al triangular, aun$ue puede obtener esa forma en ciertas condiciones, lo $ue muestra es un comportamiento de un temporizador como oscilador.
>5? ViMipedia la enciclopedia libre, 0gina
Veb, Circuito Integrado 555 #ttpFFes.WiMipedia.orgFWiMiFCircuitoXintegrado X555 >2? atas#eet catalog, pgina Web, &E555 ht t p: / / www. d at as hee t c at al og. c om/ dat as hee t s _pdf /
I=. onclusiones
N/ E/ 5 / 5 / NE5 55 . s h t ml
En el transcurso de la prctica de laboratorio se realizaron B monta%es para aprender sobre las caracter'sticas funcionamientos del circuito integrado &E555, en donde los dos primeros monta%es se conoc'a sobre la funci!n $ue cumpl'a el circuito al acomodarlo de cierta manera, mientras $ue en los Dltimos dos se deb'a diferenciar la funci!n $ue estaba cumpliendo el &E555 al acomodarlo con valores constantes, a $ue los primeros monta%es usaban resistencias variables.
>8? Yona Hecno, 0gina Veb, (ecursos de
El condensador adicional $ue se utilizaba en cada monta%e tenia la funci!n de disminuir el ruido provocado por el circuito, pero al utilizarse a no sonaba ruido alguno, por lo $ue el ruido sin el capacitor a era lo suficientemente ba%o.
electr!nica #ttpFFWWW.zonatecno.netFElectronicaF(ecurso sFCircuito"3onoestable"con"el"555.#tml >@??v,
0gina Veb, Electr!nica, #ttpFFWWW.uv.esFmarin%lFelectroF555.#tm
555