Introducción El circuito integrado 555 Inicialmente fue desarrollado por la firma Signetics. En la actualidad es construido por muchos otros fabricantes. Entre sus aplicaciones principales cabe destacar las de multivibrador estable (dos estados metaestables) y monoestable (un estado estable y otro metaestables), detector de impulsos, etcétera.
Historia del 555 En 1970, Hans Camenzind, un ingeniero nacido en Suiza y que luego de terminar su educación secundaria viajó a Estados Unidos para realizar los estudios de ingeniería, se tomó un mes de vacaciones de su empleo en Signetics (ahora Philips) para escribir un libro y en vez de volver al final de las vacaciones, le pidió a la companía que lo contratase como consultor durante un año, para usar los principios del oscilador controlado por tensión o VCO en el desarrollo de un circuito integrado temporizador; esta idea no era del agrado del departamento de ingeniería de Signetics, pero afortunadamente a Art Fury, el hombre de mercadeo de la empresa, la idea lo entusiasmó y le dio el contrato a Camenzind, quien luego de seis meses, completó el diseño final ( los primeros diseños no hacían uso de redes RC para la temporización y por ello preveían un circuito integrado de 14 pines, mucho más complejo y caro), el 555 fue pionero en muchos aspectos, no solo fue el primer circuito integrado temporizador, también fue el primero en venderse desde su salida al mercado a bajo precio (U$ 0,75), cosa nunca hecha hasta entonces por ningún productor de semiconductores. Cabe acotar que por las diferencias entre Camenzind y el departamento de ingeniería de Signetics, el proyecto durmió durante un año antes de ser finalmente producido en masa por Signetics. El temporizador 555 fue introducido en el mercado en el año 1972 por esta misma fábrica con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" ( El El Circuito Integrado Máquina del Tiempo ). Este circuito tiene muy diversas aplicaciones, y aunque en la actualidad se emplea mas su remozada versión CMOS desarrollada por Dave Bingham en Intersil, se sigue usando también la versión bipolar original, especialmente en aplicaciones que requieran grandes corrientes de parte de la salida del temporizador.
Características 1. 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.) 2. Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida.
3. 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 resistores iguales R. En el gráfico se muestra el número de pin con su correspondiente función. 4. 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. El 555 está compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistores 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 16 pines.
Descripción de las terminales del Temporizador 555 1. 2.
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GND (normalmente la 1): es el polo positivo de la alimentación, generalmente tierra. Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 74ls04 se "resetee". Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monoestable. 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 0.01μF para evitar las interferencias. Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.
Funcionamiento del Circuito Integrado 555 El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable. Puede también configurarse para por ejemplo generar formas de onda tipo Rampa
ESTRUCTURA INTERNA La circuitería interna del 555 según National Semiconductors, es la siguiente:
El diagrama de conexión es el siguiente:
Aplicaciones Multivibrador Astable del 555 +5V
A continuación, se muestra el circuito para que el 555
RA 1k
funcione en modo astable:
555
1 G nd 2 T rg 3 O ut 4 R st
Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2 y C, según las fórmulas siguientes:
V cc8 D is7 T hr6 C tl5
RB 1k
RL 10k +
C1 .01uF
[Segundos]
y [Segundos]
La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:
El período es simplemente: También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso ( D) de la señal de salida según la siguiente expresión:
Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta).
+
CT .1uF
Multivibrador monoestable con el 555
A continuación, se muestra el circuito para que el 555 funcione en modo monoestable:
El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en nivel alto) es: [s] [s]
El multivibrador moestable tiene dos estados en uno su salida nos da 0V pero cuando pulsamos P1 la salida sacara +VCC durante el tiempo que hayamos 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 invertirá 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 vuelve a su estado inicial sacan do un 0 y el condensador se descarga por TR14 que actúa 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.
Multivibrador biestable con el 555
A continuación, se muestra el circuito para que el 555 funcione en modo biestable:
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 está 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 está 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 multimetro, 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. 5. 6. 7.
Curso Práctico de Electrónica Digital, editorial CEKIT, págs: 202-205. http://www.national.com - datasheet del 555 http://www.onsemi.com -datasheets de los otros integrados. http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
