El Circuito Integrado 555

El temporizador 555 fue introducido al mercado en el año 1971, por la empresa Signetics Corporation con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (el Circuito integrado máquina del tiempo"), que en esos momentos era el único integrado de su tipo disponible. Este IC fue para los experimentadores y aficionados un dispositivo barato con el cual podían hacer muchos proyectos. Este IC es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en Frecuencia modulada (FM.).

En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular hoy en día. Pero la versión original sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos (claro está para hacerlo mejor).

Hoy en día, si han visto algún circuito comercial moderno, no se sorprendan si encuentran un IC 555 trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj para el resto del circuito.

Este excepcional Circuito Integrado muy difundido en nuestros días nació hace 30 años y continúa utilizándose actualmente.

Descripción de las patillas o pines del 555

A continuación podemos ver la configuración de pines o patillas del 555

Se puede ver de la figura que independientemente del tipo de encapsulado la numeración de las patillas es la misma.

Tierra o masa: Es en este pin, donde se conecta la tierra o masa.

Disparo: 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: Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que este conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será 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)

Reset: 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 "reinicie o reset"

Control de voltaje: Cuando el temporizador 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 (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). El voltaje aplicado a la patilla # 5 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 capacitor de 0.01uF para evitar las interferencias

Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555  y se utiliza para poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo

Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los mas importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable.

Circuito Interno de un 555

En la figura 1, se puede observa el circuito interno del 555 sin estar conectado en ningún tipo de configuración. Más adelante se explicará el funcionamiento de éste según se expliquen sus configuraciones.

Figura 1: Circuito Interno de un 555

Cabe destacar que este el un esquema simplificado del 555, ya que éste en realidad posee muchos más dispositivos internos. Este es solo un esquema para fines de explicación.

Modo Monoestable

El 555 en modo monoestable, funciona de la misma manera que un multivibrador monoestable. Esto es, que funciona como un temporizador que reacciona con una señal de entrada, y después de un tiempo W éste vuelve a su estado normal. En la figura 2.1 se puede observar la configuración del 555 en modo monoestable.

Como se puede observar, al IC se le conectan 3 elementos externos, 2 capacitores y una resistencia.

En la figura 2.2 se muestra la configuración en monoestable desde el punto de vista interno, al partir del cual se explicará su funcionamiento.

Figura 2.1

En este diagrama funcional simplificado se puede observar 2 OPAM, los cuales determinan un punto de conmutación para poder enviar una señal de salida que active una de las entradas del Flip-Flop. Los puntos de conmutación se determinan con las siguientes fórmulas:

PCS = 2Vcc/3

PCI = Vcc/3

Estos puntos de conmutación determinan la cantidad de voltaje necesario para activarse.

Figura 2.2: Conexión Monoestable vista desde su circuito interno

Inicialmente Q está en alto, lo que satura el transistor NPN y descarga el capacitor, lo que hace que Q' esté en bajo. Cuando se pone una entrada de disparo, la cual es negativa, el PCI se activa poniendo a Q' en alto y Q en bajo, lo que corta el NPN y provoca que el capacitor se cargue a través de la resistencia, eso será lo que de el tiempo de retardo. Cuando el voltaje da carga del capacitor sea mayor del PCS, anteriormente establecido por la fórmula, el OPAM del PCS dará un uno a su salida y pondrá a Q en alto, y por lo tanto a Q' en bajo. Lo que satura el transistor y descarga al capacitor. Entonces el 555 se mantiene así hasta que vuelva a poner una entrada de disparo. Todo esto dará una gráfica como la que se muestra en la figura 2.3.

Figura 2.3: Gráfica de Funcionamiento de un 555

La fórmula para calcular el tiempo de retardo es:

W = 1.1* R* C

Las aplicaciones de un 555 monoestable son infinitas y además es fácil de diseñar.

Modo Astable

El 555 también puede funcionar en modo Astable, como un multivibrador astable, tal que se mantiene generando una señal de oscilación constante sin la necesidad de la aplicación de un pulso de excitación externa. En la figura 3.1, se puede observa la configuración externa de un 555 en modo Astable.

En la figura 3.2 se puede observar la configuración del 555 en modo astable desde el punto de vista interno, que como en el anterior, éste es el esquema que se utilizará para explicar su funcionamiento.

Como se puede observar para esta configuración se utilizan 2 capacitores y 2 resistencias.

Al igual que en el modo monoestable, en el astable éste posee unos puntos de conmutación, PCS y PCI, los cuales se calculan de la misma manera que como se dijo anteriormente.

Como en este caso hay 2 resistencias en serie, la constante de carga del capacitor será (R1 + R2) C.

Al igual que en el monoestable el Q comienza en alto, por lo que se satura el transistor NPN y se descarga el capacitor a través de R2, se recuerda que como Q' es el complemento de Q, éste estará en bajo y por tanto la salida también.

Entonces cuando la tensión en el capacitor, disminuya el 1/3 de Vcc el PCI dará un 1 a su salida poniendo a Q' en alto, y Q se va a nivel bajo, se corta el NPN y se comienza a cargar el capacitor.

Con el tiempo el voltaje de carga del capacitor pasará los 2/3 Vcc y se activará el PCS dando un 1 a la salida poniendo a Q en alto y a Q' en bajo nuevamente. Se satura el NPN, descarga el capacitor, y así se repite el proceso otra vez, hasta que se le desconecte el voltaje. Todo este alto y bajo tendrá como consecuencia que el 555 esté oscilando una señal, como se muestra en la figura 3.3.

La fórmula para calcular la frecuencia de oscilación del astable es:

F = 1 / (1.44 (R1 + 2R2)) (C)

El 555 en modo astable, también tiene el factor denominado: Ciclo de Trabajo, el cual es la diferencia que existe entre las 2 pulsaciones de su oscilación.

Figura 3.3: Señal de salida del 555 en Astable

La fórmula para calcularlo es: D = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)

La configuración del 555 en astable es igual de útil que la del monoestable, aunque su diseño es un poco más complicado que la éste. El 555 en modo astable ofrece una inmensa cantidad de usos, tanto industriales como residenciales.

En la figura 3.4 se muestra un ejemplo de la conexión de un 555 en astable de otra manera, en función de su diseño en software, o como guía para montaje en medios reales.

Figura 3.4: Configuración Astable 2

Modo Oscilador controlado por Tensión

En este modo de funcionamiento, el 555 tiene un voltaje de referencia para PCS diferente. Ahora en vez de ser un capacitor, es un potenciómetro. Sucede que ahora, la frecuencia podrá ser variada en base a un voltaje que se tome de referencia a través de R. Esta configuración es denominada VCO (por sus siglas en inglés: Voltage Controlled Oscillator), o también Convertidor de Voltaje a Frecuencia.

En la figura 4 se muestra el esquema de conexión exterior del 555 en esta configuración.

Figura 4: Configuración VCO

De esta manera mencionar que, el capacitor que se le conecta en el pin 5, en sus modos monoestable y astable, sirve para 2 funciones básicas: una es la de tomar un voltaje de referencia para PCS, además de las resistencias internas, y la otra la de filtrar la señal de salida, ya que si le variamos dicho capacitor podríamos notar como la señal se va transformando.

Este es también uno de los modos de funcionamiento más usado del 555, ya que nos permite variar la frecuencia de oscilación, lo cual puede cumplir con muchas aplicaciones de la vida diaria.

Otras Aplicaciones y Circuitos

Alarma para Automóvil

Se utilizan 2 IC. 555 o 1 IC 556 (tiene dos temporizadores en uno sola integrado)

  El primer 555 provee el tiempo necesario de retardo para "armar" el circuito (salir del carro) y permite también el tiempo de retardo para entrar al auto y desactivar la alarma.

Este tiempo depende de los valores de Ra y Ca.

Alarma para Auto con 555

Cuando el tiempo dado por el primer temporizador termina, sin que la alarma se apague, éste activa el segundo temporizador que a su vez activa la sirena por un tiempo que depende de los valores de Rb y Cb.

Inmediatamente después de la activación inicial de la alarma, el SCR previene que le segundo temporizador se dispare.

Después del tiempo de salida dado por el primer temporizador, el segundo temporizador podrá se activado por cualquiera de los censores, o por el primero, después del tiempo de retardo de entrada.

Control Automático de Luces

Este circuito le ayudará a encender luces automáticamente a la hora en que la luz del día desaparezca. Perfecto para iluminar lugares solos, la luz de jardín, etc.

El temporizador 555 se comporta como un comparador. Mientras la entrada (nivel de voltaje) de la patilla # 2 esté por debajo de un nivel que es necesario para disparar el temporizador, la salida (patilla # 3) estará nivel alto activando el Relay que conectará a su vez la lámpara o bombillo que dará la Luz.

El elemento que causa que el nivel de voltaje en la patilla de entrada (patilla #2) varíe es la resistencia dependiente de la luz (LDR). Esta variación se da al pasar de día a noche y así se inicia la activación de la luz. Este circuito utiliza un transformador, 2 diodos rectificadores y un condensador electrolítico para obtener el voltaje en corriente continua necesaria para que el 555 funcione. Este voltaje es de aproximadamente 16 voltios. El potenciómetro de 100K es necesario para ajustar el nivel de luz que hará que el circuito funcione bien.

Control Automático de Luces con 555

Control de Temperatura con 555

Este circuito mantendrá la temperatura de la habitación a un nivel agradable que depende del termistor (resistencia que varía su valor de acuerdo a la temperatura). Si sube la temperatura más rápido gira el ventilador. Hay que cuidar de que la temperatura no tenga siempre al ventilador al máximo. Esto se controla variando, si es necesario, la resistencia de 2.7 K.  

El temporizador esta conectado como oscilador  y al frecuencia base es establecida por las 2 resistencias de 100 K y el condensador de 0.047 µF

El termistor, al variar el valor de su resistencia dependiendo de la temperatura ambiente, varía el valor del nivel de voltaje que se aplica a la patilla # 5 (control) del 555.

Esto causa que la frecuencia a la que oscila el temporizador se modifique de su valor base establecido.

La salida de este oscilador (patilla # 3 del 555) es aplicada a un transistor que a su vez maneja el pequeño motor eléctrico de ventilador de 12 Voltios.

 

Control Automático de Temperatura con 555

Índice

Bibliografía

Las fuentes de información para este trabajo fueron las siguientes:

• Principios de Electrónica; Malvino

• Prácticas de Electrónica; Angulo

• www.unicrom.com/Tutoriales/el_temporizador_555_.asp

• www.cienciasmisticas.com.ar/electronica/semi/555/