CIRCUITO INTEGRADO 555Luis Manuel Ortiz, Luis Miguel Morales, Fernando Casasbuenas ,Cristian Trujillo, Juan Rafael Mendez

Universidad de CartagenaFacultad de Ingeniería – Programa de Ingeniería de Sistemas

Cartagena de Indias D. T. y C., 01 de Octubre de 2010

[1] Introducción

El temporizador 555 fue introducido al mercado en el año 1971, por la empresa SigneticsCorporation 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.).

El 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de sí dos comparadores de voltaje, un flip-flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de cómo se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran número de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable. Este integrado se puede aplicar a diversas aplicaciones, tales como:

Control de sistemas secuenciales Generación de tiempos de retraso Divisor de frecuencias Modulación por anchura de pulsos Repetición de pulsos Generación de pulsos controlados por tensión, etc.

[2] Marco teórico

Los circuitos multivibradores son utilizados para generar ondas digitales de forma continua o discontinua controlada por una fuente externa. Un multivibradorastable, es un oscilador cuya salida varía entre dos niveles de voltaje a una razón determinada por el circuito RC. Un multivibrador monoestable produce un pulso que comienza cuando el circuito recibe la señal o disparo, la duración del pulso es controlada por el circuito RC. La figura 1 demuestra el diagrama de bloque funcional del IC 555 timer.En cualquier caso, las conexiones de los pines son las siguientes:

1. Tierra.2. Entrada del disparador.3. Salida.4. Entrada de reajuste.5. Controle el voltaje.6. Entrada del umbral.7. Descarga.8. +V CC +5 a +15 voltios en uso normal.

La operación del contador de tiempo 555 gira alrededor de los tres resistores que forman un divisor del voltaje a través de la fuente de alimentación, y de los dos comparadores conectados con este divisor del voltaje. El IC es quieto siempre y cuando la entrada del disparador (el pin 2) permanece en +Vcc y la entrada del umbral

(el pin 6) está en la tierra. Asuma la entrada de reajuste (el pin 4) está también en +Vcc y por lo tanto inactivo, y que la entrada del voltaje del control (el pin5) es no relacionado. Bajo estas condiciones, la salida (el pin 3) está en la tierra y el transistor de la descarga (se gira el pin 7), así poniendo a tierra lo que está conectada con este pin. Los tres resistores en el divisor del voltaje todos tienen el mismo valor (5K en la versión bipolar de este IC), así que los voltajes de la referencia del comparador son 1/3 y 2/3 del voltaje de fuente, lo que ése puede ser. La entrada del voltaje del control en el pin 5 puede afectar directamente esta relación, aunque la mayoría del tiempo este pin es inusitado. El flip-flop interno cambia el estado cuando la entrada del disparador en el pin 2 se tira hacia abajo debajo de +Vcc /3. Cuando ocurre esto, la salida (el pin 3) cambia el estado a +Vcc y el transistor de la descarga (el pin 7) se da vuelta apagado. La entrada del disparador puede ahora volver a +Vcc; no afectará el estado del IC. Sin embargo, si la entrada del umbral (el pin 6) ahora se levanta arriba (2/3)+Vcc, la salida volverá a la tierra y el transistor de la descarga será girado otra vez. Cuando la entrada del umbral vuelve a la tierra, seguirá habiendo el IC en este estado, que era el estado original cuando comenzamos este análisis. La manera más fácil de permitir el voltaje del umbral (el pin 6) a gradualmente se levanta a (2/3)+Vcc debe conectarlo con un condensador que es permitido para cargar a través de un resistor. De esta manera podemos ajustar los valores de R y de C para que haya casi cualquier momento intervalo que puede ser que deseemos. Los 555 pueden funcionar en modo monoestable o astable, dependiendo de las conexiones a y del arreglo de los componentes externos. Así, puede cualquier producto un solo pulso cuando está accionado, o puede producir un tren de pulso continuo mientras sigue accionado. El microcircuito 555 es un circuito de tiempo que tiene las siguientes características:

La corriente máxima de salida es de 200mA cuando la terminal (3) de salida se encuentra conectada directamente a tierra.

Los retardos de tiempo de ascenso y descenso son idénticos y tienen un valor de 100ns.

La fuente de alimentación puede tener un rango que va desde 4.5 Volts hasta 16 Volts de CD.

Los valores de las resistencias R1 y R2 conectadas exteriormente van desde 1Ohm hasta 100KOhm para obtener una corrimiento de temperatura de 0.5% a 1% de error en la precisión, el valor máximo a utilizarse en la suma de las dos resistencias es de 20M Ohm.

El valor del capacitor externo contiene únicamente las limitaciones proporcionadas por su fabricante. La temperatura máxima que soporta cuando se están soldando sus terminales es de 330 centígrados

durante 19 segundos.

La disipación de potencia o transferencia de energía que se pierde en la terminal de salida por medio de calor es de 600mW.

Por otro lado el resultado de la salida es una onda cuadrada en la cual el "Duty Cycle" depende de los valores de R1 y R2. La frecuencia de oscilación está dada por la siguiente fórmula:

Seleccionando R1 y R2, la salida del "Duty Cycle" puede ser ajustada. Sabiendo que C externa se carga por R1 y R2, y se descarga solo por R2 obteniendo así casi un "Duty Cycle" del 50% el cual está dado por la siguiente ecuación:

[3] Procedimiento experimentalExperimento 1SimulaciónPara R1 = 3.3KΩ, R2 = 15KΩ

Periodo T = 130.8105µsFrecuencia f = 7.645KHz

Para R1 = 15KΩ, R2 = 3.3KΩ

Periodo T = 129.6140µsFrecuencia f = 7.715KHz

El margen de error fue de 28.95%.

- Diseñar un circuito con el 555 timer que tenga una frecuencia de salida de 10KHz y un dutycycle de 95%.

f= 1,44

(R1+2R2 )C ext

DC=R1+R2R1+2 R2

100%

R1+2 R2=1,44f C ext

(1)

R1+2 R2=R1+R2DC

100% (2)

Igualando (1) y (2)

1,44f C ext

=R1+R2DC

100%

R1+2 R2=1,44DCf Cext

(3)

(1) - (3) si Cext = 0,01 µF

R2=1,44f C ext

−1,44 DCf C ext

= 1,44f Cext

(1−DC )

R2=1,44

(10k ) (0,01 μ )(1−0,95 )= 1,44

(10k ) (0,01μ )(0,05)

R2=0,0720,10m

=0,72KΩ

R2=1,44f C ext

−2R2=1,44

(10k ) (0,01μ )−2(0,72K )

R2=1,440,1m

−1,44K=14,4K=12,96KΩ

- Calcular teóricamente la frecuencia y el dutycycle.

f= 1,44

(R1+2R2 )C ext= 1,44

(3,3K+2 (15K ) )(0,01µf )

f= 1,44(3,3K+30K )(0,01µ f )

= 1,44(33,3K )(0,01µ f )

f= 1,440,333m

=4,324KHz

DC=R1+R2R1+2 R2

100%= 3,3K+15K33,3K+2(15K)

100%

DC=18,3K33,3K

100%=54.955%

- Repetir ahora tomando R1 = 15KΩ , R2 = 3.3 KΩ.

f= 1,44(15K+6.6K )(0,01µ f )

= 1,44(21.6K )(0,01 µf )

f= 1,440.216m

=6.6KHz

DC=R1+R2R1+2 R2

100%= 15K+3.3K15K+2(3.3K)

100%

DC=18,3K21.6K

100%=84.72%

2. C.I. 555 USADO COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE: Armar el circuito de la figura P10.4 en el que tanto SW1 como SW2 están por el momento abiertos. Cerrar ahora el interruptor SW1 con lo que el nivel en la salida (pin 3) se debe ir a alto, i.e. el LED deberá encender. Reportar la duración de este pulso en la tabla T10.1, cambiando para cada renglón de dicha tabla al capacitor "C" ahí indicado.

TeóricoPara C = 1µFPeriodo T = 1.1RC = (1.1)*(100KΩ)*(1µF) = 0.11seg = 110msPara C = 10µFPeriodo T = 1.1RC = (1.1)*(100KΩ)*(10µF) = 1.1segPara C = 100µFPeriodo T = 1.1RC = (1.1)*(100KΩ)*(100µF) = 11seg

Práctico

SimulaciónPara C = 1µF

Periodo: T = 109.9784ms = 0.1099784segPara C = 10µF

Periodo: T = 1.1000segPara C = 100µF

Periodo: T = 10.9936segC

R=100KΩt Teóricot=1.1RC

t Práctico t Simulación

1μF 0.11seg 0.1099784seg 0.1099784seg10μF 1.1seg 0.54 seg 1.1000seg100μF 11seg 11.34 seg 10.9936seg

En la simulación el margen de error fue de 0.038%; y en la práctica fue del 18%, con lo cual se puede ver que la práctica estuvo muy acorde a lo esperado.

3. C.I. 555 USADO COMO MULTIVIBRADOR BISTABLE: Empleando el mismo circuito que se usó para el Multivibrador Monoestable (Fig. P10.4), cerrar el interruptor SW1 y SW2.Se pudo ver que al estar ambos interruptores cerrados, el LED permaneció prendido. Si se vuelve a presionar SW1, no pasa nada, el LED permanece prendido. Al abrir el interruptor SW2 el LED permanece encendido hasta que el capacitor C se descarga.4. C.I. 555 USADO COMO MULTIVIBRADOR ASTABLE: Armar el circuito de la figura P10.5 y comprobar con el osciloscopio, que en el pin 3 tenemos una señal cuadrada. Poner el potenciómetro P1 en cero Ohms y medir la frecuencia máxima a la que está operando el circuito; llenar la tabla T10.2. Repetir para cuando el potenciómetro P1 está en su máxima resistencia.Teórico

R1= 390Ω R2=1MΩta = 0.693*(R1+R2)*C = 0.693(1MΩ+1KΩ)(1µf) = 0.693stb = 0.693*R2*C1 = 0.693(1MΩ)(1µf) = 0.693s

T= ta+tb = 0.693 s + 0.693 s = 1.386 sF = 0.7215 Hz

DC=R1+R2R1+2 R2

100%= 390Ω+1MΩ390Ω+2(1MΩ)

100%

DC=1000398Ω2000390Ω

100%=50.0097%

R1= 1Ω R2=390 Ω

ta = 0.693*(R1+R2)*C = 0.693(390Ω+1Ω)(1µf) = 0.27 mstb = 0.693*R2*C1 = 0.693(1Ω)(1µf) = 0.000693 ms

T= ta+tb = 0.27 ms + 0.000693ms = 0.270693 m sF = 3.694 KHz

DC=R1+R2R1+2 R2

100%=391Ω392Ω

100%

DC=99.74%

Frec. Mínima T1 T2 C.T(%) Frec. Máxima

T1 T2 C.T(%)

Teórico 2.6155ms 0,693seg 0,693 seg

50 3,694KHz 0,27ms 0,000693ms 99,74%

Práctico 0.00287KHz 901.7132ms 1.2501s 2.5247KHz 2.2195ms 2.6155ms

Voltaje Máximo 5VVoltaje Mínimo 4.5111X10-18V

Práctico

SimulaciónCon P1 = 1Ω

Periodo T = 396.0873µs → Frecuencia f = 2.5247Hz

Con P2 = 1MΩ

Periodo T = 348.3884ms → Frecuencia f = 0.00287KHz

[4] CUESTIONARIO1. ¿Cuál es la función del capacitor que se pone entre el pin 5 del C.I. 555 y tierra?

La terminal 5 (control de voltaje) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos.Cuando el temporizador 555 se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en este pin puede variar casi desde Vcc hasta casi 0V. Así es posible modificar los tiempos en que el pin 3 está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al 555).Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en este pin en la configuración astable causará que la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).

2. Del circuito de la Figura P10.4, ¿Cuál es la finalidad de poner el capacitor C2?

En el circuito en cuestión se coloca el capacitor C2 para evitarque se produzca un corto.

3. ¿Por qué se conecta el pin 4 del C.I. 555 a Vcc?

Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone el pin 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 "resetee".El terminal de reset puede conectarse directamente al positivo o bien mantener el nivel alto por medio de una resistencia, por ejemplo de 2k2. Al actuar sobre el pulsador, la salida del 555 pasa a nivel bajo directamente. Es como poner el integrado en un estado de reposo.

[5] PROBLEMAS1. Proponer un circuito para realizar un modulador por ancho de pulso (PWM). Ayudarse de la respuesta 1 del cuestionario.

Circuito, implementado con un temporizador 555 en configuración monoestable, que está continuamente disparado por un tren de pulsos aplicado pin 2.

El ancho del pulso de salida (pin 3) puede ser modulado por una señal aplicada a la patita de control (pin 5).En la parte inferior del diagrama se muestran las formas de onda de señal moduladora aplicada al pin 5 del C.I. 555 y de la señal de salida en el pin 3.Se puede ver que el pulso de salida es más ancho cuando la amplitud de la señal moduladora es mayor.

2. Investigar cómo se diseña un Multivibrador Monoestable con el C.I. 74121 y el 74123.

El esquema de abajo muestra cómo un 74121 puede ser conectado. Aquí estamos utilizando el pin 5 (B) para la señal de disparo de entrada que se desencadenará en un pulso de entrada alta. Cuando una entrada de disparo activa el dispositivo, la salida Q pasará a ALTO, como se ilustra en el diagrama de tiempos. La longitud del pulso es determinada por la fórmula Tw = 0.33*Cext*Rext.

Tw = .33 * 20uF * 10K = .066Seconds

3. Cuál es la diferencia básica entre el 74121 y el 74123

El 74121 es un monoestable no redisparable, esto significa que no puede aparecer otro pulso en W sino hasta que el voltaje en Y pase de 2Vcc a su valor original de Vcc. En un monoestable redisparable se prevee un mecanismo para que el voltaje Y se corrija a Vcc cada vez que se dispara el monoestable. Esto le permite reiniciar otro período completo cada vez que es disparado por un pulso en W., los 74122 y 74123 si son redisparables (que puede volver a su estado inicial).

5.- Proponer un circuito con el que se pueda probar al 74121 y otro para el 74123, explotando sus características principales de comportamiento.

Bibliografía

http://r-luis.xbot.es/icdatos/555.html

http://r-luis.xbot.es/icdatos/555.html

http://www.unicrom.com/tut_555.asp

http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/555.htm