¿Qué es el circuito integrado 555?

Uno de los circuitos integrados más populares es el 555. Un chip temporizador que tiene múltiples usos, pero el más difundido es el de oscilador astable. Permite generar ondas cuadradas con una frecuencia precisa. Aquí te mostramos como es internamente y las distintas configuraciones de uso.

Composición interna

El circuito integrado 555 es producido por diversos fabricantes, pero todos mantienen el mismo diseño básico. Tiene internamente elementos analógicos y digitales que le permite generar retardos, oscilar a una frecuencia específica o funcionar como Flip Flop. la imagen a continuación muestra un esquema a bloques de su composición interna.

Composición interna del 555. Vía: Philips AN170

Como podemos ver en la imagen, tenemos 2 comparadores, configurados por 3 resistencias internas del mismo valor. Un flip flop RS, al cual tenemos conectado un transistor y un buffer de salida, para aumentar la corriente de salida. El circuito integrado tiene 8 terminales, las cuales se describen así.

  1. GND: Corresponde a la terminal negativa de la alimentación, generalmente tierra.
  2. Disparo(TRIG): Es la parte del circuito integrado donde se establece el inicio del tiempo de retardo para la configuración monoestable del LM555. Para que ocurra este proceso el pulso disparador disminuye el voltaje (1/3)Vcc, donde Vcc corresponde al voltaje de alimentación.
  3. Salida(OUT): En este pin se puede observar el resultado de la configuración del temporizador eléctrico ya sea como monoestable, estable u otra opción.
  4. Reinicio(RESET): Para un nivel de voltaje por debajo de 0.7 V, tiene la función de poner el pin de salida a nivel bajo. Para evitar el reinicio se deberá conectar este pin a alimentación.
  5. Control de voltaje(CTRL o CONT): Al utilizar el circuito integrado LM555 como controlador de voltaje, el voltaje en esta terminal puede variar teóricamente desde Vcc hasta aproximadamente 0 V, en la práctica la variación es de Vcc – 1.7 V hasta casi 2 V menos.
  6. Umbral(THR o THRES): Corresponde a la entrada de un comparador interno de umbral el cual se emplea para poner la señal de salida a un nivel bajo.
  7. Descarga(DIS o DISCH): Permite descargar el condensador externo al circuito integrado 555 para su funcionamiento.
  8. Voltaje de alimentación(Vcc o Vdd): Terminal positiva de la alimentación, normalmente son valores de 4.5 V hasta 16 V.
Distribución de los pines del 555. Vía: bigtronica.

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Multivibrador monoestable

La configuración del circuito integrado (CI) 555 en configuración multivibrador monoestable es la más sencilla de construir, únicamente se requiere de un capacitor y una resistencia externa al CI LM555. Las conexiones correspondientes al multivibrador monoestable se muestran a continuación:

En la imagen se ve un resistor R conectado a VCC y un capacitor C conectado a tierra por threshold. Las terminales discharge y threshold van conectadas entre sí. Vïa: Philips.

Esta configuración es llamada “de un tiro”, ya que cuando el circuito recibe una señal de disparo genera un solo pulso de la duración especificada. La constante de tiempo es determinada por la combinación de la resistencia y el capacitor, determinando con estos parámetros la duración del pulso.

La longitud de pulso o el tiempo de duración es: T=1.1R*C

Multivibrador astable

La configuración del circuito integrado 555 astable se caracteriza por una salida continua con forma de onda cuadrada o rectangular dependiendo de la frecuencia que se especifique por parte del programador. Las conexiones para realizar un generador de tren de pulso de la configuración astable del circuito integrado 555 se muestra a continuación:

En la configuración astable agregamos 2 resistores y un capacitor al circuito. El ancho de pulso de la salida cuadrada dependerá de la configuración de estos elementos. Vía: Philips

El funcionamiento del generador de tren de pulso astable inicia cuando el circuito se activa, el capacitor C se carga a través de los resistores en serie R1 y R2 que depende de una constante de tiempo 0.693*(R1+R2)C. Cuando el voltaje del capacitor C llega a (2/3)Vcc el flip-flop interno del circuito integrado 555 se restablece, esto activa el transistor de descarga lo que permite descargar la carga almacenada en el capacitor a través del resistor R2 con una constante de tiempo 0.693*R2C. Una vez que el voltaje del capacitor C disminuye a un valor de (1/3)Vcc, el ciclo se vuelve a repetir.

Fórmula para la señal cuadrada o rectangular generada con respeto a la frecuencia: f =1/T=1.44/C (R1 + 2R2)

Donde f es la frecuencia de la señal de salida en la que oscila y T es el periodo.

El periodo esta dado por: T =1/f

Simplificando:

  • Tiempo en alto (Ta) = ln(2) * (R1+R2)*C
  • Tiempo en bajo (Tb) = ln(2)*R2*C

Se debe tener en cuenta que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir, por lo tanto, es la suma del tiempo en alto y el tiempo en bajo (Ta + Tb).

El ciclo de trabajo corresponde a: D =Ta/T

Referencias:

Philips – Application Note AN170

¿QUÉ ES EL CIRCUITO INTEGRADO 555 O LM555?

Using the 555 timer chip on unusual circuits

Vía: Nuts and Volts Magazine