IC 555 Timer - Principio de funcionamiento, Diagrama de bloque, Esquema de circuito
En este tutorial aprenderemos cómo funciona el 555 Timer, uno de los circuitos integrados más populares y ampliamente utilizados de todos los tiempos. Puede ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.
Visión de conjunto
El 555 Timer, diseñado por Hans Camenzind en 1971, se puede encontrar en muchos dispositivos electrónicos que van desde juguetes y electrodomésticos hasta una nave espacial. Es un circuito integrado altamente estable que puede producir demoras y oscilaciones de tiempo precisas. El 555 Timer tiene tres modos de funcionamiento, modo biestable, monoestable y astable.
555 Timer IC Cómo funciona
Dentro del 555 Timer IC
Echemos un vistazo más de cerca lo que hay dentro del 555 Timer y explique cómo funciona en cada uno de los tres modos. Aquí están los esquemas internos del 555 Timer que consta de 25 transistores, 2 diodos y 15 resistencias.
555 Esquemas internos del temporizador
Representado con un diagrama de bloques que consta de 2 comparadores, un flip-flop, un divisor de voltaje, un transistor de descarga y una etapa de salida.
555 Diagrama de bloque de temporizador
El divisor de voltaje consta de tres resistencias de 5k idénticas que crean dos voltajes de referencia a 1/3 y 2/3 de la tensión suministrada, que puede variar de 5 a 15V.
Divisor de voltaje del temporizador 555
A continuación están los dos comparadores. Un comparador es un elemento de circuito que compara dos voltajes de entrada analógica en su terminal de entrada positiva (no inversora) y negativa (invertida). Si el voltaje de entrada en el terminal positivo es más alto que el voltaje de entrada en el terminal negativo, el comparador emitirá 1. Viceversa, si el voltaje en el terminal de entrada negativo es más alto que el voltaje en el terminal positivo, el comparador generará 0.
El primer terminal negativo de entrada del comparador se conecta a la tensión de referencia de 2/3 en el divisor de tensión y al pin de "control" externo, mientras que el terminal de entrada positiva al pin "Umbral" externo.
Por otro lado, el segundo terminal negativo de entrada del comparador está conectado al pin "Trigger", mientras que el terminal positivo de entrada está en el voltaje de referencia 1/3 en el divisor de voltaje.
Entonces, usando los tres pines, Trigger, Threshold y Control, podemos controlar la salida de los dos comparadores que luego se alimentan a las entradas R y S del flip-flop. El flip-flop dará salida a 1 cuando R es 0 y S es 1, y viceversa, dará salida a 0 cuando R es 1 y S es 0. Además, el flip-flop se puede restablecer a través del pin externo llamado "Reset", que puede anular las dos entradas, así reiniciar todo el temporizador en cualquier momento.
Flip-flop del temporizador 555
La salida de la Q-barra de la flip-flip va a la etapa de salida o los controladores de salida que pueden fuente o sumidero una corriente de 200 mA a la carga. La salida de la flip-flip también está conectada a un transistor que conecta el pin de "descarga" a tierra.
555 Timer - Modo biestable
Ahora, hagamos un ejemplo del temporizador 555 funcionando en modo biestable. Para ese propósito, necesitamos dos resistencias externas y dos botones pulsadores.
Los pines Trigger y Reset del IC están conectados a VCC a través de las dos resistencias, y de esa manera siempre son altos. Los dos botones están conectados entre estos pines y el suelo, por lo que si los mantenemos presionados, el estado de entrada será bajo.
Inicialmente, las dos salidas de los comparadores son 0, por lo que la salida del flip-flop y la salida del 555 Timer son 0.
Si presionamos el botón Trigger, el estado en la entrada Trigger se volverá Low, por lo que el comparador generará High y eso hará que la salida de la Q-bar flip-flip sea baja. La etapa de salida invertirá esto y la salida final del 555 Timer será Alta.
555 Timer - Modo monoestable
A continuación, veamos cómo funciona el 555 Timer en modo monoestable. Aquí hay un circuito de ejemplo.
555 modo monoestable temporizador
La entrada del disparador se mantiene alta conectándola a VCC a través de una resistencia. Eso significa que el comparador de disparo emitirá 0 a la entrada S del flip-flop. Por otro lado, el pin de umbral es bajo y eso hace que el comparador de umbral también sea 0. El pin de umbral es realmente bajo porque la salida de la Q-barra del flip-flop es alta, lo que mantiene el transistor de descarga activo, por lo que el voltaje que proviene de la fuente va a tierra a través de ese transistor.
Para cambiar el estado de salida del temporizador 555 a Alto, necesitamos presionar el botón en el pin del disparador. Eso conectará a tierra el pin del disparador, o el estado de entrada será 0, por lo tanto el comparador generará 1 a la entrada S del flip-flip. Esto causará que la salida de la Q-bar sea baja y la salida del 555 Timer sea alta. Al mismo tiempo, podemos observar que el transistor de descarga está apagado, por lo que ahora el condensador C1 comenzará a cargar a través de la resistencia R1.
El temporizador 555 permanecerá en este estado hasta que el voltaje en el capacitor alcance 2/3 del voltaje suministrado. En ese caso, la tensión de entrada del Umbral será más alta y el comparador generará 1 a la entrada R de la flip-flip. Esto llevará el circuito al estado inicial. La salida de la Q-bar se convertirá en High, lo que activará el transistor de descarga y hará que la salida del IC sea Baja nuevamente.
Entonces podemos notar que la cantidad de tiempo que la salida del cronómetro 555 es alta, depende de cuánto tiempo el capacitor necesita cargar a 2/3 del voltaje suministrado, y eso depende de los valores tanto del condensador C1 como del resistencia R1. Podemos calcular esta vez con la siguiente fórmula, T = 1.1 * C1 * R1.
555 Timer - Modo astable
A continuación, veamos cómo funciona el 555 Timer en modo astable. En este modo, el IC se convierte en un oscilador o también se denomina Free Running Multivibrator. No tiene un estado estable y cambia continuamente entre Alto y Bajo sin la aplicación de ningún disparador externo. Aquí hay un circuito de ejemplo del 555 Timer que funciona en modo astable.
555 modo astable del temporizador
Solo necesitamos dos resistencias y un condensador. Los pines Trigger y Threshold están conectados entre sí, por lo que no es necesario un pulso de disparo externo. Inicialmente, la fuente de tensión comenzará a cargar el condensador a través de las resistencias R1 y R2. Mientras se carga, el comparador Trigger emitirá la salida 1 porque la tensión de entrada en el pin de disparo sigue siendo inferior a 1/3 del voltaje suministrado. Eso significa que la salida de la Q-bar es 0 y el transistor de descarga está cerrado. En este momento, la salida del 555 Timer es Alta.
Una vez que la tensión en el condensador alcanza 1/3 del voltaje suministrado, el comparador Trigger emitirá 0 pero en este punto eso no cambiará ya que las dos entradas R y S del flip-flop son 0. Entonces el voltaje a través el condensador seguirá aumentando, y una vez que llegue a 2/3 de la tensión suministrada, el comparador de umbral dará salida 1 a la entrada R del flip-flop. Esto activará el transistor de descarga y ahora el condensador comenzará a descargar a través de la resistencia R2 y el transistor de descarga. En este momento, la salida del cronómetro 555 es baja.
Mientras se descarga, el voltaje a través del condensador comienza a disminuir, y el comparador de umbral empieza a emitir 0, lo que en realidad no cambia, ya que ahora las dos entradas R y S del flip-flop son 0. Pero una vez que el voltaje a través del condensador cae a 1/3 de la tensión suministrada, el comparador Trigger emitirá 1. Esto apagará el transistor de descarga y el condensador comenzará a cargarse nuevamente. Por lo tanto, este proceso de carga y descarga entre 2/3 y 1/3 de la tensión suministrada seguirá funcionando por sí solo, produciendo así una onda cuadrada en la salida del temporizador 555.
555 Modo de temporizador Salida de onda cuadrada
Podemos calcular el tiempo en que la salida es Alta y Baja usando las fórmulas mostradas. El tiempo alto depende de la resistencia de R1 y R2, así como de la capacitancia del condensador. Por otro lado, el tiempo bajo depende solo de la resistencia de R2 y la capacitancia del condensador. Si sumamos los tiempos Alto y Bajo obtendremos el Período de un ciclo. Por otro lado, la frecuencia es la cantidad de veces que esto sucede en un segundo, por lo que uno durante el Período dará uso a la frecuencia de la salida de onda cuadrada.
555 Cronómetro Modo Astable Fórmulas Cálculos Tiempo y frecuencia
Si hacemos algunas modificaciones a este circuito, por ejemplo, cambiamos la resistencia R2 con una resistencia variable o un potenciómetro, podemos controlar instantáneamente la frecuencia y los ciclos de trabajo de la onda cuadrada. Sin embargo, más sobre esto en mi próximo video donde haremos un controlador de velocidad del motor PWM DC usando el 555 Timer.
Video Explicativo Aquí.
Link de circuito integrado 555 Timer antiguo
Fuente: www.howtomechatronics.com
