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555 Tutorial de temporizador - El multivibrador monoestable

Generadores de forma de onda

Hemos visto que Multivibradores y CMOSLos osciladores se pueden construir fácilmente a partir de componentes discretos para producir osciladores de relajación para generar formas de onda de salida de onda cuadrada básicas. Pero también hay IC dedicados especialmente diseñados para producir con precisión la forma de onda de salida requerida con la adición de unos pocos componentes de temporización adicionales.

Uno de esos dispositivos que ha existido desde los primeros días de los circuitos integrados y que se ha convertido en una especie de "estándar" de la industria es el 555 temporizador oscilador que es más comúnmente llamado el "555 temporizador".

Lo básico Temporizador 555 Recibe su nombre del hecho de que hay tresResistencias de 5 kΩ conectadas internamente que utiliza para generar los dos comparadores de voltaje de referencia. El 555 temporizador IC es un dispositivo de temporización de precisión muy barato, popular y útil que puede actuar como un simple temporizador para generar impulsos individuales o retrasos prolongados, o como un oscilador de relajación que produce una serie de formas de onda estabilizadas de ciclos de trabajo variables desde 50 hasta 100%.

El chip temporizador 555 es extremadamente robusto y estable.Dispositivo de 8 pines que puede operarse como un multivibrador monoestable, biestable o asteable muy preciso para producir una variedad de aplicaciones, como temporizadores de un disparo o de retardo, generación de pulsos, luces intermitentes de LED y lámparas, generación de tonos y alarmas, relojes lógicos, división de frecuencia, fuentes de alimentación y convertidores, etc., de hecho, cualquier circuito que requiera algún tipo de control de tiempo, ya que la lista es infinita.

El único chip 555 Timer en su forma básica es unEl mini paquete bipolar de 8 pines del paquete Dual-in-line (DIP) consta de unos 25 transistores, 2 diodos y aproximadamente 16 resistencias dispuestas para formar dos comparadores, un flip-flop y una etapa de salida de alta corriente como se muestra a continuación. Además del temporizador 555, también está disponible el oscilador del temporizador NE556 que combina DOS 555 individuales en un solo paquete DIP de 14 pines y versiones CMOS de baja potencia del temporizador 555 único, como el 7555 y el LMC555 que usan transistores MOSFET.

Un “diagrama de bloques” simplificado que representa los circuitos internos del Temporizador 555 se proporciona a continuación con una breve explicación de cada uno de sus pines de conexión para ayudar a proporcionar una comprensión más clara de cómo funciona.

Diagrama de bloques del temporizador 555

Diagrama de bloques del temporizador 555

  • • Pin 1. - Suelo, El pin de tierra conecta el temporizador 555 al riel de suministro negativo (0v).
  • • Pin 2. - Desencadenar, La entrada negativa al comparador No 1. Un pulso negativo en este pin "establece" el Flip-flop interno cuando el voltaje cae por debajo de 1 / 3Vcc, lo que hace que la salida cambie de estado "LOW" a "HIGH".
  • • Pin 3. - Salida, El pin de salida puede conducir cualquier circuito TTL y escapaz de abastecer o hundir hasta 200 mA de corriente a un voltaje de salida igual a aproximadamente Vcc - 1.5V para que altavoces, LED o motores pequeños puedan conectarse directamente a la salida.
  • • Pin 4. - Reiniciar, Este pin se utiliza para "reiniciar" el internoFlip-flop que controla el estado de la salida, pin 3. Esta es una entrada activa-baja y generalmente está conectada a un nivel lógico "1" cuando no se usa para evitar un restablecimiento no deseado de la salida.
  • • Pin 5. - Control del voltaje, Este pin controla la sincronización del 555 poranulando el nivel 2 / 3Vcc de la red divisora ​​de voltaje. Al aplicar un voltaje a este pin, el ancho de la señal de salida se puede variar independientemente de la red de temporización RC. Cuando no se usa, se conecta a tierra a través de un condensador de 10 nF para eliminar cualquier ruido.
  • • Pin 6. - Límite, La entrada positiva al comparador no 2. Este pin se usa para restablecer el Flip-flop cuando la tensión aplicada supera 2 / 3Vcc, lo que hace que la salida cambie de estado "ALTO" a "BAJO". Este pin se conecta directamente al circuito de temporización RC.
  • • Pin 7. - Descarga, El pin de descarga está conectado directamente al colector de un transistor NPN interno que se utiliza para "descargar" el condensador de temporización a tierra cuando la salida en el pin 3 cambia a "LOW".
  • • Pin 8. - Suministro + Vcc, Este es el pin de la fuente de alimentación y, para propósitos generales, los temporizadores TTL 555 están entre 4.5V y 15V.

los 555 temporizadores nombre proviene del hecho de que hay tres 5kΩresistencias conectadas entre sí que producen internamente una red divisora ​​de voltaje entre el voltaje de suministro en el pin 8 y la tierra en el pin 1. El voltaje a través de esta red resistiva en serie mantiene la entrada de inversión negativa del comparador dos a 2 / 3Vcc y la entrada de no inversión positiva al comparador uno a 1 / 3Vcc.

Los dos comparadores producen una tensión de salida.depende de la diferencia de voltaje en sus entradas, que está determinada por la acción de carga y descarga de la red RC conectada externamente. Las salidas de ambos comparadores están conectadas a las dos entradas del flip-flop que a su vez produce una salida de nivel "ALTO" o "BAJO" en Q según los estados de sus entradas. La salida del flip-flop se usa para controlar una etapa de conmutación de salida de alta corriente para impulsar la carga conectada produciendo un nivel de voltaje "ALTO" o "BAJO" en el pin de salida.

El uso más común del oscilador temporizador 555.es como un simple oscilador astable al conectar dos resistencias y un condensador a través de sus terminales para generar un tren de pulso fijo con un período de tiempo determinado por la constante de tiempo de la red RC. Pero el chip oscilador con temporizador 555 también se puede conectar de varias formas diferentes para producir multivibradores monostables o biestables, así como el multivibrador Astable más común.

El temporizador monoestable 555

La operación y salida de la Temporizador 555 monoestable es exactamente lo mismo que para eluna transistorizada que vimos anteriormente en el tutorial de Multivibradores Monostables. La diferencia esta vez es que los dos transistores han sido reemplazados por el dispositivo temporizador 555. Considere el siguiente circuito monoestable 555.

Temporizador monoestable 555

temporizador monoestable 555

Cuando se aplica un pulso negativo (0V) a lala entrada de activación (pin 2) del oscilador temporizador 555 configurado monoestable, el comparador interno, (comparador No1) detecta esta entrada y "establece" el estado del flip-flop, cambiando la salida de un estado "LOW" a "HIGH" " estado. Esta acción a su vez apaga el transistor de descarga conectado al pin 7, eliminando así el cortocircuito a través del condensador de sincronización externo, C1.

Esta acción permite que el condensador de sincronización arranquepara cargar a través de la resistencia, R1 hasta que la tensión a través del condensador alcance el umbral (pin 6) de 2 / 3Vcc establecido por la red divisora ​​de tensión interna. En este punto, la salida del comparador pasa a "ALTA" y "reinicia" el flip-flop a su estado original, que a su vez pone en "ON" el transistor y descarga el condensador a tierra a través del pin 7. Esto hace que la salida cambie su estado de vuelta al valor original "BAJO" estable, en espera de otro impulso de disparo para iniciar nuevamente el proceso de sincronización. Entonces, como antes, el multivibrador monoestable tiene solo un estado estable "UNO".

los Temporizador monoestable 555 circuito se dispara en un pulso negativoaplicado al pin 2 y este pulso de disparo debe ser mucho más corto que el ancho de pulso de salida, lo que permite que el capacitor de tiempo se cargue y se descargue completamente. Una vez activado, el 555 Monostable permanecerá en este estado de salida inestable "ALTO" hasta el período de tiempo establecido por el R1 x C1 La red ha transcurrido. La siguiente ecuación de tiempo indica la cantidad de tiempo que la tensión de salida permanece "ALTA" o en un nivel lógico "1".

Ecuación del temporizador 555

Donde, t está en segundos, R está en Ω y C en Farads.

Temporizador 555 Ejemplo No1

UNA Temporizador monoestable 555 Se requiere para producir un retardo de tiempo dentro de un circuito. Si se usa un condensador de temporización de 10 uF, calcule el valor del resistor requerido para producir un retardo de tiempo de salida mínimo de 500 ms.

500 ms es lo mismo que decir 0.5 s, por lo tanto, al reorganizar la fórmula anterior, obtenemos el valor calculado para la resistencia, R como:

Ejemplo de temporizador monoestable 555

El valor calculado para la resistencia de temporización.para producir la constante de tiempo requerida de 500 ms es, por lo tanto, 45.5KΩ. Sin embargo, el valor de resistencia de 45.5KΩ no existe como resistencia de valor estándar, por lo que deberíamos seleccionar el valor de resistencia preferido más cercano de 47kΩ que está disponible en todos los rangos de tolerancia estándar desde E12 (10%) a E96. (1%), lo que nos da un nuevo retardo de tiempo recalculado de 517 ms.

Si esta diferencia de tiempo de 17ms (500 - 517ms) esinaceptable en lugar de un solo resistor de temporización, dos resistores de diferente valor podrían conectarse juntos en serie para ajustar el ancho del pulso al valor deseado exacto, o un valor de capacitor de temporización diferente elegido.

Ahora sabemos que el retardo de tiempo o el pulso de salidaEl ancho de un temporizador 555 monoestable está determinado por la constante de tiempo de la red RC conectada. Si se requieren largos retrasos de tiempo en los 10 segundos, no siempre es recomendable usar condensadores de tiempo de alto valor, ya que pueden ser físicamente grandes, caros y tienen tolerancias de valores grandes, por ejemplo, ± 20%.

Una solución alternativa es utilizar un pequeño valor.el condensador de temporización y una resistencia de valor mucho mayor hasta aproximadamente 20MΩ para producir el retardo de tiempo requerido. También al utilizar un condensador de temporización de valor más pequeño y diferentes valores de resistencia conectados a él a través de un interruptor rotativo de múltiples posiciones, podemos producir un circuito oscilador de temporizador Monostable 555 que puede producir diferentes anchos de pulso en cada rotación del interruptor, como el circuito de temporizador Monostable 555 conmutable. mostrado a continuación.

Un temporizador 555 conmutable

temporizador 555 monoestable conmutable

Podemos calcular manualmente los valores de R y Cpara los componentes individuales requeridos como hicimos en el ejemplo anterior. Sin embargo, la elección de los componentes necesarios para obtener el retardo de tiempo deseado requiere que calculamos con kilohm (KΩ), Megaohm (MΩ), microfarad (μF) o picafarad (pF) y es muy fácil terminar con un retraso de tiempo Eso es por un factor de diez o incluso cien.

Podemos hacer nuestra vida un poco más fácil usando untipo de tabla llamada "Nomograph" que nos ayudará a encontrar la salida de frecuencia esperada de multivibradores monoestables para diferentes combinaciones o valores tanto de R como de C. Por ejemplo,

Nomografia monoestable

Nomógrafo de 555 temporizadores

Así, seleccionando valores adecuados de C y R en lacon rangos de 0.001uF a 100uF y de 1kΩ a 10MΩ respectivamente, podemos leer la frecuencia de salida esperada directamente desde el gráfico del nomograma, eliminando así cualquier error en los cálculos. En la práctica, el valor de la resistencia de temporización para un temporizador monoestable 555 No debe ser inferior a 1kΩ ni superior a 20MΩ.

Temporizador biestable 555

Así como el único disparo. 555 monoestable En la configuración anterior, también podemos producir un dispositivo biestable (dos estados estables) con la operación y salida del 555 biestable siendo similares a los transistorizados que observamos anteriormente en el tutorial de Multivibradores biestables.

los 555 biestable Es uno de los circuitos más simples que podemos construir.utilizando el chip oscilador temporizador 555. Esta configuración biestable no utiliza ninguna red de temporización RC para producir una forma de onda de salida, por lo que no se requieren ecuaciones para calcular el período de tiempo del circuito. Considere el circuito del temporizador biestable 555 a continuación.

Temporizador biestable 555 (flip-flop)

temporizador biestable 555

Se logra la conmutación de la forma de onda de salida.controlando las entradas de activación y restablecimiento del temporizador 555 que se mantienen "ALTAS" mediante las dos resistencias de pull-up, R1 y R2. Al tomar la entrada de activación (pin 2) "LOW", cambiar a la posición establecida, cambia el estado de salida al estado "HIGH" y al tomar la entrada de reinicio (pin 4) "LOW", cambiar a la posición de reinicio, cambia la salida en el estado "BAJO".

Este circuito temporizador 555 permanecerá en cualquiera de los dos estados indefinidamente y por lo tanto es biestable. Entonces el Temporizador biestable 555 Es estable en ambos estados, "ALTO" y "BAJO". La entrada de umbral (pin 6) está conectada a tierra para garantizar que no pueda restablecer el circuito biestable como lo haría en una aplicación de temporización normal.

Salida de temporizador 555

No pudimos terminar esto Temporizador 555 tutorial sin discutir algo sobre las capacidades de conmutación y accionamiento del temporizador 555 o incluso el doble 556 temporizador IC.

La salida (pin 3) del temporizador 555 estándar oel temporizador 556, tiene la capacidad de “Fregadero” o “Fuente” de una corriente de carga de hasta 200 mA, que es suficiente para controlar directamente los transductores de salida, como relés, lámparas de filamento, motores de LED, o altavoces, etc. La ayuda de resistencias en serie o protección de diodos.

Esta habilidad del temporizador 555 para ambos "Sink"(absorber) y la corriente de "Fuente" (suministro) significa que el dispositivo de salida se puede conectar entre el terminal de salida del temporizador 555 y el suministro para hundir la corriente de carga o entre el terminal de salida y tierra para generar la corriente de carga. Por ejemplo.

Hundiendo y comprando la salida del temporizador 555

555 unidad de salida del temporizador

hundiendo y comprando el temporizador 555

En el primer circuito de arriba, el LED está conectado.entre el riel de suministro positivo (+ Vcc) y el pin de salida 3. Esto significa que la corriente se “sumerge” (absorberá) o fluirá hacia el terminal de salida del temporizador 555 y el LED estará “ENCENDIDO” cuando la salida sea “BAJA” .

El segundo circuito de arriba muestra que el LED esConectado entre el pin de salida 3 y tierra (0v). Esto significa que la corriente será "Fuente" (suministro) o saldrá del terminal de salida de 555 temporizadores y el LED estará "ENCENDIDO" cuando la salida sea "ALTA".

La capacidad del temporizador 555 para hundir yla fuente de su corriente de carga de salida significa que ambos LED pueden conectarse al terminal de salida al mismo tiempo, pero solo uno se encenderá en "ON" dependiendo de si el estado de salida es "ALTO" o "BAJO". El circuito a la izquierda muestra un ejemplo de esto. los dos LED se alternarán alternativamente con "ON" y "OFF" dependiendo de la salida. Resistor, R se usa para limitar la corriente del LED a menos de 20 mA.

Dijimos anteriormente que la corriente de salida máximaya sea al sumidero o a la fuente, la corriente de carga a través del pin 3 es de aproximadamente 200 mA a la tensión de alimentación máxima, y ​​este valor es más que suficiente para activar o cambiar otros circuitos integrados lógicos, LED o lámparas pequeñas, etc. Pero, ¿qué sucede si queremos cambiar o controle dispositivos de mayor potencia, como motores, electroimanes, relés o altavoces. Luego, necesitaríamos usar un transistor para amplificar la salida de los 555 temporizadores con el fin de proporcionar una potencia lo suficientemente alta como para impulsar la carga.

Controlador de transistor temporizador 555

Controlador de salida de temporizador 555

El transistor en los dos ejemplos anteriores, puede serreemplazado con un dispositivo Power MOSFET o un transistor Darlington si la corriente de carga es alta. Cuando se utiliza una carga inductiva, como un motor, un relé o un electroimán, es recomendable conectar un diodo de rueda libre (o volante) directamente a través de los terminales de carga para absorber los voltajes de corriente continua generados por el dispositivo inductivo cuando cambie de estado.

Hasta ahora hemos visto usar el Temporizador 555 Para generar pulsos de salida monoestables y biestables. En el siguiente tutorial sobre la generación de formas de onda veremos cómo conectar el 555 en una configuración de multivibrador astable. Cuando se usa en el modo astable, tanto la frecuencia como el ciclo de trabajo de la forma de onda de salida se pueden controlar con precisión para producir un generador de forma de onda muy versátil.

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