555 Timer IC - Principio de funcionamiento, diagrama de bloques, esquemas de circuito
En este tutorial aprenderemos cómo funciona el 555 Timer, uno de los circuitos integrados más populares y utilizados de todos los tiempos. Puede ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.
El temporizador 555, diseñado por Hans Camenzind en 1971, se puede encontrar en muchos dispositivos electrónicos, desde juguetes y electrodomésticos de cocina hasta incluso una nave espacial. Es un circuito integrado altamente estable que puede producir retrasos y oscilaciones de tiempo precisos. El 555 Timer tiene tres modos de funcionamiento, modo biestable, monoestable y astable.
Echemos un vistazo más de cerca a lo que hay dentro del 555 Timer y expliquemos cómo funciona en cada uno de los tres modos. Aquí está el esquema interno del 555 Timer que consta de 25 transistores, 2 diodos y 15 resistencias.
Representado con un diagrama de bloques consta de 2 comparadores, un flip-flop, un divisor de tensión, un transistor de descarga y una etapa de salida.
El divisor de voltaje consta de tres resistencias idénticas de 5k que crean dos voltajes de referencia a 1/3 y 2/3 del voltaje suministrado, que puede oscilar entre 5 y 15 V.
A continuación están los dos comparadores. Un comparador es un elemento de circuito que compara dos voltajes de entrada analógicos en su terminal de entrada positivo (no inversor) y negativo (inversor). Si el voltaje de entrada en el terminal positivo es mayor que el voltaje de entrada en el terminal negativo, el comparador generará 1. Viceversa, si el voltaje en el terminal de entrada negativo es mayor que el voltaje en el terminal positivo, el comparador generará 0 .
El primer terminal de entrada negativo del comparador está conectado al voltaje de referencia 2/3 en el divisor de voltaje y al pin de "control" externo, mientras que el terminal de entrada positivo al pin de "umbral" externo.
Por otro lado, el terminal de entrada negativo del segundo comparador está conectado al pin "Disparador", mientras que el terminal de entrada positivo al 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 emitirá 1 cuando R sea 0 y S sea 1, y viceversa, emitirá 0 cuando R sea 1 y S sea 0. Además, el flip-flop se puede restablecer a través del pin externo llamado "Reset" que puede anular las dos entradas, por lo tanto, restablecer todo el temporizador en cualquier momento.
La salida de la barra Q del flip-flip va a la etapa de salida o a los controladores de salida que pueden generar o hundir una corriente de 200 mA en la carga. La salida del flip-flip también está conectada a un transistor que conecta el pin de "Descarga" a tierra.
Ahora hagamos un ejemplo del 555 Timer funcionando en un modo biestable. Para ello necesitamos dos resistencias externas y dos pulsadores.
Los pines Trigger y Reset del IC están conectados a VCC a través de las dos resistencias, y de esa manera siempre están altos. Los dos pulsadores están conectados entre estos pines y tierra, por lo que si los mantenemos presionados el estado de entrada será bajo.
Inicialmente, las dos salidas de los comparadores son 0, por lo tanto, la salida del flip-flop y la salida del temporizador 555 son 0.
Si presionamos el botón Trigger, el estado en la entrada Trigger será Bajo, por lo que el comparador generará una salida Alta y eso hará que la salida de la barra Q flip-flip pase a Baja. La etapa de salida invertirá esto y la salida final del temporizador 555 será alta.
La salida permanecerá alta incluso cuando no se presione el botón del disparador porque, en ese caso, las entradas R y S del flip-flop serán 0, lo que significa que el flip-flop no cambiará el estado anterior. Para hacer que la salida sea Baja, necesitamos presionar el botón Restablecer, que restablece el flip-flop y todo el IC.
Tutorial relacionado:¿Qué es Schmitt Trigger? Cómo funciona
A continuación, veamos cómo funciona el 555 Timer en modo monoestable. Aquí hay un circuito de ejemplo.
La entrada del disparador se mantiene alta conectándola a VCC a través de una resistencia. Eso significa que el comparador de disparo enviará 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 salga a 0. El pin de umbral es en realidad bajo porque la salida de la barra Q del flip-flop es alta, lo que mantiene activo el transistor de descarga, 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, debemos presionar el botón en el pin del disparador. Eso pondrá a tierra el pin del disparador, o el estado de entrada será 0, por lo que el comparador enviará 1 a la entrada S del flip-flip. Esto hará que la salida de la barra Q pase a nivel bajo y la salida del temporizador 555 a nivel alto. Al mismo tiempo, podemos notar que el transistor de descarga está apagado, por lo que ahora el capacitor C1 comenzará a cargarse a través de la resistencia R1.
El temporizador 555 permanecerá en este estado hasta que el voltaje a través del capacitor alcance 2/3 del voltaje suministrado. En ese caso, el voltaje de entrada del umbral será más alto y el comparador enviará 1 a la entrada R del flip-flip. Esto llevará el circuito al estado inicial. La salida de la barra Q se volverá alta, lo que activará el transistor de descarga y hará que la salida IC vuelva a ser baja.
Entonces, podemos notar que la cantidad de tiempo que la salida del temporizador 555 es alta depende de cuánto tiempo necesita el capacitor para cargarse a 2/3 del voltaje suministrado, y eso depende de los valores tanto del capacitor C1 como del capacitor. resistencia R1. De hecho, podemos calcular este tiempo con la siguiente fórmula, T=1.1*C1*R1.
A continuación, veamos cómo funciona el 555 Timer en modo astable. En este modo, el IC se convierte en un oscilador o también llamado multivibrador de funcionamiento libre. 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.
Solo necesitamos dos resistencias y un capacitor. Los pines Trigger y Threshold están conectados entre sí, por lo que no hay necesidad de un pulso de disparo externo. Inicialmente, la fuente de voltaje comenzará a cargar el capacitor a través de las resistencias R1 y R2. Mientras se carga, el comparador Trigger emitirá 1 porque el voltaje de entrada en el pin Trigger aún es inferior a 1/3 del voltaje suministrado. Eso significa que la salida de la barra Q es 0 y el transistor de descarga está cerrado. En este momento, la salida del temporizador 555 es alta.
Una vez que el voltaje a través del capacitor alcanza 1/3 del voltaje suministrado, el comparador de activación emitirá 0, pero en este punto eso no hará ningún cambio ya que las entradas R y S del flip-flop son 0. Entonces, el voltaje a través el capacitor seguirá aumentando, y una vez que alcance los 2/3 del voltaje suministrado, el comparador Threshold enviará 1 a la entrada R del flip-flop. Esto activará el transistor de descarga y ahora el capacitor comenzará a descargarse a través de la resistencia R2 y el transistor de descarga. En este momento la salida del 555 Timer es Baja.
Mientras se descarga, el voltaje a través del capacitor comienza a disminuir, y el comparador Threshold de inmediato comienza a emitir 0, lo que en realidad no cambia, ya que ahora las entradas R y S del flip-flop son 0. Pero una vez que el voltaje a través del capacitor cae a 1/3 del voltaje suministrado, el comparador Trigger emitirá 1. Esto apagará el transistor de descarga y el capacitor comenzará a cargarse nuevamente. Entonces, este proceso de carga y descarga entre 2/3 y 1/3 del voltaje suministrado seguirá funcionando por sí solo, produciendo así una onda cuadrada en la salida del temporizador 555.
Podemos calcular el tiempo que la salida es alta y baja usando las fórmulas que se muestran. El tiempo alto depende de la resistencia de R1 y R2, así como de la capacitancia del capacitor. Por otro lado, el tiempo bajo depende solo de la resistencia de R2 y la capacitancia del capacitor. Si sumamos los tiempos Alto y Bajo obtendremos el Período de un ciclo. Por otro lado, la frecuencia es cuántas veces sucede esto en un segundo, por lo que uno sobre el Periodo dará uso a la frecuencia de la salida de onda cuadrada.
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 de motor PWM DC usando el 555 Timer.
Espero que hayas disfrutado este tutorial y hayas aprendido algo nuevo. No dude en hacer cualquier pregunta en la sección de comentarios a continuación.Resumen
Cómo funciona, esquema interno y diagrama de bloques
Temporizador 555 – Modo Biestable
Temporizador 555 – Modo monoestable
Temporizador 555 – Modo Astable
Tecnología Industrial
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