APLICACIONES VARIAS DE LM555FUNCIONAMIENTO Y PROPIEDADES

PROFESOR: AUTORES:Prof. José Teresen Cesar Salazar 26127573

Maturín, Marzo 2017

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRONICA

EXTENSIÓN MATURÍN

INDICE

INTRODUCCION.............................................................................................................3

OBJETIVO GENERAL.....................................................................................................4

OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................4

MARCO TEORICO..........................................................................................................5

CIRCUITOS MONOESTABLES...................................................................................5

CIRCUITOS ASTABLES...............................................................................................7

MONOESTABLE REDISPARABLE Y NO REDISPARABLE........................................8

CONFIGURACION DE LOS MONOESTABLES PARA UN ANCHO DE PULSO

DETERMINADO.........................................................................................................10

EL TEMPORIZADOR 555...........................................................................................13

MARCO METODOLÓGICO...........................................................................................18

MATERIALES.............................................................................................................18

HERRAMIENTAS.......................................................................................................19

MONTAJE...................................................................................................................19

SIMULACIONES............................................................................................................20

ANEXO...........................................................................................................................26

DATASHEET DE LM555............................................................................................26

INTRODUCCION

En electrónica, un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía

de corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia. Dicho de otra

forma, es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua en una corriente

que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica); estas oscilaciones

pueden ser sinusoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que

tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele

denominarse multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores sólo a los que

funcionan en base al principio de oscilación natural que constituyen una bobina L

(inductancia) y un condensador C (Capacitancia), mientras que a los demás se le

asignan nombres especiales.

Como se sabe, la electrónica digital trabaja con valores discretos o binarios

donde la señal es representada por una onda cuadrada. Para generar esta onda se

suele utilizar unos circuitos llamados multivibradores. Según su funcionamiento, los

multivibradores se pueden dividir en dos clases, de funcionamiento continuo, astable o

de oscilación libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentación; de

funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su estado

dereposo. Si posee dos de dichos estados, se denomina biestable. Si poseen uno, se

le llama monoestable.

En su forma más simple son dos sencillos transistores realimentados entre sí.

Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden

definir los periodos de inestabilidad. Un circuito integrado multivibrador muy popular es

el 555, que usa un sofisticado diseño para lograr una gran precisión y flexibilidad con

muy pocos componentes externos. Con base en lo anterior en este informe se hablara

específicamente de circuitos astables y monoestables. Así mismo se realizará el

montaje de cuatro circuitos referentes al Temporizador 555 en modo astable y

monoestable, demostrando su funcionamiento en cada caso, de manera práctica y

teórica.

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el funcionamiento de los circuitos monoestables y astables y su comportamiento como multivibradores, a fin de realizar y evaluar el desempeño de componente multivibrador en base al Temporizador 555.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Definir monoestable y astable dentro de la electrónica.2. Detallar el funcionamiento de los circuitos monoestable y astables.3. Identificar los componentes que estructuran internamente al Temporizador 555.4. Construir cuatro circuitos en base a un 555 desglosado en sus componentes

internos.5. Observar su funcionamiento, y demostrar según graficas osciloscopias, el

funcionamiento y el flujo de corriente a lo largo del circuito.

MARCO TEORICO

CIRCUITOS MONOESTABLES.

Los monoestables son dispositivos multivibradores que sólo tienen un único

estado estable. Normalmente, un monoestable se encuentra en su estado estable,

cambiando a su estado inestable sólo cuando se dispara. Una vez que se ha

disparado, el monoestable permanece en su estado inestable durante un determinado

intervalo de tiempo, volviendo a continuación a su estado estable. El tiempo que este

dispositivo permanece en el estado inestable determina la anchura del impulso de su

salida.

La figura anterior muestra un monoestable (multivibrador de un solo estado)

básico formado por una puerta lógica y un inversor. Cuando se aplica un impulso a la

entrada de disparo (trigger), la salida de la puerta G1 pasa a nivel BAJO. Esta

transición de nivel ALTO a nivel BAJO se acopla por medio del condensador a la

entrada del inversor G2. La presencia de un aparente nivel BAJO en G2 hace que su

salida pase a nivel ALTO. Este nivel ALTO se realimenta a la puerta G1, manteniendo

su salida a nivel BAJO. Hasta este punto, el impulso de disparo ha hecho que la salida

del monoestable, Q, sea un nivel ALTO.

El condensador comienza inmediatamente a cargarse a través de R hasta

alcanzar su tensión máxima. La velocidad de carga está determinada por la constante

de tiempo RC. Cuando el condensador se carga hasta un determinado nivel, el cual

aparece como un nivel ALTO en G2, la salida pasa de nuevo a nivel BAJO. En

resumen, la salida del inversor G2 pasa a nivel ALTO en respuesta a la entrada de

disparo. Permanece a nivel ALTO durante un tiempo definido por la constante de

tiempo, RC, y al final de este intervalo pasa a nivel BAJO. De esta manera, un único

impulso estrecho produce un único impulso de salida cuyo período se controla

mediante la constante de tiempo RC.

En la siguiente figura se representa el esquema de un circuito multivibrador

monoestable, realizado con componentes discretos, cuyo funcionamiento es el

siguiente:

Al aplicar la tensión de alimentación (Vcc), los dos transistores iniciarán la

conducción, ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias

R-2 y R-3, pero como los transistores no serán exactamente idénticos, por el propio

proceso de fabricación y el grado de impurezas del material semiconductor, uno

conducirá antes o más rápido que el otro.

Supongamos que es TR-2 el que conduce primero. El voltaje en su colector

estará próximo a 0 voltios (salida Y a nivel bajo), por lo que la tensión aplicada a la

base de TR-1 a través del divisor formado por R-3, R-5, será insuficiente para que

conduzca TR-1. En estas condiciones TR-1 permanecería bloqueado indefinidamente.

Pero si ahora aplicamos un impulso de disparo de nivel alto por la entrada T, el

transistor TR-1 conducirá y su tensión de colector se hará próxima a 0 V, con lo que C-

1, que estaba cargado a través de R-1 y la unión base-emisor de TR-2, se descargará

a través de TR-1 y R-2 aplicando un potencial negativo a la base de TR-2 que lo llevará

al corte (salida Y a nivel alto). En esta condición la tensión aplicada a la base de TR-1

es suficiente para mantenerlo en conducción aunque haya desaparecido el impulso de

disparo en T.

Seguidamente se inicia la carga de C-1 a través de R-2 y TR-1 hasta que la

tensión en el punto de unión de C-1 y R-2 (base de TR-2) sea suficiente para que TR-2

vuelva a conducir y TR-1 quede bloqueado. La duración del periodo cuasi estable viene

definido por los valores de C-1 y R-2.

CIRCUITOS ASTABLES.

Un astable es un circuito multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo

que significa que posee dos estados “casi-estables” entre los que conmuta,

permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. La frecuencia de

conmutación depende, en general, de la carga y descarga de condensadores. Entre

sus múltiples aplicaciones se cuentan la generación de ondas periódicas (generador de

reloj) y de trenes de pulsos. En la siguiente figura se muestra el esquema de un

multivibrador astable realizado con componentes discretos.

El funcionamiento de este circuito es el siguiente:

Al aplicar la tensión de alimentación (Vcc), los dos transistores iniciaran la

conducción, ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias

R-2 y R-3, pero como los transistores no serán exactamente idénticos, por el propio

proceso de fabricación y el grado de impurezas del material semiconductor, uno

conducirá antes o más rápido que el otro.

Supongamos que es TR-1 el que conduce primero. En estas condiciones el

voltaje en su colector estará próximo a 0 voltios, por lo que el C-1 comenzará a

cargarse a través de R-2. Cuando el voltaje en C-1 alcance los 0,6 V, TR-2 comenzará

a conducir, pasando la salida a nivel bajo (tensión próxima a 0V). C-1, que se había

cargado vía R-2 y unión base-emisor de TR-2, se descargará ahora provocando el

bloqueo de TR-1.

C-2 comienza a cargarse vía R-3 y al alcanzar la tensión de 0,6 V provocará

nuevamente la conducción de TR-1, la descarga de C-1, el bloqueo de TR-2 y el pase a

nivel alto (tensión próxima a Vcc (+) de la salida Y). A partir de aquí la secuencia se

repite indefinidamente, dependiendo los tiempos de conducción y bloqueo de cada

transistor de las relaciones R-2/C-1 y R-3/C-2. Estos tiempos no son necesariamente

iguales, por lo que pueden obtenerse distintos ciclos de trabajo actuando sobre los

valores de dichos componentes.

MONOESTABLE REDISPARABLE Y NO REDISPARABLE.Los dos tipos fundamentales de circuitos integrados monoestables son los

redisparables y los no redisparables. Un monoestable no redisparable no responderá a

ningún impulso de disparo adicional, desde el momento en que se pasa a su estado

inestable hasta que retorna a su estado estable. En otras palabras, ignorará cualquier

impulso de disparo que ocurra antes de que termine el periodo inestable. El tiempo que

permanece el monoestable en su estado inestable es la anchura del impulso de salida.

La figura presenta un monoestable no redisparable, disparado a intervalos

mayores y menores que su anchura de impulso. Observe que, en el segundo caso, los

impulsos adicionales se ignoran.

Un monoestable redisparable puede ser disparado antes de que retorne a su

estado estable. El resultado delredisparo es una ampliación de la anchura del impulso:

CONFIGURACION DE LOS MONOESTABLES PARA UN ANCHO DE PULSO DETERMINADO.

Para configurar un circuito como monoestable no redisparable, se utilizan una

resistencia y un condensador externos.

MONOESTABLE NO REDISPARABLE 74121: El 74121 es un ejemplo de un

circuito monoestable integrado no redisparable. Como muestra la figura, está previsto

para conectarse a R y C externos.

Las entradas etiquetadas como A1, A2 y B son entradas de activación de

disparo. La entrada RINT está conectada a una resistencia interna de temporización de 2

kΩ.

Cuando no se utiliza ningún componente de temporización externo y la

resistencia de temporización interna (RINT) se conecta a VCC, como se muestra en la

figura se produce un impulso típico de unos 30 ns de anchura.

La anchura del impulso se puede ajustar entre 30 ns y 28 s utilizando los

componentes externos. La figura muestra la conexión de una resistencia interna (2 kΩ)

y un condensador externo.

Esta última figura ilustra la conexión de una resistencia y un condensador

externos.

La anchura del impulso de salida se ajusta mediante los valores de la resistencia

(RINT = 2 kΩ, REXT variable) y del condensador de acuerdo con la siguiente fórmula:

tW=0,7× R×CEXT

Símbolo del trigger Schmitt: El símbolo indica una entrada de un trigger

Schmitt. Este tipo de entrada emplea un circuito de umbral especial que produce

histéresis, una característica que previene la conmutación errática entre estados

cuando una tensión de disparo que varía muy lentamente se encuentra en las

cercanías de un nivel de entrada crítica. Esto permite que se produzcan disparos

fiables incluso cuando la entrada esté variando tan lentamente como a 1

voltio/segundo.

MONOESTABLE REDISPARABLE 74LS122: El 74LS122 es un ejemplo de un

monoestable redisparable con entrada de borrado (clear). También está diseñado para

añadir R y C externas. Las entradas etiquetadas como A1, A2, B1 y B2 son entradas de

activación de disparo.

Sin ningún componente adicional se obtiene un impulso de unos 45 ns de

anchura. Se pueden conseguir impulsos más anchos mediante el uso de componentes

externos. La fórmula general para calcular los valores de estos componentes para una

determinada anchura del impulso (tW) es:

tW=0,32×R×C EXT (1+ 0,7R )

Donde 0,32 es una constante determinada por el tipo particular de monoestable,

R se expresa en kΩ y puede ser tanto la resistencia interna como la externa, CEXT se

expresa en pF y tWen ns. La resistencia interna vale 10 kΩ y puede utilizarse en lugar

de una resistencia externa.

EL TEMPORIZADOR 555: El temporizador 555 es un dispositivo versátil y

muy utilizado, porque puede ser configurado de dos modos distintos, bien como

multivibrador monoestable o como multivibrador aestable (oscilador). Un multivibrador

aestable no tiene estados estables y varía, por tanto, una y otra vez (oscila) entre dos

estados inestables, sin utilizar un circuito de disparo externo.

En la figura se muestra un diagrama funcional con los componentes internos de

un temporizador 555. Los comparadores son dispositivos cuyas salidas están a nivel

ALTO cuando la tensión en la entrada positiva (+) es mayor que la tensión enla entrada

negativa (-), y están a nivel BAJO cuando la tensión de entrada negativa es mayor que

la tensión de entrada positiva. El divisor de tensión, formado por tres resistencias de

5kΩ, proporciona un nivel de disparo de 1/3VCC y un nivel umbral de2/3VCC. La

entrada de la tensión de control (pin 5) se puede emplear para ajustar externamente los

niveles de disparo y umbral a otros valores en caso necesario. Cuando la entrada de

disparo, normalmente a nivel ALTO, desciende momentáneamente por debajo de 1/3

VCC, la salida del comparador B conmuta de nivel BAJO a nivel ALTO y pone en

estado SET al latch S-R, haciendo que la salida (pin 3) pase a nivel ALTO y

bloqueando el transistor de descarga Q1.

La salida permanecerá a nivel ALTO hasta que la tensión umbral, normalmente a

nivel BAJO sobrepase 2/3 de VCC y haga que la salida del comparador A conmute de

nivel BAJO a nivel ALTO. Esto hace que el latch pase a estado RESET, con lo que la

salida se pone de nuevo a nivel BAJO, de manera que el transistor de descarga se

activa. La entrada de puesta a cero (RESET) externa se puede utilizar para poner el

latch a cero, independientemente del circuito umbral. Las entradas de disparo y

umbral(pines 2 y 6) se controlan mediante componentes externos, para establecer el

modo de funcionamiento como monoestable o astable.

Funcionamiento como monoestable: Para configurar un temporizador 555 como

monoestable no redisparable, se utilizan una resistencia y un condensador

externos.

La anchura del impulso de salida se determina mediante la constante de

tiempo, que se calcula a partir de R1 y C1 según la siguiente fórmula:

tW=1,1×R×C

La entrada de la tensión de control no se utiliza y se conecta a un

condensador de desacoplo C2, para evitar la aparición de ruido que pudiera

afectar los niveles umbral y de disparo.

Antes de aplicar el impulso de disparo, la salida está a nivel BAJO y el

transistor de descarga Q1 conduce, manteniendo C1 descargado. Cuando se

aplica un impulso de disparo negativo en el instante t0, la salida pasa a nivel

ALTO y el transistor de descarga se bloquea, permitiendo al condensador C1

comenzar a cargarse a través de R1. Cuando C1 se ha cargado hasta 1/3 de

VCC, la salida pasa de nuevo a nivel BAJO en t1 y Q1 entra en conducción

inmediatamente, descargándose C1. Como puede ver, la velocidad de carga de

C1 determina cuánto tiempo va a estar la salida a nivel ALTO.

Funcionamiento como aestable: En la figura se muestra un temporizador 555

conectado para funcionar como multivibrador aestable, que es un oscilador no

sinusoidal.

En este caso, la entrada umbral (THRESH) está conectada a la entrada

de disparo (TRIG). Los componentes externos R1, R2 y C1 conforman la red de

temporización que determina la frecuencia de oscilación. El condensador C2 de

0,01 μF conectado a la entrada de control (CONT) sirve únicamente para

desacoplar y no afecta en absoluto al funcionamiento del resto del circuito; en

algunos casos se puede eliminar.

Inicialmente, cuando se conecta la alimentación, el condensador (C1) está

descargado y, por tanto, la tensión de disparo (pin 2) es 0 V. Esto da lugar a que

la salida del comparador B esté a nivel ALTO y la salida del comparador A a

nivel BAJO, forzando la salida del latch, y por consiguiente la base de Q1 a nivel

BAJO, manteniendo el transistor bloqueado.

A continuación, C1 comienza a cargarse a través de R1 y R2. Cuando la

tensión del condensador alcanza el valor de 1/3 VCC, el comparador B cambia

su nivel de salida BAJO, y cuando la tensión del condensador alcanza el valor

de 2/3 VCC, el comparador A cambia a su nivel de salida ALTO. Esto pone en

estado de RESET al latch, haciendo que la base de Q1pase a nivel ALTO,

activando el transistor.

Esta secuencia origina un camino de descarga para el condensador a

través de R2 y del transistor. El condensador comienza ahora a descargarse,

haciendo que el comparador A pase a nivel BAJO. En el momento en que el

condensador se descarga hasta el valor 1/3 VCC, el comparador B conmuta a

nivel ALTO, poniendo al latch en estado SET, lo que hace que la base de Q1 se

ponga a nivel BAJO, bloqueando el transistor.

De nuevo comienza otro ciclo de carga, y el proceso completo se repite.

El resultado es una señal de salida rectangular cuyo ciclo de trabajo depende de

los valores de R1y R2. La frecuencia de oscilación viene dada por la siguiente

fórmula:

t ALTO=ln (2 )×(R1+R2)×C1

tBAJO=ln (2 )× R2×C

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

MARCO METODOLÓGICO

Materiales.

Montaje 1: 555 Monoestable

1. NE5552. 1 Capacitor de 1nF.3. 1 Capacitor de 100nF.4. 2 Resistencias de 10k ohms.5. 1 Led Color Azul.6. Pulsador.

Montaje 2: 555 Astable

1. Generador de Funciones2. 2 Capacitores de 1nF3. NE5554. 2 Resistencias de 100k ohms.5. 1 Led Color Azul.

Montaje 3: Circuito Retardador

1. Generador de Funciones.2. Pulsador.3. 2 Resistencia de 1k ohms.4. 1 Resistencia de 100k ohms.5. NE555.6. Capacitor de 47u Faradios.

Montaje 4: Desvanecedor Lumínico

1. 1 Batería de 9V.2. 1 Osciloscopio.3. 1 Capacitor de 100uF.4. 1 Resistencia 33k.5. 1 Resistencia de 470 ohms.6. 1 NE555.7. 1 Diodo Led Azul.

*Todo simulado en Proteus 8 Professional.

Herramientas.

Proteus 8 Professional.

MontajeSe armo un total de 4 montajes, los cuales van desde el 555 en su configuración

astable, hasta a un circuito desvanecedor lumínico. Todos listados y mostrados en el

siguiente apartado “Simulaciones”. La explicación de su construcción, será obviada

debido a que solo se utilizo proteus 8 para realizar las pruebas completas, por lo que se

resume en: buscar en la biblioteca del programa los componentes necesitados, y luego

llevarlos a la mesa de trabajo o workbench.

SIMULACIONES

Estructura de circuito Retardador

Circuito Retardador (Sección de activación y desactivacion)

Circuito Astable

Salida Circuito Astable, con Entrada Corriente Directa

Circuito Desvanecedor Luminico

Amplitud Aplicada al Diodo Led

Estructura de Circuito Monostable (Switch Digital)

RESULTADOS PRACTICOS.

1. Los osciladores suelen utilizarse para responder con cierta frecuencia a ciertos

estímulos.

2. Los multivabradores poseen dos funciones principales, modo astable y el

monoestable.

3. La frecuencia de la oscilación no depende del oscilador en si mismo, sino de la

configuración de impedancia en la entrada del cloking.

4. Son utilizados para formar señales de reloj para alimentar y sincronizar otros

dispositivos.

5. Las ondas de reloj, son ondas cuadradas que oscilan a una frecuencia constante

y modulan funciones entre dispositivos.

6. Las ondas de reloj se utilizan en su mayoría en circuitos digitales, como

memorias, registros y circuitos sumadores.

7. El 555 puede ser mejorado, en su configuración astable, colocándole un

potenciómetro como resistencia de entrada, permitiendo la modulación de la

frecuencia de salida.

8. Si se utiliza un amplificador operacional en la salida frecuencial del 555 (astable)

se puede alimentar varios circuitos a la vez evitando la disminución de la

potencia de la señal.

9. En la construcción de semáforos de menor costo, y de montajes en reducidas

dimensiones, se recomienda el uso del 555, en conjunto a un integrado que

permita la sucesión de luces en la frecuencia determinada por el oscilador.

10.El 555 en circuitos digitales, suele ser utilizado como base para realizar switches

que trabajen con un pulso de onda discreto.

BIBLIOGRAFIA.

ANONIMO. Disponible en:

http://www.ecured.cu/osciladores

https://es.wikipedia.org/wiki/AM%C3%B3n

http://www.ecured.cu/diodo1n4148

http://panamahitek.com/funcion555

http://www.wikipedia.com/oscilador555

http://www.hextec.com/proyectos555

http://www.ecured.cu/highprime/modoastable555

http://www.cuscom.ecu/modomonostable

ANEXO

DATASHEET DE LM555