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nuevo ucontrol.
Introducción:
Existen algunos circuitos integrados que a pesar de permanecer durante
años en el mercado, su gran utilidad hace que permanezcan vigentes, tal
es el caso del temporizador NE555.
Este muy económico circuito integrado temporizador de 8 pines
probablemente sea uno de los circuitos integrados mas versátiles de
todos los tiempos, y se puede utilizar muchísimos proyectos. Es muy
simple de utiliza, y requiere solo unos pocos componentes adicionales
para realizar útiles tareas, no solo relacionadas con la temporización
tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores
secuenciales, etc... A pesar de ser sumamente económico, se consiguen
unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de
alimentación y de temperatura. La estabilidad en frecuencia es de 0,005%
por ºC.
El viejo y vigente NE555.
Diagrama interno del NE555.
Prácticamente cada fabricante de circuitos integrados tiene su propia
versión del “555”, Según el fabricante recibe una designación distinta,
tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc.
aunque generalmente se lo conoce como "el 555"o “NE555”. Existe también
una versión de 14 pines, llamada NE556 que contiene dos NE555 en su
interior, compartiendo sus dos pines de alimentación. Dado que hay
muchas aplicaciones en las que son necesarios más de un temporizador, es
importante tener presente esta versión doble del NE555.
El NE555 se alimenta con tensiones que van desde los 4.5 a los 18
voltios, aunque existen versiones no muy fáciles de conseguir que se
alimentan con solo 2 voltios. Si la tensión de alimentación se fija en
5.0 voltios, sus señales de salida son compatibles con la lógica de
familia TTL.
En aquellos caso que el consumo de nuestro proyecto es un factor muy
importante, podemos echar mano del ICM7555, que es un integrado 100%
compatible con el NE555, incluso la disposición de sus pines es
exactamente la misma, pero al estar construido con tecnología CMOS su
consumo es de solamente 20 miliamperes.
Pin-out del NE555 y NE556, que contiene en su interior dos NE555 completos.
Frecuentemente, al cambiar el estado de sus salidas, tanto el NE555 como el
NE556 producen un significante consumo sobre la fuente de alimentación, que
si bien generalmente no acarrea ningún inconveniente, suele provocar algunos
dolores de cabeza en circuitos más complejos. En estos casos, basta con
agregar en nuestro diseño un capacitor cerámico de unos 100 µF entre los
pines de alimentación del circuito integrado, lo más cerca posible del
mismo.
Hecha esta breve introducción, pasemos a ver su interior, y como podemos
usar este potente temporizador en nuestros proyectos.
Uno de
los usos más frecuentes del NE555 es como oscilador astable. En esta
configuración, el circuito produce en su pin de salida OUTPUT una onda
cuadrada, con una amplitud igual a la tensión de alimentación. La duración
de los periodos alto y bajo de la señal de salida pueden ser diferentes. El
nombre de “astable” proviene de la característica de esta configuración, en
la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados lógicos, si
no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T.
El periodo de tiempo T de la señal de salida es igual al la suma de los
tiempos en estado alto Tm (por “Mark time” en ingles) y bajo Ts (por “Space
time). En general, en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro,
utilizaremos la frecuencia F de la señal de salida, igual a 1/T
Configuración como astable
Valores típicos de R1, R2 y C1
En la figura anterior podemos ver el esquema de conexión del NE555 para ser
utilizado como oscilador astable. Solamente tres componentes adicionales
bastan para determinar el periodo T de la señal de salida, y la relación de
tiempos Tm y Ts. Un cuarto componente, el capacitor de 0.01 µF solamente se
utiliza para evitar el ruido en el terminal de control.
Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de
la señal, de acuerdo con las siguientes formulas:
T = 0.7
× (R1 + 2R2) × C1
F = 1.4 / ((R1 + 2R2) × C1)
Donde
el periodo T se expresa en segundos, la frecuencia F en Hertz, los valores
de R1 y R2 en ohms y la capacidad de C1 en faradios.
La relación marca-espacio (Tm y Ts), también conocida como “duty cycle”, y
que es muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de
corriente continua, el brillo de una lámpara, etc. se calculan mediante las
tres formulas siguientes:
T = Tm + Ts
Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1
Ts = 0.7 × R2 × C1
Como se deduce de ellas, en los casos que Tm y Ts necesiten ser iguales (duty
cycle del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1.
Al momento de diseñar nuestro propio oscilador astable utilizando NE555
debemos elegir primero el valor de C1, que es el que determinara el rango de
frecuencias a utilizar (ver la figura 2), luego el valor de R2, considerando
que
R2 = 0.7
/ F x C1
Y por
ultimo R1, generalmente de un 10% del valor de R2, salvo que necesitemos
tiempos Tm y Ts muy diferentes entre si.
En aquellos casos que queramos hacer la frecuencia de salida variable, la
mejor opción es reemplazar a R2 por un potenciómetro del valor adecuado y
una resistencia de al menos 1000 ohms en serie con el (para evitar que en un
extremo del potenciómetro el valor de R2 sea cero).
La animación muestra el
funcionamiento del NE555 como astable.
Duty Cycle
Como veíamos antes, el NE555 utilizado como oscilador astable permite el
control de dispositivos como motores o lámparas mediante una técnica
conocida como PWM (Pulse Wide Modulation) o Modulación por Ancho de Pulso.
Dado que es tan utilizada, merece que veamos algunas características mas
asociadas a ella.
La señal presente en el pin 3 se repite continuamente, a menos que se fuerce
la salida a 0 V mediante el terminal RESET (conectándolo a una tensión menor
a 0.7V).
Una
baja frecuencia de oscilación puede ser utilizada para hacer destellar
un LED, y una frecuencia un poco mas alta (mayor a 20 Hz. aunque menor a
los 20KHz.) se puede emplear para hacer sonar un parlante o buzzer
conectado al pin 3 y de esta manera construir una alarma audible
fácilmente.
Volviendo al control PWM, la relación entre Tm y Ts generalmente se
expresa como un porcentaje. Si este porcentaje debe ser es igual o mayor
al 50%, utilizamos el circuito que vimos antes, como vimos antes, y las
formulas de la izquierda nos permiten calcular exactamente su
porcentaje.
En el caso de que la relación deba ser menor al 50%, se debe agregar un
diodo tipo 1N4148 en paralelo con R2, como se ve en la figura de mas
abajo, para permitir la circulación de corriente durante el periodo Tm.
En este caso, el valor de Tm y Ts dependen únicamente de R1 y C1 como se
ve a continuación:
Un
circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un solo
estado: el nivel bajo.
Figura 1
En
efecto, si conectamos el NE555 de manera que se comporte como un
monoestable (figura 1), su salida permanecerá en estado bajo, salvo en
el momento en que reciba una señal en su pin TRIGGER, en cuyo caso la
salida pasara a nivel alto durante un tiempo T, determinado por los
valores de R1 y C1, de acuerdo a la formula de la figura 2, donde el
periodo T se expresa en segundos, R1 en ohms y la capacidad de C1 en
faradios.
Al presionar el pulsador identificado como “trigger”, la salida del
Ne555 pasara a estado alto hasta que transcurra el tiempo fijado por el
valor de R1 y C1 o hasta que se presione el pulsador “reset” (lo que
ocurra primero). En general, no se desea interrumpir el periodo en que
el integrado tiene su salida en nivel alto, por lo que el pulsador
conectado al RESET puede no ser necesario.
Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los
10 minutos) se deben utilizar capacitares electrolíticos, y estos
presentan fugas que afectan su confiabilidad, es que tenemos que
recordar en el momento de hacer nuestros diseños que pueden ser posibles
errores de hasta un 20% en los tiempos determinados por R1 y C1.
Es
importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que no
transcurra el tiempo T (o se resetee el temporizador) cualquier actividad en
el TRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado
alto de la salida será ignorado.
En algunos casos puede ser deseable que el circuito efectúe un reset
automáticamente al ser conectado a la alimentación, o bien que se auto
dispare al encender el dispositivo. En estos casos, se puede utilizar un
circuito como el que vemos en la figura 3, y que conectaremos al pin RESET o
TRIGGER según corresponda.
Figura 2
Figura 3
La animación muestra el
funcionamiento del NE555 como monoestable.
Otra configuración
habitual para el NE555 es la de biestable. En ella, ambos estados, alto
y bajo, son estables, y la salida permanece en ellos hasta que se
modifican mediante los pines TRIGGER o RESET.
En este caso, al no haber tiempos implicados en ninguno de los dos
estados, no hay formulas para aplicar.
Simplemente, al aplicar 0V al pin TRIGGER, la salida pasara a estado
alto, y permanecerá en el hasta que se desconecte la alimentación o se
ponga a 0V el terminal RESET, en cuyo caso la salida se mantendrá en
estado bajo hasta una nueva conexión del TRIGGER a 0V.
El esquema de esta configuración se puede ver en la figura de la
izquierda.
