En este artículo haremos una revisión del legendario Circuito Integrado 555, cubriendo sus orígenes históricos, diagrama interno, y funcionamiento. Veremos sus aplicaciones, enfocandonos en su uso como oscilador astable y monoestable.
Introducción
En este artículo, nos sumergimos en el mundo del Circuito Integrado 555, un componente icónico en el ámbito de la electrónica.
Desde su invención en la década de los 70, ha marcado un antes y un después en el diseño de circuitos debido a su versatilidad y simplicidad.
Analizaremos su estructura interna, modos de funcionamiento como oscilador astable y monoestable, y su presencia en diversas aplicaciones electrónicas.
Breve historia del CI 555
El Circuito Integrado 555, conocido comúnmente como temporizador 555, fue inventado en 1971 por Hans R. Camenzind para Signetics (ahora parte de ON Semiconductor).
Desde su creación, ha sido ampliamente adoptado por su versatilidad, fiabilidad y bajo costo, convirtiéndose en uno de los chips más populares en la historia de la electrónica.
Historia del 555. Puedes hacer click en una imagen para ver su descripción
Diagrama Interno y Funcionamiento
Diagrama Interno
El CI 555 consta de 25 transistores, 2 diodos y 15 resistencias internas, formando un circuito de control de voltaje, un flip-flop, un transistor de descarga y un amplificador de salida.
El diagrama interno se puede ver a continuación en la Fig. 1 y muestra cómo estos componentes están interconectados para formar el chip.
Funcionamiento y Partes
- Comparadores de Voltaje: Dos comparadores de voltaje forman la base del control de tiempo. Uno compara el voltaje de umbral con 2/3 del voltaje de alimentación, y el otro compara el voltaje de disparo con 1/3 del voltaje de alimentación.
- Flip-Flop: Controla el estado del temporizador y, por lo tanto, el de la salida.
- Transistor de Descarga: Conectado al pin de descarga, permite descargar el condensador externo en el modo de temporización.
- Salida: El pin de salida puede manejar cargas tanto en estado alto como en estado bajo.
Aplicaciones Principales
El 555 se utiliza en una variedad de aplicaciones, incluyendo:
- Temporizadores
- Osciladores
- Generadores de pulso
- Modulación de ancho de pulso (PWM)
- Alarmas y dispositivos de señalización
Utilización del 555
Oscilador Astable
- Descripción: En este modo, el 555 oscila continuamente entre estados alto y bajo sin necesidad de un pulso de disparo externo, generando así una onda rectangular.
- Configuración: Se conecta un condensador (C) y dos resistencias (R1 y R2) para definir la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal de salida.
- Funcionamiento: El condensador se carga a través de dos resistencias pero se descarga solo a través de una, lo que da como resultado diferentes tiempos de carga y descarga, y por lo tanto, una señal de salida con ciclo de trabajo ajustable.
El circuito típico de un 555 conectado como oscilador astable se puede apreciar en la siguiente simulación, así como la forma de onda de la salida.
Cálculo de tiempos
El tiempo que la salida permanece en nivel alto (tON) está dado por:
\boxed {t_{ON} = 0,69 . (R_1 + R_2) . C}Mientras que tiempo en que la salida permanece en nivel bajo (tOFF) es:
\boxed {t_{OFF} = 0,69 . R_2 . C}Cálculo del ciclo de trabajo
El ciclo de trabajo o DC (Duty Cicle) se puede calcular de la siguiente forma:
DC (\%) = \frac{t_{ON}}{t_{ON}+t_{OFF}} . 100Reemplazando las fórmulas de los tiempos que ya hemos visto:
\boxed {DC (\%) = \frac{R_1 + R_2}{R_1 + 2R_2} . 100}Cálculo de la frecuencia
La frecuencia de la salida es la inversa del tiempo total, es decir:
f = \frac{1}{t_{ON} + t_{OFF}}Y por lo tanto:
f = \frac{1}{0,69 . (R_1 + 2R_2) . C}O, mas frecuentemente:
\boxed{f = \frac{1,44}{(R_1 + 2R_2) . C}}Donde tON y tOFF están en segundos, f en Hertz, R1 y R2 en Ohms y C en Faradios.
Por ejemplo, en la simulación de mas arriba, donde R1=8200 ohms, R2=68000 ohms y C=100 nF, la frecuencia de salida será:
f = \frac{1}{0,69 . (8200 + 2.68000) . 0,0000001)} = 100,5 HzO aproximadamente 100 Hz.
Para determinar la frecuencia f también puedes emplear el siguiente nomograma (de la hoja de datos de ON semiconductor).
En él he trazado en Verde una línea que representa aproximadamente el valor de (R1 + 2R2) que es de unos 144000 Ohms en la simulación y he partido desde el valor de capacidad de 0,1 uF (100 nF). Cuando la línea roja horizontal “choca” con la verde, baja hacia el otro eje donde podemos leer la frecuencia: 100 Hz aproximadamente.
Valor de R1
Para que la potencia disipada no sea excesiva para el 555, el valor de R1 no debe ser inferior a 1000 ohms.
Oscilador Monoestable
- Descripción: Produce un solo pulso de salida de duración fija (T) cuando se dispara con un pulso negativo.
- Configuración: Se utiliza un condensador (C) y una resistencia (R) para determinar la duración del pulso de salida.
- Funcionamiento: Tras recibir un pulso de disparo (se conecta el pin TRIGGER (/tr) a GND), el 555 cambia su salida a alto y comienza a cargar el condensador hasta que alcanza 2/3 del voltaje de alimentación, momento en el cual la salida vuelve a su estado bajo.
El circuito típico de un 555 conectado como oscilador monoestable y su funcionamiento se puede apreciar en la siguiente simulación.
Calculo del tiempo
El tiempo T durante en cual la salida se mantiene en ALTO se puede calcular de la siguiente forma:
\boxed{T = 1,1 . R . C}Donde si R está en Ohms y C en Faradios, T estará en segundos.
Por ejemplo, en la simulación anterior con R=10K y C=1uF, el tiempo será de:
T = 1,1 . 10000 . 0,000001 = 0,011 s
Es decir, unos 11 mS (en la simulación el tiempo corre mas lentamente)
Para determinar el tiempo T también puedes emplear el siguiente nomograma (de la hoja de datos de ON semiconductor).
Para ejemplificar su uso he marcado los valores de la simulación: La recta horizontal inicia en 1uF (o 100), y al “chocar” con 10K baja hacia el otro eje donde se puede leer el tiempo: algo mas de 10-2 s (mas de 10 mS).
Calculadora monoestable
La siguiente calculadora te puede servir para calcular el retardo (T) de un circuito monestable con 555
Fabricantes y Encapsulados
- Fabricantes: Texas Instruments, STMicroelectronics, ON Semiconductor, entre otros.
- Encapsulados: DIP (Dual In-line Package), SOP (Small Outline Package), y BGA (Ball Grid Array), entre otros.
Pinout
Este es el pinout (distribución de pines) del 555 en encapsulado DIP8.
Mas info
Hoja de datos del LM555 (ON Semiconductor)
Página del 555 en Wikipedia con mucha información
Un tutorial del 555 muy completo (en inglés)
Conclusión
El Circuito Integrado 555 es un componente esencial en el campo de la electrónica debido a su versatilidad, simplicidad y fiabilidad.
Su capacidad para operar en modos astable y monoestable lo convierte en una herramienta invaluable para diseñadores y hobbystas de la electrónica.
Con múltiples fabricantes y encapsulados, el 555 sigue siendo relevante en aplicaciones modernas de temporización y control de pulsos.
En próximos artículos te estaré mostrando algunos circuitos de aplicación práctica con el 555.
Como siempre si tienes alguna duda o sugerencia, puedes dejarla mas abajo en la sección de comentarios. Hasta la próxima!