Práctica 2. El Circuito Integrado NE555 como oscilador astable y como detector de pulsos fallidos. 7 El Circuito Integrado NE555: Introducción Teórica

Transcripción

1 P-2 7 El Circuito Integrado NE555: Introducción Teórica 1. Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es introducir al alumno en el uso y configuración del CI NE555. Este dispositivo electrónico es muy versátil ya que permite realizar muchas funciones con sólo cambiar la conexión de elementos externos como transistores, resistencias y condensadores. En primer lugar, se introducirá el diagrama de bloques del NE555 haciéndose un análisis del funcionamiento interno. Este modelo interno se usará para realizar simulaciones en una determinada configuración del 555. Una vez conocido el funcionamiento interno, se introducirá la configuración del 555 como multivibrador astable (o configuración astable como normalmente se le conoce). Finalmente, se mostrará la aplicación del 555 como detector de pulsos fallidos. Se trata de una configuración que nos permite conocer otra aplicación de este circuito. 2. Diagrama de bloques del circuito NE555 El diagrama de bloque interno de este circuito aparece en la Figura 7.1. En la siguiente tabla (Tabla 7.1) se muestra la información de cada uno de los pines del circuito y su función. Pin # Nombre Descripción 1 GND Referencia de tensión 2 TRIG Entrada de disparo (trigger) 3 OUT Salida 4 RESET Reset del biestable 5 CONT Entrada de control 6 THRES Entrada de umbral (threshold) 7 DISCH Salida de descarga 8 Tensión de alimentación Tabla 7.1 Pines del Circuito Integrado NE555 En el diagrama de bloques interno se observan dos comparadores, que no son más que dos amplificadores operacionales funcionando en modo de saturación. El funcionamiento de uno de estos comparadores es el siguiente: cuando la entrada no inversora tiene mayor tensión que la entrada inversora, la tensión de salida del comparador será aproximadamente, es decir, un nivel lógico alto, mientras que cuando la relación se invierta, la salida del comparador será prácticamente cero, es decir, un nivel lógico bajo. 43 / 106

2 Figura 7.1 Diagrama de bloques interno del NE555 Dado que las resistencias que pueden verse en el diagrama son de aproximadamente el mismo valor, forman un divisor resistivo que permite obtener las tensiones y. Estas tensiones se usan respectivamente, como entrada inversora del comparador de arriba (para establecer el umbral de entrada THRES) y como entrada no inversora del comparador de abajo (para establecer el nivel de disparo TRIG). Cuando la tensión en la entrada de disparo TRIG desciende por debajo de, la salida del comparador inferior pone a 1 la entrada SET del biestable tipo RS. Esto implica (ver tabla de verdad del biestable Tabla 7.2) que el estado Q del mismo se fija a 1, cortándose el transistor de descarga (DISCH). En este caso, la salida OUT del 555 permanecerá a nivel alto, hasta que la tensión en la entrada Umbral sea superior a, y haga que el comparador superior conmute su salida dejando la entrada R del biestable a 1. Esto hace que el estado del biestable pase a RESET (Q se fija a 0 ), por lo que la salida OUT del 555 se pone de nuevo a nivel bajo, saturándose previamente el transistor de descarga (DISCH). R S Q n Q n ??? Tabla 7.2 Tabla de verdad del biestable RS En resumen, los comparadores, el biestable y el transistor de descarga tienen el siguiente comportamiento: Comparador UP Comparador DOWN THRES TRIG > R = 1 Q = 0 DISCH cerrado < R = 0 Q no cambia DISCH no cambia > S = 0 Q no cambia DISCH no cambia < S = 1 Q = 1 DISCH abierto Q = 0, DISCH cerrado Q = 1, DISCH abierto THRES TRIG Tabla 7.3 Comportamiento de la salida del 555 frente a las entradas 44 / 106

3 3. Configuración del CI NE555 como multivibrador astable Una de las configuraciones más conocidas del 555 es la de multivibrador astable. Se trata de un circuito que genera una señal periódica de frecuencia y ciclo de trabajo configurables. En la Figura 7.2 se detalla el conexionado del circuito. Figura 7.2 Circuito Oscilador basado en el 555 Este circuito oscilador se basa en la carga y descarga del condensador C1. Dicho condensador se carga a través de R1 y R2, y se descarga sólo a través de R2 (esta descarga se realiza mediante el transistor DISCH). Los niveles de tensión entre los que se carga y descarga el condensador son y respectivamente. Figura 7.3 Evolución de la tensión del condensador C1 en la configuración astable Las ecuaciones que describen la tensión del condensador C1 cuando se carga y se descarga son respectivamente: t Sabiendo que: se puede demostrar que los tiempos correspondientes a la salida en nivel alto y bajo no dependen de y vienen dadas mediante las expresiones: 45 / 106

4 Con esto puede calcularse la frecuencia de oscilación de la señal de salida mediante: Se define el ciclo de trabajo (o duty cycle) de una señal como la relación existente entre el tiempo a nivel alto frente al periodo de dicha señal, expresado en %. Haciendo el cálculo en función de R1 y R2: 4. Configuración del CI NE555 como detector de pulsos fallidos En esta configuración se mostrará el montaje del 555 para detectar pulsos perdidos en una secuencia. Como aplicación de este circuito se puede hacer mención a los detectores de paso mediante barrera infrarroja (ver Figura 7.4). Estos dispositivos emiten un tren de pulsos desde un emisor a un receptor. Si no existe ningún obstáculo entre el emisor y el receptor de infrarrojos, el receptor observa el tren de pulsos sin perturbaciones. Sin embargo, cuando existe un obstáculo que detiene el tren de pulsos, el receptor observará una discontinuidad en los pulsos y provocará la alarma. En la Figura 7.5 se detalla el conexionado del circuito. Figura 7.4 Aplicación del detector de pulsos fallidos Figura 7.5 Circuito Oscilador basado en el 555 Este circuito detector se basa en la carga del condensador C3. Dicho condensador se carga a través de R4, mientras que se descarga rápidamente, bien a través del transistor DISCH, bien a través del transistor Q1. Dado que la base de Q1 está conectada a la señal de entrada, mientras existan pulsos en la entrada, el condensador C3 se descargará. 46 / 106

5 Cuando no existan pulsos, el condensador se cargará hasta el nivel umbral (THRES), momento en el que se activará la salida (ver Figura 7.6). V3 OUT t Figura 7.6 Evolución de las señales de entrada, salida y condensador. 47 / 106

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