FACULTAD: MECANICA Y ELECTRICA ESCUELA DE ING: ELECTRONICA

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1 Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD: MECANICA Y ELECTRICA ESCUELA DE ING: ELECTRONICA DOCENTE : ING: WILDER ENRIQUE ROMÁN MUNIVE PRESENTADO POR : TORNERO CONISLLA PIERRE MILAN ASIGNATURA : DIBUJO ELECTRONICO TEMA : CIRCUITOS INTEGRADOS 555 NUMERODE INFORME: 04 FECHA DE PRESENTACION: 10/05/ ICA PERU CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 1

2 INDICE DIBUJO ELECTRONICO IIEE-2 Introducción..1 Historia....2 Definición...3 Funcionamiento...4 Funcionamiento monoestable Funcionamiento estable Principal utilización. 5 Descripción de las terminales del Algunas de sus aplicaciones. 7 Observaciones..8 Conclusiones....9 Sugerencias Web grafía CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 2

3 INTRODUCCIÓN DIBUJO ELECTRONICO IIEE-2 El CI 555 es un circuito muy popular dada su versatilidad como generador de señales. Mediante unos pocos componentes externos, permite eficaces aplicaciones, básicamente, como generado de impulsos (clock) y como monoestable (temporizador). Puede funcionar con una tensión de alimentación entre unos 4,5 y 18v y tiene una alta cargabilidad de salida (puede proporcionar una corriente de 200mA). Asimismo, es muy estable térmicamente y bastante inmune a las variaciones de la tensión de alimentación. En su versión clásica aparece en un encapsulado DIL de 8 pines, de tecnología bipolar, posteriormente aparece el modelo 556, en forma de DIL de 14 pines, que contienen dos circuitos 555 idénticos. Existe también en tecnología bipolar, la corriente típica de consumo (lcc) es de unos 3mA (para Vcc=5v). en tecnología CMOS El consumo es de solo unos 100uv (VDD=5V), aunque en contrapartida tiene menos cargabilidad de salida (además de otras diferencias respecto a la versión bipolar, que puede ser necesario tener en cuenta en ciertas aplicaciones) CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 3

4 HISTORIA DIBUJO ELECTRONICO IIEE-2 En 1970, Hans Camenzind, un ingeniero nacido en Suiza y que luego de terminar su educación secundaria viajó a Estados Unidos para realizar los estudios de ingeniería, se tomó un mes de vacaciones de su empleo en Signetics (ahora Philips) para escribir un libro y en vez de volver al final de las vacaciones, le pidió a la compañía que lo contratase como consultor durante un año, para usar los principios del oscilador controlado por tensión o VCO en el desarrollo de un circuito integrado temporizador; esta idea no era del agrado del departamento de ingeniería de Signetics, pero afortunadamente a Art Fury, el hombre de mercadeo de la empresa, la idea lo entusiasmó y le dio el contrato a Camenzind, quien luego de seis meses, completó el diseño final ( los primeros diseños no hacían uso de redes RC para la temporización y por ello preveían un circuito integrado de 14 pines, mucho más complejo y caro), el 555 fue pionero en muchos aspectos, no solo fue el primer circuito integrado temporizador, también fue el primero en venderse desde su salida al mercado a bajo precio (U$ 0,75), cosa nunca hecha hasta entonces por ningún productor de semiconductores. Cabe acotar que por las diferencias entre Camenzind y el departamento de ingeniería de Signetics, el proyecto durmió durante un año antes de ser finalmente producido en masa por Signetics. El temporizador 555 fue introducido en el mercado en el año 1972 por esta misma fábrica con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (El Circuito Integrado Máquina del Tiempo). Este circuito tiene muy diversas aplicaciones, y aunque en la actualidad se emplea mas su remozada versión CMOS desarrollada por DaveBingham en Intersil, se sigue usando también la versión bipolar original, especialmente en aplicaciones que requieran grandes corrientes de parte de la salida del temporizador. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 4

5 DEFINICIÓN El circuito integrado 555 es un dispositivo altamente estable utilizado para la generación de señales de pulsos. En la figura se muestra su distribución funcional de pines y las dos formas más comunes de presentación las cuales son las más usuales: el encapsulado de doble fila o DIP ( Dual- in line package ) y el metálico. La presentación DIP de 8 pines es la más común. El encapsulado metálico se utiliza principalmente en aplicaciones militares e industriales. También esta disponible en encapsulado de montaje superficial, con la referencia LM555CM de national. El chip consta internamente de 23 transistores, 2 diodos y 12 resistencias. Opera con tensiones de alimentación desde 4.5 V hasta 18 V y puede manejar corrientes de salida hasta de 200 ma, una capacidad suficiente para impulsar directamente entradas TTL, LED, zumbadores, bobinas de rele, parlantes piezoeléctricos y otros componentes. Asociado con unos pocos componentes externos (resistencias y condensadores, principalmente) el 555 se puede utilizar para generar trenes de pulsos, temporizar eventos y otras aplicaciones, tanto análogas como digitales. En esta lección estudiaremos sus dos modos básicos de operación: el estable o reloj y el monoestable o temporizador. En el modo estable, el circuito entrega un tren continuo de pulso y en el monoestable suministra un pulso de determinada duración. La frecuencia y el ancho del pulso se programan externamente mediante resistencias y condensadores adecuados. Otro modo de operación importante es como modulador de ancho de pulsos. En este caso, el chip trabaja en el modo monoestable pero la duración del pulso se controla mediante un voltaje externo aplicado al pin 5. Antes de proceder al estudio detallado del 555, es conveniente conocer algunas de sus características eléctricas más importante. Estos y otros parámetros son de gran utilidad para los diseñadores de circuitos. Una información más amplia se obtiene consultando manuales y hojas de datos (data sheets) de los fabricantes. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 5

6 FUNCIONAMIENTO DIBUJO ELECTRONICO IIEE-2 Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales 8 (+Vcc) y 1(GND) tierra; el voltaje de la fuente va desde los 5 voltios hasta 15 voltios de corriente continua, la misma fuente se conecta a un circuito pasivo RC, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal 2 (TRIGGER) que es la entrada de un comparador. La terminal 6 (THRESHOLD) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de disparo. La terminal 5(CONTROL VOLTAGE) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal 7 (DISCHARGE), se descarga cuando el transistor (NPN) T1, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor (PNP) T2. Se dispone de la base de T2 en la terminal 4 (RESET) del circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee. La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al nivel de tierra es de 200 ma. La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente (Buffer), mientras que en la terminal 6 el nivel de tensión sea más pequeño que el nivel de voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea más grande que el nivel de tensión contra el que se compara la entrada Set del FF-SR no se activará. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 6

7 Funcionamiento monoestable Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel bajo (0V), que es el estado de reposo. Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta transcurrido el tiempo determinado por la ecuación: T = 1.1*Ra*C Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0V). NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto nuevamente a nivel alto antes que termine la temporización. Funcionamiento Estable En este modo se genera una señal cuadrada oscilante de frecuencia: F = 1/T = 1.44 / [C*(Ra+2*Rb)] La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y como valor bajo 0V. Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben aplicar las fórmulas: Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(Ra+Rb)*C Salida a nivel bajo: T2 = 0.693*Rb*C CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 7

8 PRINCIPAL USO DEL 555 El 555 es un circuito integrado cuya función principal es producir pulsos de temporización con precisión, entre sus funciones secundarias están la de oscilador, divisor de frecuencia, modulador o generador. Este circuito integrado incorpora dentro de sí, dos comparadores de voltaje, un flipflop, una etapa de salida de corriente, un divisor de voltaje por resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de cómo se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran número de funciones tales como la del multivibrador estable y la del circuito monoestable. Descripción de los terminales del 555 CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 8

9 GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra. DISPARO (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. SALIDA (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). RESET (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee". CONTROL DE VOLTAJE (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias. UMBRAL (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. DESCARGA (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 9

10 ALGUNAS DE SUS APLICACIONES Circuito monoestable: La salida del circuito es inicialmente cero, el transistor está saturado y no permite la carga del condensador C1. Pero al pulsar SW1 se aplica una tensión baja en el terminal de disparo TRIGGER, que hace que el biestable RS cambie y en la salida aparezca un nivel alto. El transistor deja de conducir y permite que el condensador C1 se cargue a través de la resistencia R1. Cuando la tensión en el condensador supera los 2/3 de la tensión de alimentación, el biestable cambia de estado y la salida vuelve a nivel cero. R2 está entre 1k y 3,3 M, el valor mínimo de C1 es de 500pf. Circuito estable: Cuando se conecta la alimentación, el condensador está descargando y la salida del 555 pasa a nivel alto hasta que el condensador, que se va cargando, alcanza los 2/3 de la tensión de alimentación, con esto la salida del biestable RS pasa a nivel "1", y la salida del 555 a ceroy y el condensador C1 comienza a descargarse a través de la resistencia RB. Cuando la tensión en el condensador C1 llega a 1/3 de la alimentación, comienza de nuevo a cargarse, y asi sucesivamente mientras se mantenga la alimentación. RA toma valores entre 1k y 10M, RB<RA CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 10

11 Circuito estable con onda simétrica: En este circuito estable se muestra cómo puede obtenerse una onda simétrica; el modo de hacerlo es que el condensador tarde el mismo tiempo en cargarse que en descargarse, los caminos de carga y descarga deben ser iguales y se separan con dos diodos. El condensador C2 evita fluctuaciones de tensión en la entrada de control. Terminal de Reset: El terminal de reset puede conectarse directamente al positivo o bien mantener el nivel alto por medio de una resistencia, por ejemplo de 2k2. Al actuar sobre el pulsador, la salida del 555 pasa a nivel bajo directamente. Es como poner el integrado en un estado de reposo. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 11

12 Modulación del ancho de pulso: Aplicando una señal de nivel variable a la entrada de CONTROL el pulso de salida aumenta de ancho al aumentar el nivel de esa tensión. Modulación del retardo de pulso: Aquí el pulso de salida aparece con mayor o menor retardo según aumente o disminuya la tensión aplicada al terminal de control. OBSERVACIONES Aunque el circuito para seleccionar distintas frecuencias, pudo haberse conectado mediante un switch de 4 posiciones, preferí hacerlo digitalmente, para demostrar así, que un circuito implícitamente análogo, podía ser controlado mediante un proceso digital. Asimismo, con potenciómetros digitales, este circuito, no sólo sería controlable su frecuencia digitalmente, sino también su ciclo de trabajo. CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 12

13 El 555 de por sí no es un integrado diseñado para generar frecuencias con ciclos de trabajo del 50%, para esto es necesario recurrir a elementos externos. CONCLUSIONES El 555 es un integrado sumamente versátil, pudiendo ser configurado para trabajar en un rango muy amplio de frecuencias y configurado correctamente, puede trabajar con ciclos de trabajo de casi 0% al 100%. Para aplicaciones que requieran de mayor precisión, una de las recomendaciones, es de utilizar condensadores de tantalio, para así evitar las corrientes de fuga características de los condensadores electrolíticos. Para medir las frecuencias de 1Hz, y 10Hz, no fue posible usar el osciloscopio o el multímetro, puestos que éstos instrumentos, no son capaces de medirlas. Para medir 1Hz, se utilizó un cronómetro externo, y para medir 10Hz, se utilizó el osciloscopio, pero la medición resultó dificultosa. Una de las grandes aplicaciones del 555, debido a que puede manejar 200 ma de salida, es la de generar tonos audibles, tal como una sirena. SUGERENCIAS Debido, a que el 555 es un integrado muy popular, y ya ha sido estudiado anteriormente, hubiera sido interesante hacer la misma experiencia con otros integrados de aplicaciones similares al 555 tales como el 4047B, que es el reloj CMOS más popular, permite ciclos de trabajo exactos del 50%, puede trabajar como monoestable redisparable, cosa que no se puede hacer en el 555 sin circuito externo, y disipa mucha menor potencia debido a su tecnología. Asimismo, hubiera sido interesante implementar multivibradores con osciladores de cristal, o relojes de múltiples salidas como el 4060B al cual se le puede acoplar el oscilador de cristal. WEB GRAFÌA CIRCUITO INTEGRADO 555 Página 13