Circuito integrado 555

Sus características

Esquema en bloques del circuito integrado del 555.

Este Circuito Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados, un dispositivo barato con el cual pueden hacer

muchos proyectos. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada

(A.M.)

Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y

excitador de salida.

Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V para el primer comparador C1 y en 1/3 V para el

segundo comparador C2, por medio del divisor de tensión compuesto por 3 resistores iguales R. En el gráfico se muestra el

número de pin con su correspondiente función.

En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular. Pero la

versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 está

compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistores encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se compone

de dos temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 16

pines.

Hoy en día, si ha visto algún circuito comercial moderno, no se sorprenda si se encuentra un circuito integrado 555

trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito.

Descripción de las terminales del Temporizador 555

Pines del 555.

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 monostable. 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 monostable, 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.

Funcionamiento del Circuito Integrado 555

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como

multivibrador astable y como multivibrador monoestable. Puede también configurarse para por ejemplo generar formas de

onda tipo Rampa

Multivibrador Astable

Esquema de la aplicación de multivibrador astable del 555.

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho

predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto

por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2 y C,

según las fórmulas siguientes:

 [segundos]

y

 [segundos]

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula: 

el período es simplemente: 

También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de

condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho

de pulso (D) de la señal de salida según la siguiente expresión:

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta).

Si se requiere una señal cuadrada donde el ciclo de trabajo D sea del 50%, es decir que el tiempo t1 sea igual al tiempo t2,

es necesario añadir un diodo en paralelo con R2 según se muestra en la figura. Ya que, según las fórmulas, para

hacer   sería necesario que R1 fuera cero, lo cual en la práctica no funcionaría.

CORRECCION: Para realizar un ciclo de trabajo igual al 50% se necesita colocar el resistor R1 entre la fuente de

alimentación y la terminal 7; desde la terminal 7 hacia el condensador se coloca un diodo con el ánodo apuntando hacia el

condensador, después de esto se coloca un diodo con el cátodo del lado del condensador seguido del resistor R2 y este

conjunto de diodo y resistor en paralelo con el primer diodo, además de esto los valores de los resistores R1 y R2 tienen

que ser de la misma magnitud.

Multivibrador monoestable

Esquema de la aplicación de multivibrador monoestable del 555.

En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador.

El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida

está en nivel alto) es:

 [s]

 [segundos]

Nótese que es necesario que la señal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de nivel bajo y de muy corta duración para

iniciar la señal de salida.

* NOTA PARA GIULIANA

Implementar el circuito del timer 555, en el pin 2 y tierra (gnd) conectar un pulsador digital.

Utilizando un resistor de 820 kiloohmios y un capacitor de 100 Uf, y un voltaje de +5VDC se obtiene aprox. 90 segundos.

En la figura siguiente se muestra como acoplar la etapa de potencia utilizando un optoacoplador en este caso se utiliza una de la serie MOC3041, se utiliza el triac de la serie BT136 que aguanta hasta una corriente de 10 amperios montado en un disipador de calor. Por lo tanto el motor que soportara este circuito es uno max. De 3 amperios.

Triac montado en un disipador de calor de aluminio

PARA YEN

CONTADOR DE DECADAS 74LS90

El 74LS90 es un contador de décadas con salida BCD en binario, con cada entrada de reloj se mueven las 4 salidas para contar en binario de 0 (0000) hasta 9 (1001)

Veremos a continuación de una forma breve, como funciona un integrado 7490 y como son las salidas de sus pines. Un 7490 es un contador que puede contar del 0 al 9 de una forma cíclica, y ese es su modo natural. QA, QB. QC y QD son cuatro bits en un número binario, y esto pines se ciclan desde el 0 al 9. Puedes configurar el chip para que cuente a otro número máximo de números y luego volver a cero. Se hace cambiando el cableado de las líneas R01, R02, R91 y R92. Si R01 y R02 son 1, es decir, 5 voltios, y tanto R91 o R92 son 0 (tierra), entonces el chip reseteará QA, QB, QC y QD a cero. Si R91 o R92 es 1 (de nuevo 5 voltios), entonces e contador en QA, QB, QC y QD irá a 1001. Veamos un gráfico del chip 7490 para ver mejor los pines.

Para crear un contador divisible por 10, primero conectas el pin 5 a los cinco voltios y el pin 10 a tierra para alimentar el chip. Entonces conectas el pin 12 al pin 1 y pones tierra a los pines 2,3, 6 y 7. Pones en marcha la señal de reloj de entrada (para la base de tiempo o un contador previo) en el pin 14. La salida aparece en QA, QB, QC y QD. Usa la salida en el pin 11 para conectar la siguiente fase.

Para crear un contador divisible por 6, de nuevo, primero conectas el pin 5  a los cinco voltios y el pin 10 para dar energía el chip. Conectas el pin 12 al pin 1 y das tierra a los pines 6 y 7. Conectas el pin 2 al pin 9, y el pin 3 al pin 8. Pon en marcha la señal interna del reloj al igual que hicimos con el ejemplo anterior, en el pin 14. La salida aparece en QA, QB y QC. Usa el pin 8 para conectar la siguiente fase.

DECODIFICADOR DE 7 SEGMENTOS 74LS47 (ANODO COMUN)

En un circuito real, siempre habrá un dispositivo lógico que controla la indicación del display, como puede ser un

microcontrolador, un contador, etc. En este circuito utilizaremos un decodificador 74LS47. Esto nos será muy útil para ver

como un dispositivo controla el display sin meternos por ahora en el código de un microcontrolador. Pues bien, empecemos.

Que es un decodificador? Es un dispositivo que "decodifica" un código de entrada en otro. Es decir, transforma una

combinación de unos y cero, en otra. 74LS47, en particular transforma el código binario en el código de 7 segmentos.

Parece confuso, pero en breve quedará más claro.

El decodificador recibe en su entrada el número que será visualizado en el display. Posee 7 salidas, una para cada

segmento. Para un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (activada o descativada). 

La entrada consiste en 4 patas o pines donde el decodficador recibe los números binarios. Podemos ingresar valores de 0 a

9 en formato binario. 

Para ingresar un "0" en un pin, conectaremos el mismo al terminal negativo de la fuente. Para ingresar un "1", vamos a

conectarlo al terminal positivo. En el tutorial estoy utilizando un decodificador TTL, por lo que la fuente debe ser de 5v. 

Como es un decodificador 74LS47? El dispositivo viene en un encapsulado DIP16. Sus pines o patillas son:

Entradas: 4 pines de entrada para ingresar el dígito a mostrar en binario.

Salidas: 7 pines de salida, uno para cada segmento.

Control: 3 pines de control. Por el momento no entraremos en detalle para que se utilizan.

Alimentación: 2 pines para alimentación, fuente (+) y fuente (-).

Entonces, como ya lo dijimos, hay que aplicar el número deseado en la entrada y el dispositivo, automáticamente, habilita

los segmentos correspondientes a la salida. Supongamos que queremos mostrar el número 5. Utilizando la tabla anterior

vemos que 5 en binario es 0101. Debemos aplicar este valor en los pines de entrada en el orden DCBA, es decir DCBA =

0101, o sea D=0, C=1, B=0, A=1. Al hacerlo, el integrado enciende todos los segmentos, salvo "b" y "e" para mostrar el

número 5.

 

Veamos ahora, los valores reales de tensión en la entrada y salida. Recuerden que el "1" lógico equivale a 5v y el "0" lógico

a 0v. Vemos nuevamente el mismo gráfico, ahora con los valores de tensión en la entrada y la salida:

Por favor, presten atención a los niveles en la salida. Los segmentos encendidos tienen un nivel lógico 0 y los apagados 1.

Es decir, cuando el decodificar pone 0v en una salida, el segmento debe quedar encendido, y el mismo se apaga cuando la

salida presenta 5v. Este tipo de salida se denomina activo baja, lo que significa que cuando la salida esta en nivel bajo (0

lógico), la salida está activa. Resumiendo:

En la entrada del 74LS47 hay que ingresar un código binario

El valor binario es una combinación de unos y cero, siendo, "0" lógico = 0v; "1" lógico = 5v.

En la salida aparece la combinación de siete segmentos correspondiente.

Cada pin de salida corresponde a un segmento.

Las salidas son activo baja, es decir, "0" lógico = encendido; "1" lógico = apagado.

¿Cómo encender los segmentos? Ahora que tenemos claro cómo funciona el decodificador, veamos como conectarlo con

el display de 7 segmentos. En definitiva, cada patilla de salida controla un segmento, o sea un LED. Y lo que tenemos que

lograr es que el LED quede encendido cuando se le aplican 0v, y que se apague al aplicar 5v. Esto tiene un porque, y

hacerlo es muy simple. La conexión que debemos realizar es la siguiente. 

Vean la conexión: tenemos la fuente de 5v, conectada a un resistor en serie con el LED. El cátodo del LED queda

conectado a una pata del integrado 74LS47. Vean que pasa, cuando la salida del integrado está en 0v, se produce una

circulación de corriente desde la fuente hasta la pata, y el led se enciende. Pero, cuando la salida queda en 5v, no hay

circulación de corriente (pues no hay desnivel de tensiones). ¿Simple, verdad? Si no está muy claro cómo funciona,

recomiendo leer el primer tutorial, donde explico cómo funciona un display anodo común, ya que justamente este tipo de

display vamos a utilizar en este circuito.

Circuito completo. Ahora, que ya tenemos el concepto del decodifcador y la forma en que enciende los segmentos,

veamos el circuito completo:

Analicemos el circuito por partes. En primer lugar, veamos el dígito de 7 segmentos. Cada segmento está conectado al pin

correspondiente, mediante una resistencia de limitación de corriente. Los ánodos de todos los segmentos (es decir, la patilla

Ánodo Común CA) se conectan a la fuente positiva de +5v. Es lo mismo que habíamos visto antes con un solo LED.

Ahora, veamos la entrada. Para ingresar la combinación de entrada estoy utilizando llaves tipo DIP switch. La llave 1

controla la entrada A, la 2 controla B, etc. Cuando la llave esta en ON, en la entrada se aplica una tensión de 0v (recordar

que GND es 0v). Cuando esta en OFF, tenemos 5v, mediante las resistencias pull-up conectadas a la fuente positiva +5v.

Es la forma clásica de controlar la entrada de un dispositivo digital, pero para los que no están familiarizados, aquí va una

breve explicación de como funcióna. Veamos una sola entrada:

En la imagen de arriba, a la izquierda, está el circuito para controlar una sola entrada digital. El pin de entrada queda

conectado mediante una resistencia a +5v, y mediante una llave a tierra. Veamos qué pasa, cuando llave queda abierta

(imagen del medio). En ese caso, la entrada queda conectado a +5v. Hay una resistencia en el medio, pero las entradas

digitales no toman corriente, a efectos prácticos la corriente vale cero. Entonces, quedan aplicados los +5v en la entrada,

equivalente a un "1" lógico.

Por otra parte, con la llave cerrada (imagen a la derecha), la entrada queda conecta directamente a tierra, se aplican 0v

equivalente a un "0" lógico. Sigue estando conectada a la fuente de +5v mediante la resistencia, pero ahora la situación

cambio. Por la resistencia circula una corriente, desde +5v a tierra. Para que esta corriente no sea excesiva, las resitencias

pull-up por lo general son grandes, entre 1 y 10k. (Si no colocamos una resistencia pull-up, al cerrar la llave, se produce un

cortocircuito; por eso son necesarías las resistencias).

Lo que quedo en el tintero. Algunas cositas que quedaron pendientes en el desarrollo del artículo:

Pines control: como lo mencione, el integrado tiene tres pines de control, no los vamos a utilizar. Para que el

circuito funcione adecuadamente, hay que conectarlos a +5v. Lo hice mediante una resistencia pull-up. 

Combinaciones de entrada: En la tabla de códigos de entrada, están las combinaciones desde 0000 hasta 1001.

Pero, ¿que pasará si ingresamos una combinación que no esta en la tabla, por ejemplo, 1100 o 1111? Bueno, en

el display aparecerán unos símbolos raros que no son números ni letras. A continuación les dejo la tabla que

tome de la hoja de datos, para que vean de que se trata.

 

Por último, en el circuito completo que se muestra arriba, no se indican los pines 8 y 16. Normalmente estos pines

no se dibujan, ya que se sobreentiende son de alimentación y van a la fuente.

Comenzaremos el tutorial aprendiendo como manejar un solo dígito de 7 segmentos. Entonces bien, que es un display de 7

segmentos? No es ni más ni menos que un conjunto de 7 leds conectados y posicionados apropiadamente. Encendiendo

algunos de ellos y apagando otros podemos ir formando diferentes números. Veamos la disposición de los segmentos:

 

 

Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se denomina P. A la derecha vemos una representación del

encapsulado con los pines para conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le asignamos la letra

correspondiente del segmento. Esto significa que, por ejemplo, con el pin "a" podemos controlar el estado del segmento

"a"(encenderlo o apagarlo). Además vemos en el encapsulado dos patillas llamadas "U", cuya función pasaremos a explicar

en breve.

Entonces, tenemos 8 leds colocados en forma de un dígito con punto decimal. Ahora bien, un led tiene dos

extremos, ánodo y cátodo. Como en total tenemos 8 leds, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin embargo el

encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y se logra de la siguiente manera. Los 8

led se interconectan internamente de tal forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos de cada led. El

extremo sobrante de cada led se conecta internamente con los demás, y este punto de unión se encuentra disponible desde

el exterior del encapsulado. Debido a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmentos:

1. Ánodo Común : es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los

cátodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.

2. Cátodo Común : es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los

ánodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.

Estas definiciones pueden parecer confusas así que veamos gráficamente ambos tipos de display y su implementación en

un circuito. Veamos el cátodo común.

 

 

En el circuito anterior, el rectángulo gris representa el dígito de 7 segmentos en forma esquemática. Vemos que en el

esquemático representamos cada segmento con un led, esto facilita entender el funcionamiento del circuito. En el esquema

se ve claramente la conexión interna de los cátodos de todos los leds, dejando disponible externamente solo el punto de su

unión. Con respecto al funcionamiento del circuito, también es muy fácil comprender lo que sucede. Mientras las 8 llaves

están abiertas, no circula ninguna corriente y los 8 leds están apagados. Al cerrar cualquiera de las llaves, por la misma

circulara una corriente que hace encender el led correspondiente. Por ejemplo, si cerramos la 2da y 3era llave, se

encenderán los segmentos B y C y en el display aparece el número 1.

Ahora veamos el circuito con ánodo común.

 Podemos fácilmente notar la similitud y la diferencia con el circuito anterior. En este caso, son los ánodos los que se

encuentran conectados internamente y por tal razón el punto unión ahora se conecta al terminal positivo de la batería.

Nuevamente, cerrando cualquiera de las llaves, se encenderá el segmento correspondiente. Así de fácil.

Y eso es todo por ahora. Hagamos un pequeño resumen y algunas conclusiones de lo aprendido hasta ahora:

 Los segmentos del display son leds y se nombran con letras de "a" a la "g".

Los leds se conectan internamente para reducir el número de pines del integrado.

En los display tipo cátodo común, el terminal de unión U se conecta siempre al terminal negativo.

En los display tipo ánodo común,  el terminal de unión U se conecta siempre al terminal positivo.

PARA YEN RECOMIENDO IMPLEMENTAR ESTE CIRCUITO DETECTOR DE OSCURIDAD a la entrada del contador, este circuito al detectar oscuridad a través del LDR va a emitir un pulso por la salida del 555 (pin 3), el cual va hacer que el contador 7490 aumente en una unidad. El decodificador 7447 lo que hace es convertir la entrada binaria que genera el contador (7490) en salidas para excitar los leds internos del display, y de esta manera poder visualizarlos en forma numérica.

El circuito integrado a usar es el muy difundido timer 555 y un transistor de uso general también muy conocido el 2N2222, la salida indicadora de estado se da por la pata 3 del 555, cuando está en alta se enciende el led y cuando la salida es baja el led está apagado .

De izquierda a derecha. En primer lugar vemos al LDR o fotoresistor en serie con una resistencia alta como es la de 100k que es tambien resistencia de base del transistor, la característica del LDR es esta: cuando sobre su superficie no incide

luz (oscuridad) su valor en resistencia es muy alto, varios mega ohmios, se comporta como un circuito abierto, sin embargo cuando hay luz incidiendo en su superficie su valor es bajo llegando a ohmios con luz fuerte.

La salida de este divisor de voltaje alimenta al transistor 2N2222 de la siguiente forma : cuando hay luz el ldr envía la corriente a tierra y el transistor está abierto o desactivado , sin embargo en ausencia de luz el ldr se "abre" dejando pasar la corriente hacia el transistor saturándolo , el transistor 2222 tiene una resistencia de colector de 100 k tambien amarrada a la entrada del pin 2 del timer 555 , que es la pata de disparo , en situacion de espera esta pata debe estar en valor de voltaje alto ( cercano a los 5 voltios de alimentación) un pequeño pulso de bajada hacia tierra dispara al temporizador por un tiempo definido por la fórmula T = 1.1 RC donde R y C son la resistencias y condensador de 100k y 2.2 uF conectadas a las patas 7 , 6 y 2 del timer 555, sin embargo si la pata 2 del timer permanece en baja la salida del timer es decir el pin 3 estará en alta ese tiempo antes de dispararse haciendo que el led se encienda o posteriormente active un relay.

El transistor está en modo inversor , cuando haya luz su salida de colector estará abierta y el pin 2 del timer estará en voltaje positivo gracias al resistor de 100 k del colector , la salida del timer es baja, el led aparece apagado , sin embargo en oscuridad el ldr se abre y el colector del transistor se va a tierra haciendo que la pata 2 del timer se ponga en baja y por tanto su salida en alta , se enciende el led , si esta salida 3 del timer alimentara un transistor con relay en su colector el relay se cerraría encendiendo luces , sirenas ,etc.

PARA MORENO