EL FAMOSO 555

Este excepcional circuito integrado muy difundido en nuestros días nació hace más de 30 años y continúa utilizándose actualmente.

Fue introducido primero por la Signetics Corporation, y  es similar a los amplificadores operacionales de propósito general, porque el 555 es confiable, fácil de usar y de bajo costo.

Se puede usar para operar con voltajes entre +5v a +18v, por lo tanto sirve con circuitos TTL (lógica de transistor - transistor), como con amplificadores operacionales. Se encuentra en aplicaciones como: osciladores, generadores de pulso, generadores de rampa u onda cuadrada, multivibrador de disparo, alarmas contra robo y monitor, etc.…

Disposición de los pines y su función.

1. Tierra o masa. Se conecta a cero voltios.

2. Disparo: Es en este pin, 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.

3. Salida: 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 aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda del pin 4 (reset).

4. Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la salida pin 3 a nivel bajo. Si por algún motivo este pin no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

5. Control de voltaje: Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en este pin 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 el pin 3 está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado en el pin 5 puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monoestable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc.

Modificando el voltaje en este pin 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 0.01uF para evitar las interferencias.

6. Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo.

7. Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo, utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

8. V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.

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

Multivibrador Monoestable.

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

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

Observar que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el PIN # 2 del C.I. para iniciar la señal de salida.

El circuito básico.

A continuación tenemos un diagrama un poco más detallado mostrando los tiempos apropiados para el multivibrador monoestable 555:

El funcionamiento del circuito:

En el pin de entrada T (trigger) que viene siendo el pin 2, la aplicación momentánea de un pulso breve de voltaje hace que el voltaje de salida Vout a partir de un tiempo t2 se dispare hasta el máximo valor, a la vez que el condensador C se irá cargando (siguiendo una curva suave) con un voltaje Vc hasta alcanzar el valor máximo de voltaje de la fuente, que en este caso viene siendo de +10 volts, en un tiempo t3.

Una vez que el voltaje en el condensador llega a su máximo, el voltaje a la salida Vout se precipita permaneciendo el circuito de aquí en adelante en una condición estable hasta que reciba otro pulso breve de voltaje en el pin de entrada 2.

La duración del pulso de voltaje a la salida en el pin 3 dependerá de los valores conjuntos de la resistencia R y el condensador C, o mejor dicho en el valor RC que es el que determina la constante de tiempo del circuito.

A continuación tenemos el mismo diseño, pero con valores asignados a los componentes eléctricos, el cual tiene a su salida un diodo emisor de luz LED para efectos visuales. Al ser cerrado momentáneamente el interruptor que está en el extremo izquierdo del circuito, se aplica un pulso de entrada (input pulse) instantáneo en el pin 2 y el diodo LED se enciende, permaneciendo encendido por un lapso de tiempo hasta que termina apagándose.

Una de sus designaciones más conocidas es la de NE555, la cual le fue dada por la empresa Signetics, otros fabricantes han construído sus propias versiones de este circuito integrado, las cuales en principio son compatibles entre sí. La siguiente lista proporciona las designaciones que varios de los fabricanes más conocidos le han dado a su propia versión del temporizador 555:

El diagrama esquemático interno de un timer 555 típico muestra que este contiene una variedad de componentes tanto analógicos como digitales.

Sin embargo, resulta mucho más instructivo analizar el diagrama de bloques funcionales implementados por los componentes electrónicos con los cuales está construído el timer 555.

Como puede apreciarse en el esquemático funcional del circuito, su diseño incorpora dos amplificadores operacionales no muy diferentes al amplificador operacional. Pero además incorpora otro componente que nos debe resultar conocido: un flip-flop R-S.

En el diagrama, lo podemos ver identificado como "Control FF" (Flip Flop de Control).

Por lo tanto, este es el tipo de circuito que en su interior incorpora electrónica tanto analógica como digital.

Al igual que en el caso del amplificador operacional, es necesario agregarle externamente componentes eléctricos adicionales para poder utilizarlo en alguna tarea específica.

Generalmente el componente de rigor es un condensador C de alta capacidad que debe ir conectado del pin 6 del timer 555 a "tierra eléctrica", la cual va conectada al pin1 del componente. Además de este condensador, se requiere una resistencia de valor elevado, la cual debe ir conectada por un lado a el pin 7 del componente, y por el otro lado al voltaje que alimenta al componente en el pin 8. El pin 2 es la terminal  que se utiliza para "disparar" la acción del circuito.

Un flip-flop R-S en combinación con una línea de retardo puede ser convertido ya sea en un multivibrador mono-estable o en un multivibrador astable.

El timer 555 nos permite la realización teórica de este principio, excepto que en este caso usamos a modo de "línea de retardo" un condensador C conectado en serie con una resistencia R, siendo la base un circuito como el siguiente:

 

El principio detrás de este circuito eléctrico analógico es que al aplicar un voltaje de corriente directa (Vs en el diagrama esquemático) el condensador C no se carga de inmediato sino que se va cargando siguiendo una curva exponencial como la siguiente:

hasta que llega un momento en el cual el condensador está completamente cargado y el voltaje Vout a través del mismo es igual al voltaje Vs aplicado al circuito.

La forma de la curva (los tiempos de carga) dependerá de los valores de la resistencia R y del condensador C conectados en serie; entre mayores sean ambos tanto más tiempo tardará el condensador en cargarse hasta su máxima capacidad.

Un parámetro físico usado para describir el comportamiento del circuito es la constante de tiempo formada por el producto de la resistencia (en ohms) R y el valor de la capacitancia C (en farads), o sea RC, la cual tiene unidades de tiempo en segundos.

Al haber transcurrido un tiempo RC, el condensador se habrá cargado a un 63 por ciento de su capacidad. Y al haber transcurrido unas cinco constantes de tiempo RC, el condensador estará prácticamente cargado en su totalidad.

Si además del circuito básico arriba mostrado tenemos un voltaje de referencia Vref en contra del cual el voltaje ascendiente a través del condensador se pueda ir comparando constantemente (para esto podemos usar un comparador de voltaje) conforme el condensador se va cargando antes de llegar al punto en el cual el condensador alcanza su carga máxima Qmax, de modo tal que cuando después de un tiempo tg el voltaje a través del condensador alcance y supere al voltaje Vref y la salida de "1" del comparador nos indique que ha llegado el momento preciso de producir alguna acción:

tenemos entonces todos los elementos suficientes para poder construír un temporizador.

Naturalmente, el diseño puede ser mejorado agregando un flip-flop R-S para que el circuito pueda "recordar" la condición de activación. Y a excepción de la resistencia R y el condensador C que deben ser proporcionados externamente por el diseñista, esto es precisamente lo que tenemos dentro de un temporizador como el timer 555.