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sábado, 25 de abril de 2009

EL TEMPORIZADOR 555 ( I )

Otro componente de amplia aplicación en los diseños electrónicos es el temporizador o timer (se pronuncia como "taimer"), usado ampliamente para la fijación de tiempos preseleccionados. Al igual que en el caso del microprocesador Intel 8008 y el caso del amplificador operacional 741 que fijaron muchos de los estándares que se usan en la actualidad, existe un circuito integrado muy popular que ha servido como gran "abuelo" precursor de circuitos integrados temporizadores. Se trata del timer 555. Este circuito integrado tiene un aspecto como el siguiente:


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 cuyo funcionamiento es estudiado en el capitulo correspondiente. 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 de la terminal 6 del timer 555 a "tierra eléctrica", la cual va conectada a la terminal 1 del componente. Además de este condensador, se requiere una resistencia de valor elevado, la cual debe ir conectada por un lado a la terminal 7 del componente, y por el otro lado al voltaje que alimenta al componente en la terminal 8. La terminal 2 es la terminal "gatillo" que se utiliza para "disparar" la acción del circuito.El timer 555 puede ser utilizado de dos maneras:1) Como un multivibrador mono-estable.2) Como un multivibrador astable.Al final de la sección de Problemas Resueltos del Capítulo 5, aprendimos cómo 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 como el que estudiamos en la sección de Problemas Resueltos) 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.

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