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sábado, 25 de abril de 2009

EL TEMPORIZADOR 555 ( II )

El circuito básico para poder utilizar el temporizador 555 como un multivibrador monoestable es el siguiente:


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


El funcionamiento del circuito arriba mostrado es el siguiente referido a los diagramas de tiempos que aparecen a la derecha del circuito: en la terminal de entrada T (trigger) que viene siendo la terminal 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 la terminal de entrada 2. La duración del pulso de voltaje a la salida en la terminal 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 la terminal 2 y el diodo LED se enciende, permaneciendo encendido por un lapso de tiempo hasta que termina apagándose.


La acción del anterior circuito se vuelve más clara añadiendo un LED complementario de modo tal que esté encendido cuando el otro está apagado. El siguiente diagrama esquemático animado muestra la acción de lo que ocurre cuando se aplican pulsos breves de entrada (se vuelve aquí necesario llevar a cabo el procedimento de ampliar imagen para poder ver la acción animada):


El temporizador 555 como multivibrador monoestable tiene una gran cantidad de aplicaciones, muchas de las cuales se pueden encontrar en Internet. Una de ellas es la construcción de una punta de prueba lógica (véase el Capítulo 2: Las Tres Funciones Lógicas Básicas) como la siguiente (ampliar imagen):


Esta punta de prueba lógica puede detectar, a través de la terminal de prueba probe, la presencia constante de un "1" lógico (LOGIC 1) confirmada a través del diodo emisor de luz LED 1 rojo, o bien la presencia constante de un "0" lógico (LOGIC 0) en el mismo punto de prueba, confirmada a través del diodo emisor de luz LED 2 verde. Pero puede además, gracias a la presencia del temporizador 555, detectar la presencia de un pulso de muy corta duración. Si queremos confirmar la presencia de un pulso con una duración de unos 2 milisegundos, el pulso ocurre con demasiada rapidez como para poder darnos cuenta de ello a través del diodo emisor de luz roja LED 1. Pero si para detectar la presencia del pulso oprimimos el interruptor eléctrico SW1, entonces el temporizador 555 es energizado estando en condiciones de poder actuar como un multivibrador monoestable, dándonos la confirmación visual del pulso a través del diodo emisor de luz LED 3 amarillo.El circuito básico para poder utilizar el temporizador 555 como un multivibrador astable es el siguiente:


El circuito que ahora se mostrará es la implementación mediante el temporizador 555 de un componente importante que se estudió en la sección de Problemas Resueltos del Capítulo 7, el gatillo Schmitt:



El temporizador 555 es tan versátil y tan popular que aunque 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:


Otro circuito integrado muy popular, derivado directamente del temporizador 555, es el temporizador 556, cuya única diferencia de su predecesor es que incorpora en el mismo paquete dos temporizadores 555 en lugar de uno solo, los cuales trabajan de manera independiente y tienen en común únicamente las conexiones a la fuente de poder, como puede apreciarse en el diagrama del timer LM556 fabricado por National Semiconductor:





Para proyectos pequeños, la diferencia entre el costo de un timer 555 y un timer 556 es tan poca que bien vale la pena la adquisición de un 556 en lugar de un 555 con tal de tener la flexibilidad de poder utilizar dos temporizadores disponibles en el mismo paquete en lugar de uno solo.

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.