555 Timer

Este tutorial proporciona circuitos de muestra para configurar un temporizador 555 en modos monoestable, astable y biestable, así como una discusión en profundidad de cómo funciona el temporizador 555 y cómo elegir los componentes para usar con él. El temporizador 555 es un chip que se puede usar para crear pulsos de varias duraciones, para emitir una forma de onda de pulso continua de ancho y frecuencia de pulso ajustable, y para alternar entre los estados alto y bajo en respuesta a las entradas. Al conectar el temporizador 555 con resistencias y condensadores de varias maneras, puede hacer que funcione en tres modos diferentes:

El modo monoestable es ideal para crear demoras. En este modo, un disparador externo hace que el temporizador 555 emita un pulso de una duración ajustable. Salte directamente a un circuito de ejemplo para el modo monoestable aquí.

El modo estable emite una señal de pulso oscilante / forma de onda. En este modo, la salida del temporizador 555 cambia entre los estados alto y bajo a una frecuencia sintonizable y ancho de pulso. Salte directamente a un circuito de ejemplo para el modo astable aquí.

El modo biestable hace que el temporizador 555 cambie su salida entre los estados alto y bajo, dependiendo del estado de dos entradas. Salte directamente a un circuito de ejemplo para el modo biestable aquí.

Algunas aplicaciones que vienen a la mente incluyen:

- un reloj / disparador constante para mantener la hora en un circuito (modo astable)

- el oscilador central de un sintetizador analógico, con la adición de algunos amplificadores operacionales y otros componentes, esta onda de pulso se puede formar en forma de triángulo, sierra e incluso formas sinusoidales

- un generador de ruido de estilo chiptune muy básico (ver consola punk atari)

- retraso de tiempo para una señal entrante (modo monoestable)

- almacenamiento muy básico de datos de entrada / gestión del sistema de control de dos botones (modo biestable)

El temporizador 555 es flexible, barato y fácil de encontrar (incluso puede recogerlos en Radioshack). También es un excelente punto de partida para proyectos de audio porque su salida se puede conectar directamente a un altavoz.

Paso 1: diagrama del pin del temporizador 555

La figura 1 muestra las conexiones de los pines al temporizador 555, se tomó directamente de la hoja de datos del temporizador 555. Las conexiones de alimentación al chip son a través de los pines 1 (tierra) y 8 (+ Vcc). La tensión de alimentación positiva (+ Vcc) debe estar entre 5 y 15V.

La segunda imagen es un primer plano del diagrama que representa los componentes funcionales internos del chip. Este consta de algunos elementos diferentes: resistencias, transistores, comparadores, un flip flop y una etapa de salida.

Las tres resistencias esquematizadas en la figura 2 son 5kOhm (vea las notas de la imagen en la figura 3). El propósito de estas resistencias es configurar un divisor de voltaje entre Vcc y tierra. Como todas las resistencias tienen el mismo valor, sabemos que el voltaje en la unión entre las resistencias es de 2 / 3Vcc y 1 / 3Vcc (vea las notas de la imagen en la figura 2). Estos voltajes se utilizan como voltajes de referencia para los comparadores.

Un comparador es un circuito que compara una entrada con un voltaje de referencia y emite una señal BAJA o ALTA en función de si la entrada es un voltaje más alto o más bajo que la referencia. El temporizador 555 utiliza varios transistores para construir sus comparadores (ver las notas de la imagen en la figura 3), por lo que en el diagrama funcional simplificado en la figura 2 están representados por cuadros etiquetados como "comparador". El comparador conectado al pin 2 compara la entrada "activadora" con un voltaje de referencia de 1 / 3Vcc y el comparador conectado en el pin 6 compara la entrada "umbral" con un voltaje de referencia de 2 / 3Vcc del divisor de voltaje.

Un flip flop es un circuito que cambia entre dos estados estables en función del estado de sus entradas. El flip flop 555 genera un valor alto o bajo según los estados de los dos comparadores. Cuando el comparador de disparo emite una señal baja (independientemente del estado del comparador de umbral), el flip flop cambia a alto, cuando ambos comparadores emiten una señal alta, el flip flop cambia a bajo. La sincronización de una salida de pulso alta desde el flip flop también se puede restablecer manualmente (se puede activar el comienzo de un pulso) pulsando el pin de restablecimiento bajo.

El diagrama funcional de la figura 2 también incluye dos transistores. El transistor conectado al pin 7 es un transistor NPN. Como el pin 7 está conectado al pin del colector del transistor NPN, este tipo de configuración se llama colector abierto o drenaje abierto. Este pin generalmente está conectado a un condensador y se usa para descargar el condensador cada vez que el pin de salida baja. El transistor conectado al pin 4 es un transistor PNP. El propósito de este transistor es amortiguar el pin de reinicio, por lo que el 555 no recibe corriente de este pin y hace que se caiga el voltaje.

La etapa de salida del temporizador 555 se indica en las notas de imagen de la figura 3. Su propósito es actuar como un amortiguador entre el temporizador 555 y cualquier carga que pueda estar unida a su pin de salida. La etapa de salida suministra corriente al pin de salida para que el otro componente funcional del temporizador 555 no tenga que hacerlo.

Paso 2: temporizador 555: modo monoestable

En el modo monoestable, el temporizador 555 emite un pulso alto, que comienza cuando el pin del gatillo está bajo (menos de 1 / 3Vcc, como se explicó en el paso anterior, esto es suficiente para cambiar la salida del comparador conectado al pin del gatillo) . La duración de este pulso depende de los valores de la resistencia R y el condensador C en la imagen de arriba.

Cuando el pin del gatillo está alto, hace que el pin de descarga (pin 7) drene toda la carga del condensador (C en la imagen de arriba). Esto hace que el voltaje a través del condensador (y el voltaje del pin 6) = 0. Cuando el pin del gatillo se voltea bajo, el pin de descarga ya no puede drenar la corriente, esto hace que se acumule carga en el condensador de acuerdo con la ecuación abajo. Una vez que el voltaje a través del condensador (el voltaje del pin 6) es igual a 2/3 del voltaje de suministro (nuevamente, como se explicó en el paso anterior, esto es suficiente para cambiar la salida del comparador conectado al pin 6), la salida de el 555 es conducido de nuevo a baja. La salida permanece baja hasta que el pin del gatillo vuelve a pulsar bajo, reiniciando el proceso que acabo de describir.

(Voltaje a través del condensador) = Vcc * (1- et / (R * C))
Esta ecuación describe el tiempo que lleva cargar un condensador de capacitancia C cuando está en serie con una resistencia de resistencia R

como se explicó anteriormente, estamos interesados ​​en el tiempo que tarda el voltaje en el capacitor en igualar 2 / 3Vcc, o:
2/3 * Vcc = Vcc * (1- e ^ -t / (R * C))

que se puede reorganizar para:
2/3 = 1- et / (R * C)
et / (R * C) = 1/3
-t / (R * C) = ln (1/3)
t = 1.1 * R * C segundos

En el siguiente paso, conectaré un LED indicador al pin de salida del 555 y elegiré algunos valores arbitrarios para R y C para asegurarme de que esto realmente funcione.

Paso 3: temporizador 555: circuito de modo monoestable

Como expliqué en el último paso, un temporizador 555 en modo monoestable emitirá un pulso alto (de voltaje ~ Vcc) cuando el pin del disparador esté en pulso bajo. La duración de este pulso de salida depende de los valores de R y C en la figura 4. En el último paso, calculamos que la duración de la salida de pulso del 555 en modo monoestable es:

t = 1.1 * R * C segundos
donde R y C son la resistencia y el condensador en serie en la figura 4.

si elegimos R = 10Kohms y C = 470uF
t = 1.1 * 10000 * 0.00047
t = 5, 17 segundos

Esto significa que con una resistencia de 10Kohm y un condensador de 470uF, un pulso bajo al pin de activación del 555 (pin 2) hará que la salida se eleve durante 5.17 segundos.

Construí un circuito que conecta el pin de salida del 555 a un LED, haciendo que el LED se ilumine mientras dure el pulso. De esta manera tendría una indicación visual de que mis cálculos eran correctos. Conecté el pin del gatillo del 555 a un botón pulsador momentáneo, conectándolo a tierra cuando lo presioné. Las fotos del circuito se muestran arriba, y el esquema se muestra en la figura 5.

Lista de partes:
555 temporizador Digikey LM555CNFS-ND
Condensador 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Condensador 470uF Digikey P5185-ND
(x2) resistencia de 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Resistencia de 470 ohmios Digikey CF14JT470RCT-ND
Led ámbar Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
interruptor momentáneo Digikey CKN9018-ND
Cable de puente de calibre 22
tablero de Amazon
Fuente de alimentación de 5-15 V: si no tiene una fuente de alimentación de banco, intente usar una batería de 9 V y un cierre de batería o use la salida de 5 V de un Arduino

Información de cableado:
El esquema se muestra en la figura 5. Conecte la alimentación y la tierra a los pines 8 y 1 del temporizador 555 (cables rojo y negro). Utilicé un suministro de 9V y un complemento de batería para mi circuito. Como se indica en el esquema de la figura 5, conecte un condensador de 0.01uF entre los pines 5 y 1. Conecte un condensador de 440uF entre los pines 1 y 6, asegúrese de que el cable negativo del capacitor esté conectado al pin 1. Conecte los pines 6 y 7 con un cable de puente (verde). Conecte una resistencia de 10K entre los pines 7 y 8. Dejé el pin de reinicio flotando, también podría conectarlo a Vcc.

Conecte un LED y una resistencia limitadora de corriente en serie desde la salida del 555 a tierra. El pin de salida del 555 generará un Vcc-1.2V máximo (el -1.2V proviene de algunos transistores en el circuito que disminuyen ligeramente el voltaje). Mi circuito fue impulsado por un suministro de 9V, por lo que la salida máxima es de 9-1.2V = 7.8V. Utilicé una resistencia limitadora de corriente de 470ohm para mi configuración, si usa un suministro de 5V puede usar una resistencia limitadora de corriente más baja (como 220ohm), y para un Vcc más alto use una resistencia más alta (tal vez incluso hasta 1K).

Conecte el interruptor de botón momentáneo en serie con una resistencia de 10K entre Vcc y tierra. Conecte un cable (amarillo) desde la unión entre el interruptor y la resistencia al pin del gatillo para que cuando no se presione el interruptor, el pin del gatillo se mantenga alto. Cuando se presiona el interruptor, el pasador del gatillo caerá a bajo. Vea el esquema si esto no tiene sentido.

Operación:
Presiona el botón. El LED debería encenderse por un tiempo y luego apagarse. Si cronometra el LED, verá que se ilumina durante exactamente 5, 17 segundos, tal como lo calculé anteriormente.

Puede experimentar cambiando la resistencia de 10k o el condensador de 470uF (conectado al 555) para ver cómo afectan la duración del pulso de salida. Recuerde, dado que t = 1.1 * R * C segundos, aumentar la resistencia o la capacitancia siempre aumentará la duración del pulso.

Conecté un potenciómetro de 10Kohmios como una resistencia variable y lo puse en mi circuito en lugar de la resistencia de 10K entre 555 pines 7 y 8 (figura 9). De esta manera, al girar la perilla hacia un lado, el LED permanece encendido durante 5, 17 segundos, pero cuando se gira hacia el otro extremo, el LED se apaga inmediatamente después de soltar el botón. Girar el potenciómetro a cualquier posición intermedia provocará una duración de pulso de 0 a 5, 17 segundos.

Paso 4: temporizador 555: modo monoestable (aplicaciones rápidas)

En este paso, hablaré un poco más sobre el uso del modo monoestable, esta vez para aplicaciones más rápidas.

en el paso 2, calculamos el tiempo del pulso alto del temporizador 555 para un R y C dado
t = 1.1 * R * C segundos

entonces si elegimos R = 5.1Kohms y C = 1uF
t = 1.1 * 5100 * 0.000001
t = 5, 61 ms

Dado que este pulso ocurre en una escala de tiempo mucho más rápida que en el último paso, utilicé un Arduino para pulsar el pin 2 del temporizador 555 bajo cada 10 ms y medí la salida del 555 en un osciloscopio. Así es como lo configuré:

Lista de partes:
555 temporizador Digikey LM555CNFS-ND
Condensador 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Condensador 1uF Digikey P5174-ND
Resistencia de 5.1Kohm Digikey CF14JT5K10CT-ND
Cable de puente de calibre 22

tablero de Amazon

Fuente de alimentación de 5-15 V: si no tiene una fuente de alimentación de banco, intente usar una batería de 9 V y un cierre de batería o use la salida de 5 V de un Arduino
generador de pulso: utilicé un Arduino para esto
osciloscopio

Información de cableado:
Las figuras 1-3 muestran cómo conecté el 555 en una placa de pruebas. Conecte la alimentación y la tierra a los pines 8 y 1 del temporizador 555 (cables rojo y negro). Utilicé un suministro de 9V y un complemento de batería para mi circuito. Como se indica en el esquema de la figura 4, conecte un condensador de 0.01uF entre los pines 5 y 1. Conecte un condensador de 1uF entre los pines 1 y 6, asegúrese de que el cable negativo del capacitor esté conectado al pin 1. Conecte los pines 6 y 7 con un cable de puente (verde). Conecte una resistencia de 5.1K entre los pines 7 y 8. Dejé el pin de reinicio flotando.

Utilicé un Arduino para activar un pulso bajo cada 10 ms para pin 2 del temporizador 555. También podría usar un generador de funciones para generar esta señal de pulso. Aquí está el código que usé:
 // Activador de temporizador 555: modo monoestable // por Amanda Ghassaei // Septiembre de 2012 // conexiones de pin: // pin digital 0 a 555 pin 2 // tierra Arduino a tierra 555 (pin 1) configuración nula () {pinMode (0, SALIDA); digitalWrite (0, ALTO); } void loop () {// pulso pin 0 bajo momentáneamente digitalWrite (0, LOW); digitalWrite (0, ALTO); delay (10); // espera 10 ms} 

Conecte la señal de salida (pin digital 0) a 555 pin 2 (amarillo) y tierra (del Arduino o el generador de funciones) a 555 pin 1 (negro).

Operación:
La figura 5 muestra la salida del temporizador 555. Puede ver que la duración del pulso alto es de aproximadamente 5, 6 ms, como se esperaba. Observe también cómo se activa un nuevo pulso cada 10 ms, cada vez que la señal del Arduino baja. La figura 6 muestra la salida del 555 en azul y la salida del pin digital 0 de Arduino en amarillo. Puede ver que la señal de Arduino es normalmente alta, baja durante una pequeña fracción de segundo, solo visible cuando hacemos zoom en el tiempo / div en la figura 7. En la figura 7 puede ver que la señal del Arduino baja. por menos de 5us y la salida del 555 sube inmediatamente. La figura 8 muestra la salida del 555 en azul y el voltaje a través del condensador de 1uF (también el voltaje del pin 6). Observe cómo la salida del temporizador 555 baja cuando el voltaje a través del condensador = 2 / 3Vcc (en este ejemplo estoy usando una fuente de batería de 9V, entonces 2 / 3Vcc = 6V). Cuando la salida del 555 baja, hace que el pin de descarga (pin 7) descargue rápidamente el condensador de 1uF. La figura 9 muestra un primer plano de esta descarga, puede ver que el voltaje a través del condensador cae de 2 / 3Vcc a 0 en aproximadamente 50us.

A modo de comparación, en las figuras 10 y 11 configuré otro temporizador 555 en mi placa de pruebas, de forma idéntica a la configuración del primer 555, pero utilicé un condensador de 0, 47 uF en lugar de 1uF. Calculé la duración del pulso para este nuevo circuito:

t = 1.1 * R * C segundos
t = 1.1 * 5100 * 0.00000047
t = 2, 64 ms, aproximadamente la mitad de la duración del primer impulso de 555 temporizadores.

La figura 12 muestra la salida de ambos 555 temporizadores en el osciloscopio: el circuito de 1uF en azul y el circuito de .47uF en amarillo. Puede ver que la duración del pulso desde el segundo temporizador 555 (0.47uF) es de aproximadamente 2.6 ms, como se calculó anteriormente. Observe también cómo, aunque los pulsos de salida tienen duraciones diferentes, ambos pulsos comienzan al mismo tiempo, justo cuando el Arduino pulsa sus pines de activación bajos. Este uso del modo monoestable con un disparador externo es una forma efectiva de controlar el ancho del pulso (la duración del pulso alto) de su señal de salida. Al reemplazar la resistencia con una resistencia variable, puede ajustar el ancho del pulso a lo que desee. Puede cambiar la frecuencia de la forma de onda del pulso cambiando la frecuencia de su disparador externo. También presentaré otra forma de crear una señal modulada por ancho de pulso sin un disparador externo usando el modo astable en el paso 7.

Paso 5: temporizador 555: modo estable

En modo astable, la salida del temporizador 555 es una forma de onda de pulso continuo de una frecuencia específica que depende de los valores de las dos resistencias (R A y R B ) y el condensador (C) utilizados en el circuito (fig. 1) de acuerdo con La ecuación a continuación. El modo estable está estrechamente relacionado con el modo monoestable (discutido en el paso 2), puede ver que el esquema es casi el mismo. La diferencia importante es que en modo astable, el pin de activación está conectado al pin de umbral; Esto hace que la salida cambie continuamente entre los estados alto y bajo.

Frecuencia de salida = 1 / [0.7 * (R A + 2 * R B ) * C]
(no te preocupes, demostraré cómo derivaré esta ecuación pronto)

La secuencia de eventos es algo compleja, así que la he dividido en 5 pasos:

1. Inicialmente no hay carga en el condensador C, por lo que el voltaje a través del condensador es cero. El voltaje a través del condensador C es igual al voltaje en los pines 6 (pin de umbral) y 2 (pin de disparo) ya que todos están conectados. Entonces, inicialmente, el umbral y los pines de activación están a cero voltios también. Esto impulsa la salida alta.

2. Como se explica en el paso 2 de este Instructable, cuando el pin del gatillo está bajo, hace que el pin de descarga no pueda drenar la carga del condensador. Como el condensador C está en serie con R A y R B y se está aplicando Vcc, la corriente fluirá a través de las resistencias y comenzará a acumular carga en el condensador. Esto hace que el voltaje a través del condensador C aumente de acuerdo con la siguiente ecuación:

(Voltaje a través del condensador) = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
donde "Voltaje a través del condensador" es el voltaje actual a través del condensador en el tiempo t, V 0 es el voltaje inicial a través del condensador, Vcc es el voltaje total aplicado a las resistencias R A, R B y el condensador C

3. Cuando el voltaje a través del condensador C es igual a 2 / 3Vcc, hace que el pin de umbral se registre como alto (como se explica en el paso 1 de este instructable, esto voltea el comparador conectado al pin de umbral dentro del 555). Esto conduce la salida baja y habilita el pin de descarga. El tiempo que tarda un voltaje de 2/3 Vcc en acumularse en el condensador viene dado por:

2/3 * Vcc = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
2/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = 1- et / [(R A + R B ) * C]
1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = et / [(R A + R B ) * C]
En [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) ] = -t / [(R A + R B ) * C]
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]

para V 0 = 0V, esto se traduce en:
t = 1.1 * (R A + R B ) * C segundos

4. Con el pin de descarga habilitado, la carga comienza a fluir desde el capacitor, a través de R B, hacia el pin de descarga del 555. Esto reduce el voltaje a través del capacitor como se describe en la ecuación a continuación:

(Voltaje a través del capacitor) = (Voltaje pico a través del capacitor) * (et / (R B * C))
donde el voltaje pico a través del condensador era el voltaje justo antes de que se habilitara el pin de descarga: 2 / 3Vcc
(Voltaje a través del condensador) = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))

5. Una vez que el voltaje a través del condensador (y el voltaje en el pin del gatillo) es igual a 1 / 3Vcc, el pin del gatillo se registra como bajo (como se explica en el paso 1 de este instructable, esto voltea el comparador conectado al pin del gatillo dentro del 555 ) El tiempo que toma para que esto suceda se resuelve a continuación. Esto aumenta la salida y nos lleva de vuelta al paso 2 (arriba). A partir de aquí, los pasos 2 a 5 se repiten para siempre y la salida cambia entre los estados alto y bajo para producir una onda de pulso continua. El tiempo que lleva descargar el condensador de 2 / 3Vcc a 1 / 3Vcc se muestra a continuación:

1/3 * Vcc = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))
1/2 = et / (R B * C)
ln (1/2) = -t / (R B * C)
t = -R B * C * ln (1/2)
t = 0.7 * R B * C segundos

Para calcular la frecuencia de esta oscilación, primero calculamos el tiempo que la salida está en los estados alto y bajo. La salida está en estado alto mientras el condensador se carga de 1 / 3Vcc a 2 / 3Vcc. El tiempo que lleva cargar el condensador desde el voltaje V 0 a 2 / 3Vcc se repite a continuación:

la salida es alta para:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
en el paso 3 (arriba) elegimos V 0 = 0 como nuestras condiciones iniciales, pero esto es cierto solo para el primer ciclo del modo astable. Para todos los ciclos posteriores, el condensador solo se descargará a 1 / 3Vcc antes de que el pin de descarga se desactive y la carga comience a acumularse nuevamente en el condensador. Entonces configuramos el voltaje inicial a 1 / 3Vcc:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - 1 / 3Vcc)]
t = - (R A + R B ) * C * ln (1/2)
t = 0.7 * (R A + R B ) * C segundos

Como calculamos anteriormente, la salida es baja para:
t = 0.7 * R B * C segundos

Entonces, la duración total de los estados alto y bajo de la salida es:
0.7 * (R A + R B ) * C + 0.7 * R B * C
0.7 * (R A + 2 * R B ) * C segundos

Entonces la frecuencia se calcula de la siguiente manera:
Frecuencia de salida = 1 / [0.7 * (R A + 2 * R B ) * C]

Entonces, al cambiar los valores de las resistencias R A y R B y el condensador C, podemos controlar la frecuencia de la salida. Además, podemos controlar el ancho de pulso de la salida (la duración de alta en comparación con la duración de baja) porque la duración del estado alto depende de R A y R B, mientras que la duración del estado bajo solo depende de R B. En el siguiente paso, presentaré un circuito de muestra para el modo astable.

Paso 6: temporizador 555: circuito de modo estable

Como describí en el último paso, configurar el temporizador 555 en modo astable hace que produzca una serie continua de pulsos. En este circuito, configuraré el temporizador 555 para emitir una onda de pulso con una frecuencia dentro del rango audible, de esta manera puedo conectar la salida a un altavoz y escuchar los resultados.

Lista de partes:
555 temporizador Digikey LM555CNFS-ND
Condensador 0.01uF Digikey 445-5297-ND
Potenciómetro cónico lineal de 100kOhm Digikey 987-1300-ND
Resistencia de 10kOhm de 1/4 vatios Digikey CF14JT10K0CT-ND
Condensador de 0.47uF (o cualquier cosa entre 10uF y 0.1uF debería estar bien) Digikey P5173-ND
altavoz
Cable de puente de calibre 22
tablero de Amazon
Fuente de alimentación de 5-15 V: si no tiene una fuente de alimentación de banco, intente usar una batería de 9 V y un cierre de batería o use la salida de 5 V de un Arduino

Información de cableado
El esquema se muestra en la figura 6. Conecte la alimentación y la tierra a los pines 8 y 1 del temporizador 555 (cables rojo y negro). Utilicé un suministro de 9V y un complemento de batería para mi circuito. Como se indica en el esquema de la figura 6, conecte un capacitor de 0.01uF entre los pines 5 y 1. Conecte un capacitor de 0.47uF entre los pines 1 y 6, asegúrese de que el cable negativo del capacitor esté conectado al pin 1. Conecte una resistencia de 10kohm entre los pines 6 y 7. Conecte un potenciómetro de 100K conectado como una resistencia variable entre los pines 7 y 8. Use el cable de puente para conectar los pines 4 y 8 entre sí (rojo) y los pines 2 y 6 entre sí (amarillo).

Conecte el cable positivo de un altavoz al pin 3 del 555 y conecte el cable negativo a tierra (pin 1).

Operación
Cuando alimente este circuito, debería comenzar a escuchar la forma de onda del pulso proveniente del 555. Gire el potenciómetro para cambiar la frecuencia de esta onda de pulso. Si desea generar una frecuencia particular, intente cambiar los valores de R A, R B y C de acuerdo con la siguiente ecuación (derivada en el último paso):

Frecuencia de salida = 1 / [0.7 * (R A + 2 * R B ) * C]
donde R A, R B y C se muestran en la figura 7

Según los componentes que utilicé en este circuito de muestra, podemos calcular el rango de frecuencias de salida posibles de la siguiente manera:

suponiendo que el potenciómetro se gire hacia un lado y la resistencia = 100kohms
Frecuencia de salida = 1 / [0.7 * (100, 000 + 2 * 10, 000) * 0.00000047]
Frecuencia de salida = ~ 25Hz
esta salida se muestra en un osciloscopio en la figura 8

Deben evitarse los valores bajos de R A porque evitan que el temporizador 555 descargue el condensador C normalmente. Cuando giré la olla hasta el otro lado (para una resistencia de 0 ohmios), el temporizador 555 dejó de funcionar como se esperaba (fig. 10). Entonces, calculemos la frecuencia de salida del temporizador cuando el potenciómetro se gire a su punto medio, para una resistencia de 50Kohms.
Frecuencia de salida = 1 / [0.7 * (50, 000 + 2 * 10, 000) * 0.00000047]
Frecuencia de salida = ~ 43Hz
esta salida se muestra en la figura 9 (nota: hay un error porque estaba adivinando dónde estaba a mitad de camino)

Observe también que, aunque la frecuencia de la salida cambia entre las figuras 8 y 9, la duración de la fase de salida baja no cambia significativamente. Esto se debe a que la duración de la fase de salida baja no depende de R A (la resistencia variable). Según lo calculado en el último paso:
t = 0.7 * R B * C
sustituyendo R B = 10kOhms y C = 0.47uF obtienes:
t = ~ 3 ms
que se puede verificar en las figuras 8 y 9.

Paso 7: temporizador 555: ciclo de trabajo en modo estable

El ciclo de trabajo de una onda de pulso es la relación entre el tiempo que pasa alto y la duración total del estado alto y bajo. Calculamos estas duraciones en el paso 5, y podemos combinarlas para calcular el ciclo de trabajo del 555:

ciclo de trabajo = (tiempo gastado alto) / (duración total del tiempo de estados alto y bajo)
sustituya las ecuaciones del paso 5 para obtener:
ciclo de trabajo = (0.7 * (R A + R B ) * C) / (0.7 * (R A + 2 * R B ) * C )

esto se simplifica a:
ciclo de trabajo = (R A + R B ) / (R A + 2 * R B )

En la ecuación anterior, cuando R A es mucho más grande que R B (puede ignorar los términos de R B ) termina con un ciclo de trabajo ~ = 1 y cuando R B es mucho más grande que R A (puede ignorar el R A términos) obtienes un ciclo de trabajo = ~ 1/2. Por lo tanto, los límites del ciclo de trabajo con el circuito que se muestra en la figura 2 son del 50% al 100%. Si desea obtener un ciclo de trabajo inferior al 50%, debe utilizar un circuito como el que se muestra en la figura 1. En este circuito, un diodo omite R B durante la fase de carga del 555 (mientras se mantiene la salida alto). Entonces, ¿cómo afecta esto a la duración de las fases alta y baja de la salida?

La duración del bajo rendimiento sigue siendo:
t = 0.7 * R B * C segundos
Esto sucede cuando el condensador se está descargando, por lo que la corriente fluye desde el condensador, a través de R B (en la dirección hacia arriba en la figura 1), y hacia el pin de descarga del 555. Esta es la dirección opuesta del flujo de corriente que el diodo aceptar, por lo que no fluye corriente a través del diodo. Durante este tiempo, el circuito de la figura 1 es funcionalmente equivalente al circuito de la figura 2.

La duración del alto rendimiento cambia, sobre todo la contribución de R B desaparece porque el diodo la pasa por alto. En este caso, el condensador se está cargando de modo que la corriente fluye desde la fuente de alimentación Vcc, a través de R A (en la dirección descendente en el esquema), y a través del diodo hasta el condensador. La corriente no fluirá a través de R B porque la ruta a través del diodo es la ruta de resistencia al arrendamiento; el diodo está actuando esencialmente como un cable a través de R B.

Anteriormente, la duración del alto rendimiento era:
t = 0.7 * (R A + R B ) * C segundos
no podemos simplemente eliminar R B de la ecuación porque necesitamos tener en cuenta una ligera caída de voltaje (aproximadamente 0.7V para diodos de silicio) a través del diodo. Calculamos la forma general de la duración del alto rendimiento en el paso 5. Lo he reproducido a continuación:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
debemos restar la caída de voltaje del diodo (Vd) de ambas instancias de Vcc en esta ecuación y eliminar la contribución de R B
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd) / (Vcc - Vd - V 0 )]
como en el paso 4, el voltaje inicial V 0 es igual a 1 / 3Vcc
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (Vcc - Vd- 1 / 3Vcc)]
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (2/3 * Vcc - Vd)]
t = -R A * C * ln [(Vcc - 3 * Vd) / (2 * Vcc - 3 * Vd)]

entonces la duración del alto rendimiento es ahora
t = R A * C * ln [(2 * Vcc - 3 * Vd) / (Vcc - 3 * Vd) ]
Observe cómo no hay dependencia R B. Observe también cómo la caída de voltaje a través del diodo y el voltaje de suministro tienen un efecto en la ecuación.

Es bueno tener en cuenta que también puede usar el modo monoestable con un disparador externo para crear una señal PWM de ciclos de trabajo entre 0 y 100%. Le expliqué cómo hacerlo al final del paso 4. Puede encontrar más información sobre PWM con el temporizador 555 en la hoja de datos.

Paso 8: temporizador 555: circuito de modo biestable

Como se explicó en el paso 1, un flip flop es un circuito que cambia entre dos estados estables en función del estado de sus entradas. En el caso del temporizador 555 en modo biestable, las dos entradas son los pines de activación y reinicio. Por defecto, ambos se mantienen altos mediante resistencias pull up en modo biestable. Cuando el pin del gatillo se pulsa bajo, hace que la salida sea alta (Vcc). La salida se mantendrá alta incluso si el pin del gatillo se vuelve a configurar alto. Cuando el pin de reinicio se pulsa bajo, la salida baja. Nuevamente, la salida permanecerá en este estado incluso si el pin de reinicio vuelve a estar alto.

Configuré un circuito que usa botones momentáneos para pulsar el restablecimiento y disparar los pines bajos y muestra el estado de la salida usando un indicador LED.

Lista de partes:
555 temporizador Digikey LM555CNFS-ND
Condensador 0.01uF Digikey 445-5297-ND
(x3) resistencia de 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Resistencia de 470 ohmios Digikey CF14JT470RCT-ND
Led ámbar Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
(x2) interruptor momentáneo Digikey CKN9018-ND
Cable de puente de calibre 22
tablero de Amazon
Fuente de alimentación de 5-15 V: si no tiene una fuente de alimentación de banco, intente usar una batería de 9 V y un cierre de batería o use la salida de 5 V de un Arduino

Información de cableado
El esquema se muestra en la figura 5. Conecte la alimentación y la tierra a los pines 8 y 1 del temporizador 555 (cables rojo y negro). Utilicé un suministro de 9V y un complemento de batería para mi circuito. Como se indica en el esquema de la figura 5, conecte un condensador de 0.01uF entre los pines 5 y 1. Conecte el pin 6 a tierra con un cable de puente (negro). Deje el pin 7 flotante: no se usará en esta configuración ya que no hay condensador para descargar.

Conecte un LED y una resistencia limitadora de corriente en serie desde la salida del 555 a tierra. El pin de salida del 555 generará un Vcc-1.2V máximo (el -1.2V proviene de algunos transistores en el circuito que disminuyen ligeramente el voltaje). Mi circuito fue impulsado por un suministro de 9V, por lo que la salida máxima es de 9-1.2V = 7.8V. Utilicé una resistencia limitadora de corriente de 470ohm para mi configuración, si usa un suministro de 5V puede usar una resistencia limitadora de corriente más baja (como 220ohm), y para un Vcc más alto use una resistencia más alta (tal vez incluso hasta 1K).

Conecte una resistencia de 10Kohm entre el pin 4 y Vcc y el pin 2 y Vcc. Estas son resistencias pull-up que mantendrán los pines 2 y 4 altos por defecto. Use un cable de puente para conectar los pines 2 y 4 a dos interruptores momentáneos (uno para cada pin) conectados a tierra. Cuando se presiona cada uno de los botones, ocasionará que su pin asociado baje momentáneamente. Vea el esquema si esto no tiene sentido.

Operación
Presione el botón conectado al pin 2 (gatillo). El LED debería encenderse, indicando que la salida está ahora en un estado alto. Suelte el botón disparador, el LED permanecerá encendido. Ahora presione el botón de reinicio, esto hará que la salida baje y apague el LED. Suelte el botón de reinicio, el LED debe permanecer apagado. Ahora ha creado un circuito que alterna entre dos estados estables en función del último botón que se presionó. Vea las figuras 6-9 para más información.

Artículos Relacionados