💡 Circuito integrado LM555 o timer 555


🔎 ¿Qué es el circuito integrado 555 o LM555?

Es un temporizador eléctrico y se le conoce como “máquina del tiempo” por la gran variedad de tareas que puede realizar con respecto al tiempo. El LM555 tiene internamente una combinación de circuitos digitales y analógicos, se utiliza comúnmente para proporcionar retardos de tiempo, como oscilador a una determinada frecuencia, y como un circuito integrado flip-flop.

Conexiones del Timer 555

En este ejemplo se van a dar a conocer las conexiones para dos tipos de encapsulados, para mayor información es recomendable revisar en la hoja de datos (555 datasheet).

Los empaquetados de los circuitos integrados se pueden identificar por una o varias letras como D, DB, JG, P o PW el cual es el más común para experimentación y tiene 8 pines en total.

  1. GND: Corresponde a la terminal negativa de la alimentación, generalmente tierra.

  2. Disparo (TRIG): Es la parte del circuito integrado donde se establece el inicio del tiempo de retardo para la configuración monoestable del LM555. Para que ocurra este proceso el pulso disparador disminuye el voltaje (1/3)Vcc, donde Vcc corresponde al voltaje de alimentación.

  3. Salida (OUT): En este pin se puede observar el resultado de la configuración del temporizador eléctrico ya sea como monoestable, estable u otra opción.

  4. Reinicio (RESET): Para un nivel de voltaje por debajo de 0.7 V, tiene la función de poner el pin de salida a nivel bajo. Para evitar el reinicio se deberá conectar este pin a alimentación.

  5. Control de voltaje (CTRL o CONT): Al utilizar el circuito integrado LM555 como controlador de voltaje, el voltaje en esta terminal puede variar teóricamente desde Vcc hasta aproximadamente 0 V, en la práctica la variación es de Vcc – 1.7 V hasta casi 2 V menos.

  6. Umbral (THR o THRES): Corresponde a la entrada de un comparador interno de umbral el cual se emplea para poner la señal de salida a un nivel bajo.

  7. Descarga (DIS o DISCH): Permite descargar el condensador externo al circuito integrado 555 para su funcionamiento.

  8. Voltaje de alimentación (Vcc o Vdd): Terminal positiva de la alimentación, normalmente son valores de 4.5 V hasta 16 V.

El tipo de empaquetado FK tiene 18 pines, aunque en realidad solo se utilizan los 8 pines mencionados en la lista anterior, los otros pines corresponden a NC lo cual significa que internamente no tiene conexiones. A continuación, se indica el número de pin a emplear con la nomenclatura correspondiente.

  1. → 2 .- GND.

  2. → 5.- Disparo (TRIG).

  3. → 7.- Salida (OUT).

  4. → 10.- Reinicio (RESET).

  5. → 12.- Control de voltaje (CTRL o CONT).

  6. → 15.- Umbral (THR o THRES).

  7. → 17.- Descarga (DIS o DISCH).

  8. → 20.- Voltaje de alimentación (Vcc o Vdd).

🔦 Modos de operación del 555

El circuito integrado 555 puede ser operado de dos formas:

Multivibrador astable

La configuración del circuito integrado 555 astable se caracteriza por una salida continua con forma de onda cuadrada o rectangular dependiendo de la frecuencia que se especifique por parte del programador. Las conexiones para realizar un generador de tren de pulso de la configuración astable del circuito integrado 555 se muestra a continuación:

 
 
El funcionamiento del generador de tren de pulso astable inicia cuando el circuito se activa, el capacitor C se carga a través de los resistores en serie R1 y R2 que depende de una constante de tiempo 0.693*(R1+R2)C. Cuando el voltaje del capacitor C llega a (2/3)Vcc el flip-flop interno del circuito integrado 555 se restablece, esto activa el transistor de descarga lo que permite descargar la carga almacenada en el capacitor a través del resistor R2 con una constante de tiempo 0.693*R2C. Una vez que el voltaje del capacitor C disminuye a un valor de (1/3)Vcc, el ciclo se vuelve a repetir.

Fórmula para la señal cuadrada o rectangular generada con respeto a la frecuencia:

F=1/T = 1.44 / [C*(R1+2R2)]

Donde f es la frecuencia de la señal de salida en la que oscila y T es el periodo.

El periodo esta dado por:

T= 1/f

Simplificando:

Tiempo en alto (Ta) = ln(2) * (R1+R2)*C
Tiempo en bajo (Tb) = ln(2)*R2*C

Se debe tener en cuenta que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir, por lo tanto, es la suma del tiempo en alto y el tiempo en bajo (Ta + Tb).

El ciclo de trabajo corresponde a:
D = Ta/T

Multivibrador monoestable

La configuración del circuito integrado (CI) 555 en configuración multivibrador monoestable es más sencilla de construir, únicamente se requiere de un capacitor y una resistencia externa al CI LM555. Las conexiones correspondientes al multivibrador monoestable se muestran a continuación:

 
 

Esta configuración es llamada “de un tiro”, ya que cuando el circuito recibe una señal de disparo genera un solo pulso de la duración especificada. La constante de tiempo es determinada por la combinación de la resistencia y el capacitor, determinando con estos parámetros la duración del pulso.

La longitud de pulso o el tiempo de duración es:

T=1.1R*C

NOTA: Las fórmulas son una aproximación teórica de cálculo, en la práctica los resultados varían.

Una alternativa al circuito integrado 555 de un tiro sería emplear la familia lógica TTL que permiten utilizar una variante de componentes electrónicos, por ejemplo, el 42121 y el 74123 los cuales al igual que el CI 555 requieren una resistencia y un capacitor externo para el control del ancho de pulso.

Aplicaciones para el circuito integrado 555

Las principales aplicaciones son en interruptores libres de rebote, temporizadores en cascada, osciladores controlados por voltaje, generadores de pulsos también conocido como PWM, destelladores LED, divisor de frecuencia, atenuador de luz, comparador de tensión y otros circuitos útiles.