EL 555 TIMER COMO UN OSCILADORRosana Gonzlez, Luis R. Cruz Universidad de Puerto Rico en Humacao Departamento de Fsica y Electrnica Humacao, P.R. 00791

ResumenEn el laboratorio titulado El 555 timer como un oscilador vamos a ver que es un timer 555 para conocer su modo de operacin astable al igual que sus aplicaciones. El IC timer 555 es un dispositivo simple, asombroso y verstil. Desde hace algunos aos se utiliza y se han utilizado para la creacin de diversas tecnologas. Las dos versiones primarias hoy da son el diseo bipolar original y el equivalente ms reciente del CMOS. Estas diferencias afectan sobre todo la cantidad de energa que requieren y su frecuencia mxima de operacin; son pin-compatibles y funcionalmente intercambiables. Este informe contiene una descripcin del IC del timer 555.

1. IntroduccinEl 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de si dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable. Este integrado se puede aplicar a diversas aplicaciones, tales como: Control de sistemas secuenciales Generacin de tiempos de retraso Divisor de frecuencias Modulacin por anchura de pulsos Repeticin de pulsos Generacin de pulsos controlados por tensin, etc.

Los circuitos multivibradores son utilizados para generar ondas digitales de forma continua o discontinua controlada por una fuente externa. Un multivibrador astable es un oscilador cuya salida varia entre dos niveles de voltaje a una razn determinada por el circuito RC.a Un multivibrador monoestable produce un pulso que comienza cuando el circuito recibe la seal o disparo, la duracin del pulso es controlada por el circuito RC. La figura 1 demuestra el diagrama de bloque funcional del IC 555 timer.

poniendo a tierra lo que est conectada con este pin. Los tres resistores en el divisor del voltaje todos tienen el mismo valor (5K en la versin bipolar de este IC), as que los voltajes de la referencia del comparador son 1/3 y 2/3 del voltaje de fuente, lo que se puede ser. La entrada del voltaje del control en el pin 5 puede afectar directamente esta relacin, aunque la mayora del tiempo este pin es inusitado. El flip-flop interno cambia el estado cuando la entrada del disparador en el pin 2 se tira hacia abajo debajo de +Vcc /3. Cuando ocurre esto, la salida (el pin 3) cambia el estado a +Vcc y el transistor de la descarga (el pin 7) se da vuelta apagado. La entrada del disparador puede ahora volver a +Vcc; no afectar el estado del IC. Sin embargo, si la entrada del umbral (el pin 6) ahora se levanta arriba (2/3)+Vcc , la salida volver a la tierra y el transistor de la descarga ser girado otra vez. Cuando la entrada del umbral vuelve a la tierra, seguir habiendo el IC en este estado, que era el estado original cuando comenzamos este anlisis. La manera ms fcil de permitir el voltaje del umbral (el pin 6) a gradualmente se levanta a (2/3)+V debe conectarlo con un cc condensador que es permitido para cargar a travs de un resistor. De esta manera podemos ajustar los valores de R y de C para que haya

Figura 1. Diagrama del 555 timer En cualquier caso, las conexiones de los pines son las siguientes: 1. Tierra. 2. Entrada del disparador. 3. Salida. 4. Entrada de reajuste. 5. Controle el voltaje. 6. Entrada del umbral. 7. Descarga. 8. +V CC +5 a +15 voltios en uso normal. La operacin del contador de tiempo 555 gira alrededor de los tres resistores que forman un divisor del voltaje a travs de la fuente de alimentacin, y de los dos comparadores conectados con este divisor del voltaje. El IC es quieto siempre y cuando la entrada del disparador (el pin 2) permanece en +Vcc y la entrada del umbral (el pin 6) est en la tierra. Asuma la entrada de reajuste (el pin 4) est tambin en +Vcc y por lo tanto inactivo, y que la entrada del voltaje del control (el pin5) es no relacionado. Bajo estas condiciones, la salida (el pin 3) est en la tierra y el transistor de la descarga (se gira el pin 7), as

casi cualquier momento intervalo que puede ser que deseemos. Los 555 pueden funcionar en modo monostable o astable, dependiendo de las conexiones a y del arreglo de los componentes externos. As, puede cualquier producto un solo pulso cuando est accionado, o puede producir un tren de pulso continuo mientras sigue accionado. El microcircuito 555 es un circuito de tiempo que tiene las siguientes caractersticas: La corriente mxima de salida es de 200 mA cuando la terminal (3) de salida se encuentra conectada directamente a tierra. Los retardos de tiempo de ascenso y descenso son idnticos y tienen un valor de 100 nseg. La fuente de alimentacin puede tener un rango que va desde 4.5 Volts hasta 16 Volts de CD. Los valores de las resistencias R1 y R2 conectadas exteriormente van desde 1 ohms hasta 100 kohms para obtener una corrimiento de temperatura de 0.5% a 1% de error en la precisin, el valor mximo a utilizarse en la suma de las dos resistencias es de 20 Mohms. El valor del capacitor externo contiene nicamente las limitaciones

proporcionadas por su fabricante. La temperatura mxima que soporta cuando se estn soldando sus terminales es de 330 centgrados durante 19 segundos. La disipacin de potencia o transferencia de energa que se pierde en la terminal de salida por medio de calor es de 600 mW. Por otro lado el resultado de la salida es una onda cuadrada en la cual el "Duty Cycle" depende de los valores de R1 y R2. La frecuencia de oscilacin esta dada por la siguiente formula: 1.44 f = (R1 + 2 R2 )C EXT

Seleccionando R1 y R2, la salida del "Duty Cycle" puede ser ajustada. Sabiendo que C externa se carga por R1 y R2, y se descarga solo por R2 obteniendo as casi un "Duty Cycle" del 50% el cual esta dado por la siguiente ecuacin: R + R2 Duty cycle = 1 100% (R1 + 2 R2 )

2. ExperimentoPara realizar el experimento necesitamos varias resistencias de 3.3M, 15KM y 1KM, capacitores de 0.01NF y 1NF, un LM555 timer, power supply de 5 V y un osciloscopio. Luego que se tienen los materiales mencionados arriba, realizaremos los siguientes pasos:

a. Ensamblar el siguiente circuito: Clculo realizado para obtener el valor terico para la frecuencia del circuito en el caso en el cual R1=3.3Kohm, R2=15Kohm y Cext=0.01microF: 1.44 f = ( R1 + 2 R 2) C ext

f =

1.44 (3.3K + (2)15K )(0.01F )f = 4.32 KHz

Figura 1. Circuito a ser utilizado en el laboratorio b. Medir las seales de salida, frecuencia y el Duty Cycleutilizando un osciloscopio. c. Calcular tericamente la frecuencia y el Duty cycle. d. Calcular el % de error. e. Repetir el paso a ahora tomando R1=15KM, R2=3.3KM. f. Disear un circuito con el 555 timer que tenga una frecuencia de salida de 10KHz y un duty cycle de 95%. g. Simular en Multisim los circuitos mencionados en los pasos a, e y f para comparar los resultados.

Clculo realizado para obtener el por ciento de error entre el valor terico y el valor experimental para la frecuencia del circuito en el caso en el cual R1=3.3Kohm, R2=15Kohm y Cext=0.01microF: 4.32 KHz 3KHz %error = 4.32 KHz%error = 30

Clculo realizado para obtener el valor terico del duty cycle circuito en el caso en el cual R1=3.3Kohm, R2=15Kohm y Cext=0.01microF: + DC = R1 R 2 100 ( R1 + 2 R 2)DC = (3.3KHz + 15 KHz ) 100 (3.3KHz + (2)15KHz )DC = 54.9%

3. Resultados y discusinValores de los componentes Frecuencia de salida (KHz) Medi- Calc da ulad a 3 4.32 % de error % de Duty Cycle Medido Calculado

% de error

R1=3.3K R2=15K Cext=0.01 F R1=15K R2=3.3K Cext=0.01 F

30

54.7

54.9

Clculo 0.3

5

6.6

32

84.4

84.7

realizado para obtener el por ciento de error entre el valor terico y el valor experimental para el duty 0.3 cycle del circuito en el caso en el cual R1=3.3Kohm, R2=15Kohm y Cext=0.01microF:

%error =

54.9 54.7 100 54.7

%error = 0.3

Clculo realizado para obtener el valor terico para la frecuencia del circuito en el caso en el cual R1=15Kohm, R2=3.3Kohm y Cext=0.01microF: 1.44 f = ( R1 + 2 R 2) C ext

Clculo realizado para obtener el por ciento de error entre el valor terico y el valor experimental para el duty cycle del circuito en el caso en el cual R1=15Kohm, R2=3.3Kohm y Cext=0.01microF: 84.7 84.4 %error = 100 84.7%error = 0.3

4. ConclusinEn el proceso de realizacin del laboratorio El 555 timer como un oscilador vimos lo que es un timer 555 y conocimos su modo de operacin astable al igual que sus aplicaciones.

f =

1.44 (15 K + (2)3.3K )(0.01F )f = 6.6 KHz

Clculo realizado para obtener el por ciento de error entre el valor terico y el valor experimental para la frecuencia del circuito en el caso en el cual R1=15Kohm, R2=3.3Kohm y Cext=0.01microF: 6.6 KHz 5KHz %error = 6.6 KHz%error = 32

5. Preguntasa. Menciones los 5 elementos bsicos en el "IC Timer", explique su funcionamiento. Los elementos bsicos en el IC Timer son: el LM555 (multivibrador monoestable), resistencias y capacitares. El funcionamiento del mismo es crear un reloj o un contador y jugando con las resistencias se puede controlar el duty cycle y la frecuencia del reloj. b. Que debo hacer para obtener un "Duty Cycle" menor de 50%?

Clculo realizado para obtener el valor terico del duty cycle circuito en el caso en el cual R1=15Kohm, R2=3.3Kohm y Cext=0.01microF: + DC = R1 R 2 100 ( R1 + 2 R 2)DC = (15 KHz + 3.3KHz ) 100 (15KHz + (2)3.3KHz )DC = 84.7%

Fijar el capacitor externo de cierto valor y ponerlo en la ecuacin del Duty cycle para hallar los valores de las resistencias. La resistencia R2 debe ser ms grande que la resistencia R1. c. Cuales son los voltajes de referencia de los dos comparadores en el 555 "IC Timer" cuando Vcc = 10V? Los voltajes de referencia de los dos comparadores en el 555 IC Timer es de 5V.

6. Referenciasa. Bateson, Robert N., Introduction to Control System Technology 7 Edition b. www.playhookey.com/di gital/timer_555.html