Configuracion555 Muy Bueno

EL 555

El circuito más versátil desde los '50.

Hoy: 10 Septiembre 2014, Incluir en favoritos, para volver a visitarnos. Creado por: V. García.

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INTRODUCCIÓN.

Cuando la industria necesitaba un temporizador, lo primero que se consideraba era laprecisión en el tiempo, es una base muy importante para determinar los elementos que sedebían utilizar en la concepción y diseño de un temporizador.

El ingenio de los técnicos siempre ha conseguido crear temporizaciones con elementossencillos y la industria ha bebido de ellos, hasta la llegada al mercado del circuitointegrado y como consecuencia el NE555, un circuito integrado muy peculiar, del que seha escrito infinidad de volúmenes y quien sabe cuando se dejará de utilizar.

Una marea de fabricantes, ha estado siempre detrás de este pequeño "temporizador". Eltemporizador 555 fue desarrollado por la firma Signetics en el 1971 con el nombreSE555/NE555 y se le conoce como el "Circuito Integrado Máquina del Tiempo" (The ICTime Machine).

EL TEMPORIZADOR NE555.

El 555 es un temporizador flexible, barato y fácil de encontrar (incluso se puedeencontrar, casi, bajo las piedras). Es un buen punto de partida para multitud de proyectosde cualquier índole, debido a que su versátil salida, se puede conectar directamente a unacarga a bajo o a alto. Tanto el principiante como el avezado técnico, hacen uso deltemporizador 555, para utilizar cualquiera de los circuitos de información del fabricante o elejemplo que se proporciona en algún tutorial como punto de partida para unademostración en un proyecto. Encapsulado en 8 patillas, este es el aspecto que tiene.

El NE555, es un dispositivo altamente estable, para generar retardos exactos de tiempocorto o generador de oscilación. Se proporciona un terminal adicional, para la activación o

El temporizador 555. http://hispavila.com/3ds/tutores/lm555.html

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reposición (reset) si se desea. En el modo de operación de retardo de tiempo, el tiempo escontrolado con precisión, por una resistencia y condensador externos.

Para la operación astable, como un oscilador, la frecuencia de funcionamiento libre yciclo de trabajo, se controlan con precisión, con dos resistencias externas y uncondensador. El circuito se pueden activar y restablecer las formas de salida de onda, y elcircuito de salida puede ser fuente o drenador de hasta 200 mA o circuitos deaccionamiento TTL.

En la figura que sigue, se muestran las conexiones de las patillas al temporizador 555,que se han tomado directamente de la hoja de datos del temporizador 555. Lasconexiones de alimentación al dispositivo se hacen a través de los pines 1 (patilla a masa)y 8 (+ Vcc). La tensión de alimentación positiva (+ Vcc) debe estar entre 5 y 15V.

El dispositivo, contiene en una serie de elementos diferentes: resistencias, transistores,comparadores, un flip-flop, y una etapa de salida que, se pueden ver en la figura quesigue.


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Esquema interno del 555

Las tres resistencias resaltadas en la figura, son de 5k Ohmios. El propósito de estasresistencias es la creación de un divisor de tensión entre Vcc y tierra. Puesto que las tresresistencias tienen el mismo valor, sabemos que el voltaje en la unión entre lasresistencias son 2/3Vcc y 1/3Vcc. Estos voltajes se utilizan como tensiones de referenciade los comparadores.

Como sabemos, un comparador es un circuito que compara una entrada, con unatensión de referencia y envía una señal baja o alta en base a, si la entrada es una tensiónmayor o menor que la referencia. El temporizador 555 utiliza varios transistores paraconstruir sus comparadores, por lo que en el diagrama funcional simplificado de la figurade bloques, están representadas por cajas etiquetadas "comparador". El comparadorconectado al pin 2 compara la "activación" de entrada a un voltaje de referencia de 1/3Vccy el comparador conectado al pin 6 compara el "umbral" de entrada a un voltaje dereferencia de 2/3Vcc del divisor de tensión.

Si, un flip-flop, es un circuito que permite cambiar entre dos estados estables en funcióndel estado de las entradas. El flip-flop del 555, da una salida a alto o a bajo, en base a losestados de los dos comparadores. Cuando el comparador disparador, está enviando unaseñal baja (independientemente del estado del comparador de umbral), el flip-flop conmutaa alto, cuando ambos comparadores están generando una señal alta, el flip-flop cambia abajo. El momento de la salida de pulso de alta desde el flip-flop también se puederestablecer manualmente (el comienzo de un pulso puede ser activado) mediante un pulsobajo la pin de reseteo.

En el diagrama funcional mencionado, también incluye dos transistores. El transistorconectado al pin 7 es un transistor NPN. Puesto que el pin 7 está conectado al pin colectordel transistor NPN, este tipo de configuración se denomina colector abierto o drenajeabierto. Esta patilla está normalmente conectada a un condensador y se utiliza para


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descargar el condensador cada vez que el pin de salida pasa a nivel bajo. El transistorconectado al pin 4 es un transistor PNP. El propósito de este transistor es amortiguar el pinde reset, de modo que el 555 no tiene fuente de corriente de este pin y provocar que seextinga la tensión.

La etapa de salida del temporizador 555, indicado en las notas del diagrama anterior. Supropósito es actuar como un amortiguador (o búfer) entre el temporizador 555 y las cargasque, pueden estar conectadas a su pin de salida. La etapa de salida proporciona corrienteal pin salida, de modo que el otro componente funcional del temporizador 555 no tiene quehacerlo.

Cuando la función de reset no está en uso (pin 4), se recomienda que sea conectado aVCC para evitar cualquier posibilidad de falsa activación.

Las configuraciones que se pueden lograr con o mediante el 555, son tan extensas quese podría ocupar un largo artículo hablando de ellas y sus posibilidades. Es por estemotivo que, en este artículo, voy a describir lo puntos en los que además todas laspublicaciones coinciden, resaltando ciertos puntos que considero relevantes para elconocimiento del 555.

MODO MONOESTABLE.

Es ideal para crear retardos de tiempo. En este modo, un disparador externo hace que eltemporizador 555 genere un pulso de una duración ajustable. Igualmente, el temporizadorfunciona con un disparador, vea la figura de abajo. El condensador externo estáinicialmente descargado por un transistor interno del propio temporizador. Tras laaplicación de un disparo negativo al pin 2, pulso de menos de 1/3 VCC, el flip-flop interno,se ajusta para que libere el cortocircuito a través del condensador y acciona la salida aalto.

En este estado, el temporizador 555 genera un pulso alto, que comienza cuando el pinde disparo se pone en bajo (menos de 1/3Vcc, como se explica en el paso anterior, estoes suficiente para cambiar la salida del comparador conectado con el pin de disparo). Laduración de este pulso depende de los valores de la resistencia R1 y el condensador C1en la imagen.


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Entonces, el voltaje a través del condensador aumenta exponencialmente durante unperiodo de T=1,1xRAxC, al final del cual el voltaje es igual a 2/3 VCC. El comparador acontinuación, restablece el flip-flop que, a su vez descarga el condensador y acciona lasalida en su estado bajo. La figura siguiente, muestra las formas de onda generada eneste modo de operación. Puesto que la carga y el nivel de umbral del comparador sonambas directamente proporcionales a la tensión de alimentación, la temporización internaes independiente del suministro.

Cuando el pin de disparo esta alto, hace que el pin de descarga (pin 7) pase a drenartoda la carga del condensador (C1 en la imagen anterior). Esto hace que el voltaje en elcondensador (y el voltaje del pin 6) sean igual a 0. Cuando el pin de disparo cambió bajo,el pin de descarga ya no es capaz de drenar corriente, esta carga tiende a acumularse enel condensador de acuerdo con la ecuación: t = 1,1*R*C.

Para obtener los resultados correctos, los valores de los condensadores, en los cálculos,

se deben convertir, de modo que 1uF = 0.000,001 F = 1-6F.

Una vez que el voltaje en el condensador (el voltaje de pin 6) es igual a 2/3 de la tensiónde alimentación (de nuevo, como se explica en el paso anterior, esto es suficiente paracambiar la salida del comparador conectado a la patilla 6), la salida del 555 es de nuevollevado bajo. La salida permanece baja hasta que el pin de disparo es pulsado a bajo denuevo, reiniciando el proceso que acabo de describir.


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Durante el ciclo de temporización cuando la salida es alta, la posterior aplicación de unpulso de disparo, tan largo como la entrada de disparo, no tendrá efecto en el circuito, éstedevolverá alto, al menos 10μs antes del final del intervalo de tiempo. Sin embargo, elcircuito puede ponerse a cero durante este tiempo, por la aplicación de un pulso negativoal terminal de reposición (pin 4). La salida, permanecerá entonces en el estado bajo, hastaque se aplica un nuevo impulso de disparo.

La duración de este pulso de salida, depende de los valores de R1 y C1 en la figuraanterior. Un ejemplo pondrá de relieve, el cálculo del tiempo de retardo del pulso en lasalida del 555 en modo monoestable:

t = 1,1*R*C tiempo en segundos

Si elegimos R = 10Kohms y C = 100uF, tendremos

t = 1.1*10000*0.0001 t = 1'1 seg.

Esto significa que, con una resistencia de 10Kohm y un condensador de 100uF, un pulsobajo en el pin de activación (pin 2) del 555, es decir, tirando a masa un instante el pin 2,hará que un LED conectado a una resistencia de 270 Ohms a la salida, se encienda


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durante 1'1 segundos. La siguiente, es la grafica de este ejemplo.

En la imagen que sigue, disponemos de una herramienta de ayuda muy apropiada paraobtener, por ejemplo: el valor aproximado del tiempo del retardo, conociendo los valoresdel condensador C1 (100uf) y la resistencia R1 (10k), en un monoestable, como en elesquema anterior. El la grafica se muestra el valor de 1'1 s tiempo de retardo.

Nota1. Durante parte de la operación del 555, el pin 7, internamente se conecta a masa0V, a través de un transistor. Si la resistencia asociada en el circuito es muy baja(potenciómetro se gira), una elevada corriente fluirá a través del transistor y se puededañar.

MODO ASTABLE.


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El modo astable está estrechamente relacionado con el modo monoestable (discutido enel apartado anterior), se puede ver que el esquema es casi el mismo, como unmultivibrador. La diferencia importante es que, en modo astable, el pin de disparo, pin 2,está conectado a la patilla umbral pin 6, lo que hace que la salida pase a alternarcontinuamente entre los estados alto y bajo.

En las hojas de datos del temporizador 555, se utilizan los valores de 1,44 y 0,7 comoconstantes en los cálculos de tiempos, dependiendo de la forma en que se escribía laecuación. Si bien, estas cifras no son exactamente recíprocas una de la otra, están losuficientemente cerca para ser utilizadas sin preocupación.

En el modo astable, la salida del temporizador 555, es una forma de onda de pulsocontinuo, de una frecuencia específica que depende de los valores de las dos resistencias(R1 - R2) y el condensador (C1) utilizados en el circuito de la figura que sigue, de acuerdocon la siguiente ecuación:

Frecuencia de oscilación = 1 / (0.7*(R1+2*R2)*C)

Si el circuito está conectado como se muestra en la anterior figura (pines 2 y 6 unidos),se disparará a sí mismo, como un multivibrador, funcionamiento libre. El condensadorexterno, se cargará a través de R1 + R2 y descargará a través de RB. Así, el ciclo de


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trabajo se puede ajustar con precisión por la relación entre estas dos resistencias.

En este modo de funcionamiento, el condensador se carga y descarga entre 1/3 VCC y2/3 VCC. Como en el modo de disparo (monoestable), los tiempos de carga y descarga, ypor lo tanto la frecuencia son independientes de la tensión de alimentación. Elcondensador C al que me referiré, se trata del condensador C1, salvo que se indique locontrario.

El tiempo de carga (salida alta) viene dado por: t1 = 0.7 (R1 + R2) C

Y el tiempo de descarga (salida baja) por: t2 = 0.7 (R2) C

Así, el período total es: T = t1 + t2 = 0.7 (R1 +2R2) C

La frecuencia de oscilación es: f = 1/T=1.44 / (R1 +2R2) * C

Algo complejo, describir los sucesos que ocurren, trataré de explicarlo por partes;

Inicialmente el condensador C está sin carga, por lo que la tensión en el condensador escero. El voltaje del condensador C, es igual a la tensión en los pines, umbral (pin 6) y dedisparo (pin 2), ya que los dos están unidos. Como los pines 2 y 6 están a 0V, la salidaestará a alto.

Anteriormente hemos dicho que, cuando el pin de disparo está bajo, hace que el pin dedescarga no pueda drenar la carga del condensador. Puesto que el condensador C estáen serie con Vcc, R1 y R2, está siendo aplicada la Vcc y la corriente fluirá a través de lasresistencias, hasta el condensador, empezando a acumular carga. Esto hace que el voltajea través del condensador C, aumente de acuerdo con la siguiente ecuación:

(Tensión en el condensador) = (Vcc - V0) * (1 - e-t /((R1 + R2) * C))

Donde "tensión en el condensador" es el voltaje actual a través del condensador en eltiempo t, V0 es el voltaje inicial en el condensador, Vcc es la tensión total aplicada a lasresistencias R1-R2, y la capacidad del condensador C.

De modo que, cuando el voltaje a través del condensador C es igual a 2/3Vcc hace queel pin umbral registre un alto (descrito más arriba), que invierte al comparador (dentro del555) conectado a la patilla de umbral. Esto lleva la salida a bajo y habilita el pin descarga.El tiempo que tarda el condensador en acumular una tensión de 2/3Vcc, viene dada por:

2/3*Vcc = (Vcc - V0) * (1- e-t /((R1+R2)*C)), reduciendo. Para V0 = 0 V, esto viene a ser:

t = 1.1*(R1+R2)*C en segundos.

Estando el pin de descarga activado (pin 7), la carga comienza a fluir, descargando elcondensador, a través de R2, y el pin de descarga (pin 7) del 555. Esto, reduce la tensiónen el condensador como se describe por la ecuación siguiente:


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(Tensión en el condensador) = (voltaje pico en el condensador) * (e-t /(R2 * C))

Donde, la tensión pico en el condensador era el voltaje (2/3Vcc), justo antes de activar elpin 7 de descarga:

(Tensión en el condensador) = 2/3 * Vcc * (e-t /(R2 * C))

El tiempo que se tarda en descargar el condensador desde 2/3Vcc a 1/3Vcc, se obtienecon:

t = 0.7*R2*C segundos

Por lo tanto la duración total de ambos estados, alto y bajo de la salida es:

0.7*(R1+R2)*C + 0.7*R2*C y 0.7*(R1+2*R2)*C en segundos.

Entonces, la frecuencia se calcula como sigue: Frecuencia = 1/(0.7*(R1+2*R2)*C)

De esto, se deduce que, la frecuencia de la salida, se controla modificando los valores delas resistencias R1, R2 y el condensador C. Además, podemos controlar la anchura delpulso de salida (duración en alto, respecto de la duración en bajo), puesto que, la duracióndel estado alto depende tanto de R1 y R2, mientras que la duración del estado bajo sólodepende de R2.

En realidad, el modo astable, se considera un sencillo generador de frecuencias, cuyafrecuencia se puede controlar, modificando el valor del potenciómetro o cambiando el valordel condensador, para cambiar el rango de las frecuencias. Con los valores de loscomponentes de la imagen de abajo, se puede ver los distintos cambios de frecuenciaproducidos al variar el porcentaje de VR1. La frecuencia se puede calcular con la formula:

f = 1/T=1.44 / (R1 +2R2) * C


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Para los mencionados valores y considerando VR1 como R2, obtendremos los siguientesvalores:

Frecuencia de salida = 0.1311819493 Hertzios Periodo = 7.6229999999 seg. Salida Alto = 4.1579999999 seg. Salida Bajo = 3.465 seg. Duty Cycle = 54.5454 Porcentaje.

GENERADOR DE TONO.

Respecto a la posibilidad de generar frecuencias, el 555 con la ayuda de unos pocoscomponentes, nos permite generar frecuencias audibles. Sin embargo, no suele utilizarsecomo generador de notas, principalmente por su deriva con la temperatura, como ocurrecon otros muchos sencillos generadores de frecuencia. Puesto que la música, requiereuna máxima estabilidad en la frecuencia fundamental, pero ese es un aspecto que noestudiaremos aquí.

De modo que, tan sólo haremos una incursión en esta faceta de las frecuencias audibles,


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partiendo del 555. Veremos cómo construir un generador de tonos, aprenderemos quecuando el 555 está en modo astable, la salida del pin 3 es una corriente continua deimpulsos llamada onda cuadrada que se puede oír en un altavoz como un tono. Y,aprenderemos cómo construir un circuito generador de tonos con el 555 en modo astable.

Mantengamos el diseño estándar de los esquemas de los circuitos, de modo que elcircuito sea fácil de seguir. El objetivo es establecer un circuito de salida para que muestreal instante lo que está sucediendo. Es por eso que todo debe estar en lugaresreconocidos. Aquí podemos reconocer que este diagrama es el circuito es un oscilador. Elpulsador permite controlar el tono de salida. Es fácil comprender que una red depulsadores SW1 con su R2, en paralelo a ellos, puede considerarse una especie dexilofón.

Al encender este circuito usted debería comenzar a oír la forma de onda de pulso queviene del 555. Gire el potenciómetro para cambiar la frecuencia de la onda de pulso. Sidesea generar una frecuencia particular, trate de cambiar los valores de VR1, R2 y C1.

El circuito que vemos arriba, es un simple generador de tono de onda cuadrada o comolo llama el constructor, generador de ráfagas de tono (tone burst generator). Esta es unaconfiguración entre muchas de las que podemos encontrar. Este, realmente, genera trenesde impulsos que se pueden percibir como un tono, al aplicarlos a un altavoz. Sin embargo,la configuración del esquema más normal, es la siguiente.


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Ahora, se comprende que, poner en modo astable el chip 555, significa que el pin 3,enviará una tren continuo de pulsos denominados, señal de onda cuadrada y que en unaltavoz se escuchará como un tono. La señal de onda cuadrada, es causa de la continuacarga y descarga del condensador C1.

Es fácil identificar el rizado del tren de ondas que envía la patilla 3. En las siguientesimágenes, en el circuito, de la tercera imagen, se ha desconectado el altavoz, porconsiguiente, el condensador C2 de salida, no influye en la onda de salida y se aprecia laonda cuadrada respecto de la onda que se muestra en el circuito anterior.

C2=47uf Conectado - Rizado


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C2=4'7uf Conectado - Rizado

Sin C2 - Cuadrada

Este proceso se repite, la creación de la señal de onda cuadrada (ver imagen) y seescucha la señal en el altavoz un tono. Al mover el control deslizante de la resistenciavariable (VR1). Esto cambia la resistencia del circuito. Dado que la resistencia variableestá conectada al pin 7, cambiando la resistencia se controla el tiempo t de la frecuencia.

Nota2. El pin de reset (pin 4), internamente se conecta a través de 100kOms a nivel alto,pero trabajando en forma de pulsos, no se debe dejar flotando, se puede resetear el chip,de forma parásita.

Nota3. El 555 es muy poco fiable para conseguir largas temporizaciones, con valores porencima de 5 a 10 minutos. No es aconsejable utilizar electrolíticos de gran valor y altasresistencias. La razón es simple, como hemos visto antes, la corriente de carga para elelectrolítico C1, está entre 1 y 3 microamperios cuando el electrolítico está empezando acargar, y cae a menos de 1 microamperios cuando está casi cargado. Si la fuga delelectrolítico es de 1 microamperios, nunca se cargará por completo y el 555 permaneceráen "tiempo de espera".

Nota4. No debe conectar un transistor PNP a la salida de un 555. La razón es que, latensión del pin 3 no se eleva lo suficientemente alta como para desactivar el transistor y lacorriente tomada por el circuito será excesiva. En todo caso, utilice un transistor NPN.

CICLO DE TRABAJO (DUTY CYCLE)

El ciclo de trabajo del pulso de una onda, es la relación entre el tiempo paso alto por laduración total del estado alto y bajo. Modificando el circuito, podemos combinar paracalcular el ciclo de trabajo del 555. En la grafica, se aprecia la variación de valores delpotenciómetro con las ondas, menor resistencia mayor frecuencia y viceversa.


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Veamos. Ciclo de trabajo = (tiempo alto) / (tiempo de duración total de los estados alto ybajo), sustituyendo en las ecuaciones del caso anterior, obtendremos:

Ciclo de trabajo = (0,7 * (R1 + R2) * C) / (0,7 * (R1 +2 * R2) * C)

y simplificando: Ciclo de trabajo = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)

MODO BIESTABLE.

El modo biestable o lo que algunos denominan un disparador de Schmitt, tiene dosestados estables, alto y bajo. Pulsando la entrada de disparo a bajo, hace que la salida delcircuito vaya a alto. Pulsando la entrada de reset a bajo, hace que la salida del circuitovaya a bajo. Este tipo de circuito es ideal para su uso en un modelo automatizado dondese requiere un movimiento en dos sentidos de una dirección. Un botón (o interruptor reedcon un imán o fin de carrera en el recorrido máximo del objeto) se coloca en cada extremo


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de la pista de manera que cuando uno es golpeado por el objeto, se establece orestablecer el biestable. La salida de la 555 podría controlar un relé DPDT que seacableado como un inversor, para invertir el sentido de la corriente sobre el objeto,invirtiendo así la dirección del mismo.

Pulse el botón conectado al pin 2 (trigger). El LED debe encenderse, indicando que lasalida se encuentra ahora en un estado alto. Suelte el botón del disparador, la luzpermanece encendida. A continuación, pulse el botón de reinicio, esto hará que la salidavaya a bajo y se apaga el LED. Suelte el botón de reinicio, el LED debe permanecerapagado. Ahora, ha creado un circuito que alterna entre dos estados estables basados enque se ha pulsado un botón.

La salida (pin 3) del circuito biestable anterior, puede estar en uno de los dos estados encualquier momento, lo que significa que es una salida digital. Se puede conectardirectamente a las entradas de otros circuitos integrados digitales, o puede controlar otrosdispositivos con la ayuda de unos pocos componentes adicionales. Como sabemos, unflip-flop es un circuito que permite cambiar entre dos estados estables, en función delestado de las entradas.

· El primer estado, es el estado "bajo", que es el voltaje de 0 V de la fuente dealimentación. · El segundo estado es el estado "alto", que es la tensión Vcc en la fuente dealimentación.


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En el caso de que el temporizador 555 en modo biestable, las dos entradas son,contactos de disparo y rearme. De forma predeterminada, mediante sendas resistencias,se establecen altos, en modo biestable. Cuando el pulsador de disparo es pulsado, laentrada va a bajo, esto hace que la salida se haga alta (Vcc). La salida se mantendrá enalto aun cuando se libere el pulsador del gatillo, estará en alto de nuevo.

Cuando se pulsa el pin de reset a bajo, la salida pasa a nivel bajo. Una vez más, la salidapermanecerá en este estado, incluso si la patilla de reset o reposición se hace alta denuevo, al liberar su pulsador.

Esto es todo, por este simple tutorial. Como de costumbre serán bien recibidos lasopiniones de los lectores.

Creada el: 30-09-12

Actualizada el: 25/10/2012

Obra iniciada a partir de: 1998, 2000, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010, 2012

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