Circuito integrado 555

NE555 de Signetics en un dual in line package.

El temporizador IC 444 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en una variedad de aplicaciones y se aplica en la generación de pulsos y de oscilaciones. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip-flop. Sus derivados proporcionan hasta cuatro circuitos de sincronización en un solo paquete. Introducido en 1971 por Signetics, el 555 sigue siendo de uso generalizado debido a su facilidad de uso, precio bajo y la estabilidad. Muchas empresas los fabrican en versión de transistores bipolares y también en CMOS de baja potencia. A partir de 2003, se estimaba que mil millones de unidades se fabricaban cada año.

Historia

Fotografía del interior del 555, 1978.

En 1970, Hans Camenzind, un ingeniero nacido en Suiza, quién después de terminar su educación secundaria viajó a Estados Unidos para realizar los estudios de ingeniería, se tomó un mes de vacaciones de su empleo en Signetics (ahora Phillips) para escribir un libro, pero en vez de volver al final de las vacaciones, le pidió a la compañía que lo contratase como consultor durante un año, para usar los principios del oscilador controlado por tensión o VCO en el desarrollo de un circuito integrado temporizador; esta idea no era del agrado del departamento de ingeniería de Signetics, pero afortunadamente a Art Fury, el responsable de Mercadotecnia de la empresa, la idea le entusiasmó y le dio el contrato a Camenzind, quien después de seis meses, completó el diseño final (los primeros diseños no hacían uso de redes RC para la temporización y por ello preveían un circuito integrado de 14 patillas que era mucho más complejo y caro)

El 555 fue pionero en muchos aspectos, no solo fue el primer circuito integrado temporizador, también fue el primero en venderse desde su salida al mercado a bajo precio (US $0,75), cosa nunca hecha hasta entonces por ningún productor de semiconductores. Cabe acotar que por las diferencias entre Camenzind y el departamento de ingeniería de Signetics, el proyecto durmió durante un año antes de ser finalmente producido en masa por Signetics.

El temporizador fue introducido en el mercado en el año 1972 por Signetics con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (La Máquina del Tiempo en Circuito Integrado). Este circuito tiene muy diversas aplicaciones, y aunque en la actualidad se emplea más su remozada versión CMOS desarrollada por Dave Bingham en Intersil, se sigue usando también la versión bipolar original, especialmente en aplicaciones que requieran grandes corrientes en la salida del temporizador.

Descripción de las patillas del temporizador 555

Pines del 555.

• GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra (masa).
• Disparo (normalmente la 2): Es donde se establece el inicio del tiempo de retardo si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando esta patilla tiene menos de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
• Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, estable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 V. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reinicio (normalmente la 4).
• Reinicio (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a alimentación para evitar que el temporizador se reinicie.
• Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1.7 V) hasta casi 0 V (aprox. 2 V menos). Así es posible modificar los tiempos. Puede también configurarse para, por ejemplo, generar pulsos en rampa.
• Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que se utiliza para poner la salida a nivel bajo.
• Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
• Voltaje de alimentación (VCC) (normalmente la 8): es la patilla donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 V hasta 16 V.

Modos de operación

El circuito integrado 555 posee dos modos de operación:

Multivibrador Astable

Esquema de la aplicación de multivibrador astable del 555.

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida continua de forma de onda cuadrada (o rectangular), con una frecuencia especifica. El resistor R1 esta conectado a VCC y al pin de descarga (pin 7); el resistor R2 se encuentra conectado entre el pin de descarga(pin 7), el pin de disparo (pin 2),el pin 6 y el pin 2 comparten el mismo nodo. Asimismo el condensador se carga a través de R1 y R2, y se descarga solo a través de R2. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2, esto debido a que el pin 7 presenta una baja impedancia a GND durante los pulsos bajos del ciclo de trabajo.

El ciclo de trabajo presenta dos estados: alto y bajo, la duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2 y C, con base en las fórmulas siguientes:

$t.alto=\ln(2)\cdot (R1+R2)\cdot C$

y

$t.bajo=\ln(2)\cdot R2\cdot C$

La frecuencia de oscilación está dada por la fórmula:

$f\approx {\frac {1}{ln(2)\cdot C\cdot (R1+2\cdot R2)}}$

el período esta dado por:

$T={\frac {1}{f}}$

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta).

El ciclo de trabajo es : $D={\frac {R1+R2}{(R1+2\cdot R2)}}$

Para realizar un ciclo de trabajo igual al 50% se necesita colocar el resistor R1 entre la fuente de alimentación y la patilla 7; desde la patilla 7 hacia el condensador se coloca un diodo con el ánodo apuntando hacia el condensador, después de esto se coloca un diodo con el cátodo del lado del condensador seguido del resistor R2 y este en paralelo con el primer diodo, además de esto los valores de los resistores R1 y R2 tienen que ser de la misma magnitud.

NOTA: En todas las formulas anteriores, el tiempo esta expresado en segundos, la capacitancia en faradios y la resistencia en ohms.

Multivibrador monoestable

Esquema de la aplicación de multivibrador monoestable del 555.

En este caso el circuito entrega un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador.

El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en nivel alto) es:

$T=\ln(3)\cdot R\cdot C$ [s]

$T\approx 1,1\cdot R\cdot C$ [segundos]

Nótese que es necesario que la señal de disparo sea de nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.

Especificaciones

Estas especificaciones aplican solo al NE555, otro tipo de versiones pueden variar dependiendo del fabricante o ámbito en que se utilice.

Voltaje de entrada (VCC)	4.5 a 15 V
Corriente de entrada (VCC = +5 V)	3 a 6 mA
Corriente de entrada (VCC = +15 V)	10 a 15 mA
Corriente de salida (maximum)	200 mA
Máxima disipación de potencia	600 mW
Consumo de potencia (minimum operating)	30 mW@5V, 225 mW@15V
Temperatura de operación	0°C hasta 70 °C

Referencias

• Ronald J. Tocci, Neal S. Widmer, Gregory L. Moss (2007).Sistemas digitales: principios y aplicaciones.Pearson Educación. ISBN 9702609704, 9789702609704.

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Circuito integrado 555.
• LF/LM555 Data Sheet(PDF) Fairchild Semiconductor, 2002.
• Simulador en java del circuito integrado 555 Falstad, John (2010)