Material de estudio de CI 555

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Material de estudio de CI 555

  1. 1. Circuitos integrados Definición: es un dispositivo electrónico (también llamado chip) que contiene cientos, miles o incluso millones de transistores conectados entre sí. Su complejidad reside en la posibilidad de reducir el tamaño de los circuitos electrónicos hasta prácticamente tamaños microscópicos. Todo se basa en la forma de construir un semiconductor. Lo cierto es que se ha determinado que se pueden formar materiales semiconductores tipo N o tipo P mediante la aportación de impurezas en un material semiconductor como el silicio. Estos materiales semiconductores, que sirven de base a la incorporación de impurezas, se denominan sustratos, y estos pueden ser tan pequeños como se quiera, dado que las impurezas no dejan de ser una pequeña cantidad de cargas positivas o negativas aportadas con sustancias químicas, como vehículos de introducción de dichas impurezas.• Se les entrega un pequeño material sobre los tipos de integración a determinados alumnos para que lean en vos alta así el docente va explicando y relacionando con los materiales escritos anterior mente en el pizarrón La fabricación de circuitos integrados, durante su evolución en la segunda mitad del siglo XX, ha avanzado fundamentalmente en la escala de integración o miniaturización, siguiendo varias etapas: integración SSI, integración MSI, integración LSI e integración VLSI. Integración SSI o integración a pequeña escala (Small Scale of Integration). En la segunda mitad de la década de los cincuenta se comenzó a integrar circuitos completos en un mismo sustrato, de forma que una sola pastilla de semiconductor contenía ciertas impurezas que suponían la conexión de transistores, diodos, resistencias y condensadores. Permitiendo asi incorporar decenas de componentes en un único chip. Supuso la aparición de los primeros chips que contenían circuitos electrónicos. Integración MSI. En los años sesenta se incorporaron impurezas más pequeñas en sustratos también más pequeños. Los chips incorporaban así circuitos algo más complejos, que disponían de cientos de transistores. A estos se les denominó circuitos de escala media de integración o integración MSI (Medium Scale of Integration). Integración LSI. A mediados de los sesenta, en Estados Unidos se hacía patente la idea de enviar transportes al espacio. Las naves tenían que ser lo bastante grandes como para contener una tripulación, pero suficientemente pequeñas y ligeras como para poder vencer la gravedad de la Tierra en su lanzamiento y, además, debían contener todos los circuitos de control para poder automatizar al máximo las operaciones. Esto supuso un reto para los ingenieros electrónicos, que crearon los primeros dispositivos con grandes escalas de integración o circuitos integrados LSI (Large Scale of Integration).
  2. 2. La integración LSI contiene hasta 5.000 dispositivos semiconductores sobre unsustrato cuadrado de silicio de algo menos de 1,2 cm de lado. Tal escala deintegración permitió el desarrollo de los microprocesadores como elementoprincipal de los ordenadores, cuyo primer ejemplo comercial apareció en 1971.En la actualidad, la integración de circuitos electrónicos ha pasado a escalassuperiores de miniaturización: son frecuentes los circuitos integrados VLSI o demuy alta escala de integración (Very Large Scale of Integration).Estos chips contienen millones de transistores y efectúan tareas de control yproceso de información: operaciones matemáticas lógicas y aritméticas, control delas señales de televisión, detección y procesado de señales en equipos médicosde monitorización, etc.
  3. 3. El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial esla de producir pulsos de temporización con una gran precisión.- Se trata de untemporizador (TIMER), comúnmente utilizado como un generador de pulsos, y lafrecuencia de éstos puede variar de 1 pulso por segundo hasta 1 millón de pulsospor segundoSegún el fabricante recibe una designación distinta, tal como TLC555, LMC555,uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque generalmente se lo
  4. 4. conoce como "el 555"o “NE555”. Existe también una versión de 14 pines, llamadaNE556 que contiene dos NE555 en su interior, compartiendo sus dos pines dealimentación.El NE555 se alimenta con tensiones que van desde los 4.5 a los 18 voltios,aunque existen versiones no muy fáciles de conseguir que se alimentan con solo 2voltios. Se comienza la cuenta en sentido antihorarioDistribución de pines del temporizador 5551 - Tierra o masa2 - Disparo: Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo,si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuandoeste pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación.Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempola salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.3 - Salida: Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya seaque esté conectado como monostable, astable u otro.Cuando la salida es alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc)menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con laayuda de la patilla # 4 (reset)4 - Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida# 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla aVcc para evitar que el 555 se "resetee"5 - Control de voltaje: Cuando el temporizador 555 se utiliza en el modo decontrolador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en lapráctica como Vcc-1 voltio) hasta casi 0 V (en la práctica aprox. 2 Voltios). Así esposible modificar los tiempos en que la patilla # 3 está en alto o en bajoindependiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadoresconectados externamente al 555).El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc enla configuración monostable.Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltioshasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astablecausará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).
  5. 5. Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF paraevitar las interferencias6 - Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utilizapara poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo bajo7 - Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externoutilizado por el temporizador para su funcionamiento.8 - V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje dealimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versionesmilitares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.- • El temporizador 555 funcione de diferentes maneras, se puede conectar demaneras diferentes entre los más importantes están: multivibrador astable y comomultivibrador monoestableOscilador astableUno de los usos más frecuentes del NE555 es como oscilador astable. En estaconfiguración, el circuito produce en su pin de salida OUTPUT una onda cuadrada,con una amplitud igual a la tensión de alimentación. La duración de los periodosalto y bajo de la señal de salida pueden serdiferentes. El nombre de “astable” proviene de la característica de estaconfiguración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estadoslógicos, si no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T.El periodo de tiempo T de la señal de salida es igual a la suma de los tiempos enestado alto Tm (por “Mark time” en inglés) y bajo Ts (por “Space time). En general,en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro, utilizaremos la frecuencia F de laseñal de salida, igual a 1/T
  6. 6. Cuando vemos el esquema de conexión del NE555 para ser utilizado comooscilador astable. Podemos observar que solamente tres componentes adicionalesbastan para determinar el periodo T de la señal de salida, y la relación de tiemposTm y Ts. Un cuarto componente, el capacitor de 0.01 μF solamente se utiliza paraevitar el ruido en el terminal de controlLos valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de laseñal, de acuerdo con las siguientes formulas: T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 F = 1.4 / ((R1 + 2R2) × C1)Donde el periodo T se expresa en segundos, la frecuencia F en Hertz, los valoresde R1 y R2 en ohms y la capacidad de C1 en faradios.La relación marca-espacio (Tm y Ts), también conocida como “duty cycle”, y quees muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de corrientecontinua, el brillo de una lámpara, etc. secalculan mediante las tres fórmulas siguientes: T = Tm + Ts Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1 Ts = 0.7 × R2 × C1
  7. 7. Como se deduce de ellas, en los casos que Tm y Ts necesiten ser iguales (dutycycle del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1.MonoestableUn circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un soloestado: el nivel bajo.En efecto, si conectamos el NE555 de manera que se comporte como unmonoestable, su salida permanecerá en estado bajo, salvo en el momento en quereciba una señal en su pin TRIGGER, en cuyo caso la salida pasara a nivel altodurante un tiempo T, determinado por los valores de R1 y C1, de acuerdo a lafórmula siguiente, donde el periodo T se expresa en segundos, R1 en ohms y lacapacidad de C1 en faradios.Calculo de TAl presionar el pulsador identificado como “trigger”, la salida del Ne555 pasara aestado alto hasta que transcurra el tiempo fijado por el valor de R1 y C1 o hastaque se presione el pulsador “reset” (lo que ocurra primero). En general, no sedesea interrumpir el periodo en que el integrado tiene su salida en nivel alto, por loque el pulsador conectado al RESET puede no ser necesario.Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los 10minutos) se deben utilizar capacitares electrolíticos, y estos presentan fugas queafectan su confiabilidad, es que tenemos que recordar en el momento de hacernuestros diseños que pueden ser posibles errores de hasta un 20% en los tiemposdeterminados por R1 y C1.Es importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que notranscurra el tiempo T (o se resetee el temporizador) cualquier actividad en elTRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado alto dela salida será ignorado.En algunos casos puede ser deseable que el circuito efectúe un resetautomáticamente al ser conectado a la alimentación, o bien que se auto dispare alencender el dispositivo. En estos casos, se puede utilizar un circuito como el quevemos en la siguiente, y que conectaremos al pin RESET o TRIGGER segúncorresponda.
  8. 8. BiestableOtra configuración habitual para el NE555 es la de biestable.En ella, ambos estados, alto y bajo, son estables, y la salida permanece en elloshasta que se modifican mediante los pines TRIGGER o RESET. En este caso, alno haber tiempos implicados en ninguno de los dos estados, no hay fórmulas paraaplicar.Simplemente, al aplicar 0V al pin TRIGGER, la salida pasara a estado alto, ypermanecerá en el hasta que se desconecte la alimentación o se ponga a 0V elterminal RESET, en cuyo caso la salida se mantendrá en estado bajo hasta unanueva conexión del TRIGGER a 0V.-
  9. 9. Características generales: El circuito puede alimentarse con tensión continua comprendida entre 5 y 15 voltios, aunque hay versiones que admiten tensiones de alimentación hasta 2 V., pero no son de uso corriente. Si se alimenta a 5V es compatible con la familia TTL. La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200mA., muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitar directamente relés y otros circuitos de alto consumo sin necesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC. Necesita un número mínimo de componentes exteriores, la frecuencia de oscilación se controla con dos resistencias y un condensador. Cuando funciona como monoestable el retardo se determina con los valores de una resistencia y de un condensador. Sus características más destacables son:• Temporización desde microsegundos hasta horas.• Modos de funcionamiento:o Monoestable.o Astable.o Biestables Aplicaciones:o Temporizador.o Oscilador.o Divisor de frecuencia.o Modulador de frecuencia.o Generador de señales triangulares.

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