555 timer ¿Cómo funciona?

Cuando hablamos de los inicios de la electrónica y no me refiero a la primera electrónica que se fabricó, más bien a cuando empezamos a frikear con nuestros chismes raros, no podemos dejar de pensar en el mítico 555 timer. Ese integrado útil, no, muy útil. Aunque tengo que reconocer que últimamente no aparece en ninguna de las PCBs que diseño o monto.

Empecemos este artículo con un poco de historia. El padre del primer 555 fue Camenzind un ingeniero de origen suizo que tras terminar los estudios en secundaria se trasladó hasta Estados Unidos para iniciar sus estudios en ingeniería. El primer 555 fue creado en 1970, sin embargo no fue hasta 1972 cuando la empresa para la que trabajaba Camenzind comenzó la comercialización del NE555 conocido comercialmente como «The IC Time Machine» (La máquina del tiempo en un Integrado). En la actualidad es usada una versión CMOS del 555 debido a su reducción de consumo en los transistores, puesto que en reposo solo circulan las corrientes parásitas.

¿Por qué se llama 555 timer?

El nombre 555 viene de la estructura interna del IC puesto que contiene un doble divisor de tensión formado por tres resistencias de 5 KΩ. Estas son usadas como tensión de referencia para los dos amplificadores operaciones en modo comparador que controlar …. bueno ahora veremos que controlan.

Y dentro ¿Qué hay?

Dentro del integrado hay distintos componentes tal y como puedes ver en el diagrama simplificado que he preparado y que puedes ver a continuación. Tenemos:

Un doble divisor tensión de tres resistencias de 5 KΩ en serie (evidentemente 🙂 ) que nos proporcionan los dos voltajes de referencia que necesitarán los dos amplificadores en función comparación que uno conectado al pin de Trigger y el otro a Threshold compararán las entradas con 1/3 y 2/3 de Vcc respectivamente.

El amplificador que compara la tensión de Trigger con un 1/3 de Vcc activará su salida cuando la tensión de la entrada sea inferior a la de referencia y al activarse la salida del Amp.Op. activaremos la entrada SET del flip-flop (siguiente paso).

Como he dicho anteriormente el segundo comparador controlará la tensión de la entrada Threshold, de tal forma que cuando su valor sea superior a 2/3 de Vcc, el Amp.Op activará su salida que al estar conectada al pin de Reset del Flip-flop reseteará el biestable.

El pin de Reset nos permite reiniciar el biestable, si no lo vamos a usar lo conectaremos a Vcc y poco más, al desactivar la salida, el transistor conectará el pin de descarga a GND y a través de esta conexión descargaremos el condensador externo que veremos un poco más tarde.

¿Qué podemos hacer con él?

Estoy seguro que a estas alturas de la película ya sabes que el 555 timer tiene varias configuraciones, una de ellas es astable configuración que ya analizamos en el tutorial anterior por petición de uno de vosotros. Otra de las configuraciones es monoestable la cual vamos a analizar en este.

¿Monoestable?

Te puedo asegurar que monoestable no es un mono que permanece en equilibrio. La configuración monoestable del 555 es aquella en la cual cuando generamos un pulso (de tensión inferior a 1/3 de Vcc) en la entrada Trigger, el 555 activará la salida y la mantendrá activa durante un tiempo definido por la carga del condensador C1 de nuestro circuito.

Cuando se activa la salida, el condensador C1 que puedes ver en el esquema empezará a cargarse a través de la resistencia R1 y el tiempo que dure su carga hasta llegar a 2/3 de Vcc, será el tiempo que permanecerá encendida la salida del integrado. Cuando alcance 2/3 de Vcc, el pin de Threshold desactivará la salida y conectará el pin de descarga a GND de tal forma que el condensador se descargará por completo.

Llegados a este punto solo quedará volver a generar un pulso en Trigger para volver a empezar, puesto que ya hemos recorrido todo el proceso. Puedes ver como cambian los valores de tensión que he mencionado antes en funcón del tiempo en el siguiente diagrama de tiempos.

Práctica Vs Teoría

Si montamos el circuito monoestable del esquema y usamos los valores de 10kΩ para R1 y 47μF para C veremos algo como lo del vídeo, en el cual he conectado un LED con su correspondiente resistencia de 220Ω a la salida del 555 timer.

Lo primero que podemos hacer es calcular el tiempo del pulso de salida en función del condensador C y la resistencia R1 que hayamos puesto en el circuito y lo podemos hacer usando Ricalc o con la siguiente ecuación:

Pero claro lo anterior es la teoría, que pasa en la práctica, si conectamos el osciloscopio a la salida del 555, podremos usar los cursores de tiempo para medir el tiempo que la señal está en valor lógico alto y tal y como podemos apreciar en el osciloscopio la lectura está muy cerca de la realidad, por tanto, pasamos la prueba.

¿Y si sustituyo R1 por un potenciómetro?

Como ya te habrás fijado el tiempo en que permanece encendida la salida depende de manera directa del condensador C1 y de la resistencia R1, entonces que ocurre si fijamos el valor del condensador en por ejemplo 47μF y modificamos el valor de R1 sustituyéndola por un potenciómetro de 1MΩ, pues que dependiendo del valor del potenciómetro se modificará el valor el tiempo que la salida permanece activada tal y como podemos ver en el siguiente gráfico.

No te olvides de comentar que tal te fue al montar el circuito y si tienes alguna idea para algún tutorial no dudes en contarla.