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“Formando líderes para la construcción de un nuevo país en paz”
1
INFORME LABORATORIO # 2
JUAN ANGHELL MOLINA ARIAS; JOSÉ LEONARDO PEREZ NIÑO; CAMILO
ANDRES TRILLOS GRACIANO
[email protected], [email protected],
[email protected]
RESUMEN
En este laboratorio se realizará un estudio y análisis a el temporizador 555 tanto su
funcionamiento interno como sus tipos de configuraciones, se comenzará estudiando su
funcionamiento interno y se simulará en Proteus para analizar más en detalle cómo
funciona, además de simular un esquema de su funcionamiento interno se realizarán sus
dos tipos de configuración las cuales son el monoestable y el aestable, estas
configuraciones con la simulación del funcionamiento interno nos permitirá conocer y
entender más cómo funciona el integrado y los tipos de aplicaciones que nos permite. La
segunda parte de nuestro laboratorio estará enfocada a la parte de aplicación en la cual
se diseñará un circuito que este conformado por el integrado 555 y nos realice una función
de control de encendido y apagado en este caso de una bombilla de 120V utilizando
pulsadores y nuestro integrado 555, por último, se realizarán los respectivos análisis y se
darán las conclusiones acerca del uso y funcionamiento del 555.
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los temporizadores más
utilizados en la actualidad es el
temporizador IC 555 y consiste es un
circuito integrado (chip) que se utiliza en
la generación de temporizadores, pulsos
y 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. Este
temporizador fue 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. Este
circuito suele ser utilizado para trabajos
sencillos como trabajos escolares,
debido a su bajo costo y facilidad de
trabajar con él.
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Este circuito se caracteriza por tener la
capacidad de ser configurado de
diferentes formas, una en donde con un
solo disparo el ciclo se repite una y otra
vez indeterminadamente hasta que
alguien o algo lo pare (Temporizador
astable, y otra en la que el ciclo se repite
una sola vez por pulso. Primero
hablaremos del temporizador
monoestable el cual es un tipo de
temporizador muy sencillo, ya que con un
pulso se activa la señal de salida y
después del tiempo programado se
desactiva. Una vez que termina el ciclo
se puede volver a activar, pero es
necesario volver a aplicar otro pulso, este
circuito se puede volver a iniciar cuantas
veces sea necesario. Por otro lado,
tenemos al temporizador Astable que
consiste en una modalidad en la cual se
forma una señal de salida de onda
cuadrada, ya que los estados de alto y
bajo se repiten una y otra vez. A simple
vista podemos identificarlo porque tiene
2 resistencias y un capacitor en serie, y
porque las terminales 2 y 6 van juntas.
Cabe mencionar que los tiempos de los
estados bajo y alto dependen totalmente
de los valores de las resistencias R1, R
y del capacitor C1, estos valores los
podemos elegir resolviendo una serie de
fórmulas en donde T1 es el tiempo de
activación y T2 para desactivarlo.
2. MARCO TEÓRICO
Un flip-flop es un circuito que se utiliza
con mucha frecuencia en aplicaciones
que requieren almacenamiento de datos.
Su principal característica es que su
salida no solo depende del estado actual
de las entradas, sino también del estado
anterior de la salida. Un circuito flip-flop
tiene dos salidas complementarias que
pueden ser estabilizadas en el estado
lógico 0 o 1. [1]
Se distingue entre flip-flops asíncronos y
síncronos. Los sincronos pueden ser
activados por uno de los niveles o por el
borde de una señal de reloj. [1]
Un circuito flip-flop puede mantener un
estado binario indefinidamente (en tanto
se alimente electricidad al circuito), hasta
que una señal de entrada le indique que
debe cambiar de estado. Las principales
diferencias entre los diversos tipos de
flip-flops radican en el número de
entradas que tienen y en la forma en que
las entradas afectan el estado binario. [2]
Flip-flop SR: Tiene tres entradas S (de
inicio), R (reinicio o borrado) y C (para
reloj). Tiene una salida Q y aveces
también tiene una salida
complementada. El símbolo indicador
dinámico (un triángulo pequeño enfrente
de la letra C) denota el hecho de que el
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Figura 3. Símbolo y diagrama lógico del
flip-flop JK.
Circuito Integrado 555.
El circuito integrado temporizador más
popular es el 555, es confiable, fácil de
usar en diversas aplicaciones y
económico. [4] El temporizador 555 se
puede usar con voltaje de suministro en
el rango de 5V a 18V y puede impulsar
una carga de hasta 200mA. Es
compatible con TTL y CMOS. Debido al
amplio rango de suministro de voltaje es
versátil y fácil de usar. Algunas
aplicaciones lo incluyen como oscilador,
generador de pulsos, rampa y generador
de onda cuadrada, multivibrador mono-
disparo, alarma antirrobo, control de
semáforo y monitor de voltaje. [5]
Figura 4. Diagrama de pines del 555.
La figura 5 hace referencia al diagrama
funcional del 555 en el cual se puede
observar lo siguiente: tres resistencias
internas de 5kΩ que actúan como
divisores de voltaje, proporcionando un
voltaje de polarización de
2 ∗𝑉
𝐶𝐶
3
al
comparador superior (comparadorA) y
𝑉 𝐶𝐶
3
al comparador inferior
(comparadorB), donde VCC es la tensión
de alimentación. Dado que estos dos
voltajes fijan el voltaje de umbral del
comparador necesario, también ayudan
a determinar el intervalo de tiempo. [5]
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Figura 5. Diagrama funcional del 555.
Funcionamiento como monoestable:
Para configurar un temporizador 555
como monoestable no redisparable, se
utilizan una resistencia y un condensador
externos, tal como se muestra en la
Figura 6. La anchura del impulso de
salida se determina mediante la
constante de tiempo, que se calcula a
partir de R1 y C1 según la siguiente
fórmula:
𝑊
1
1
La entrada de la tensión de control no se
utiliza y se conecta a un condensador de
desacoplo C2, para evitar la aparición de
ruido que pudiera afectar los niveles
umbral y de disparo. [6]
Figura 6. Temporizador 555 conectado
como monoestable.
Funcionamiento como aestable: En la
Figura 7 se muestra un temporizador 555
conectado para funcionar como
multivibrador aestable, que es un
oscilador no sinusoidal. Observe que, en
este caso, la entrada umbral (THRESH)
está conectada a la entrada de disparo
(TRIG). Los componentes externos R1,
R2 y C1 conforman la red de
temporización que determina la
frecuencia de oscilación. El condensador
C2 de 0,01 μF conectado a la entrada de
control (CONT) sirve únicamente para
desacoplar y no afecta en absoluto al
funcionamiento del resto del circuito; en
algunos casos se puede eliminar. [6]
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Figura 8. Metodología utilizada.
4. RESULTADOS
Caso de estudio 1:
Se definió el comportamiento de cada
temporizador 555 Monoestable,
identificando los componentes
necesarios para la realización del mismo.
Materiales:
- Transistor 2N
- Compuerta NAND 74LS
- Temporizador 555 (para pruebas)
- Compuerta 7404
• BUTTON
- Capacitor
- Amplificador operacional LM
- Logicprobe
- Logicstate
- Compuerta NAND de 3 entradas
- Resistencias de distintos valores
Finalidad del circuito monoestable:
realizar una función secuencial
consistente en que, al recibir una
excitación exterior, cambia de estado y
se mantiene en él durante un periodo que
viene determinado por una constante de
tiempo. Transcurrido dicho periodo de
tiempo, la salida del monoestable vuelve
a su estado original.
Paso 8: Se procede a realizar el montaje del
temporizador astable con compuertas NAND en
proteus, estableciendo conexiones necesarias
para la activación del circuito lógico de manera
eficiente
Paso 9: Se montó el circuito con el
temporizador 555 integrado, con la finalidad
de realizar comparaciones entre los circuitos
astables
Paso 10:
Caso de estudio 2:
Se realizó el diseño del circuito de iluminación con
temporizador 555, con la finalidad de encender y
apagar un bombillo de 120 voltios a traves de un
Relé
Paso 11: Se calcularon los valores necesarios para
realizar el montaje en fisico, hallando valores de
capacitancia y de resistencias
Paso 12: Se realizaron las pruebas del
diseño, verificando la usabilidad del mismo
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Se calcularon las magnitudes necesarias
para el montaje de nuestro circuito en
físico, hallando variables de capacitancia
y resistencias, para de esta forma
generar nuestro circuito monoestable.
Se plantea usar una resistencia de 1kΩ,
para la finalidad del temporizador se
requiere que tenga un ton de 0.55, se
procede a calcular la capacitancia
necesaria:
𝑡𝑜𝑛 = ln
- 5 = ln
Se realiza el diseño de un circuito con
compuertas NAND, con la finalidad de
realizar el montaje de un Latch RS
incorporando a él un RESET.
Figura 9. Diseño del latch RS usando
compuertas NAND.
Se hizo necesario diseñar un circuito
capaz de realizar la labor del Latch RS,
en este caso añadiendo una compuerta
NAND de tres entradas, obteniendo
retroalimentación del resultado del
NAND superior, la entrada R, y el valor
del Reset (dicho valor también fue
enviado a una compuerta superior), de
esta manera asegurando el buen
funcionamiento de nuestro circuito,
obteniendo Q=1 cuando se pulse el
botón, y realizando la espera necesaria
para ejecutar el temporizador.
Se anexa tabla de verdad:
Tabla 1. Tabla de verdad del Latch RS
con Reset.
R S Reset Q
0 0 1 Memory -
1 1 1 Conmut. -
Se procede a realizar el montaje del
temporizador monoestable con
compuertas NAND en proteus,
estableciendo conexiones necesarias
para la activación del circuito lógico de
manera eficiente.
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Se definió el comportamiento de cada
temporizador 555 astable , identificando
los componentes necesarios para la
realización del mismo.
El 555 no tiene estado estable, la salida
3 va cambiando continuamente entre el
nivel bajo y el alto continuamente,
independientemente del estado de la
entrada.
Materiales:
- Transistor 2N
- Compuerta NAND 74LS
- Temporizador 555 (para
pruebas)
- Compuerta Not 7404
- Botón (Button)
- Capacitor 500 μF
- Amplificador operacional
LM
entradas
Se calcularon las magnitudes necesarias
para el montaje de nuestro circuito en
físico, hallando variables de capacitancia
y resistencias, para de esta forma
generar nuestro circuito astable.
Se pretende calcular el tiempo para las
magnitudes de capacitancia y
resistencias escogidas:
- R1 = 10 kΩ
- R2 = 5 kΩ
- C = 100 μF
𝑡𝑜𝑛 = 0. 7 ( 10 𝑘 + 5 𝑘) ∗ 100μ𝐹 (7)
∗ 100μ𝐹
Se comprueba al visualizar la señal de
salida:
Figura 12. Señal de salida del
temporizador 555 en funcionamiento
aestable.
Se procede a realizar el montaje del
temporizador astable con compuertas
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NAND en proteus, estableciendo
conexiones necesarias para la activación
del circuito lógico de manera eficiente.
Figura 13. Temporizador 555 interno en
funcionamiento aestable.
Se realiza el montaje del 555 astable,
compuesto por dos resistencias fuera de
la zona del 555, las cuales poseen
valores de 10kΩ y 5kΩ respectivamente,
en las cuales estarán conectados el
threeshold, el trigger y discharge,
asegurando un comportamiento
aestable.
Se montó el circuito con el temporizador
555 integrado, con la finalidad de realizar
comparaciones entre los circuitos
astables.
Figura 14. Temporizador 555 integrado
en funcionamiento aestable.
Se muestra la imagen del temporizador
555 la cual se utilizará para comprobar la
onda de salida de nuestra señal
desarrollada con solo compuertas
NAND.
Figura 15. Señal de los temporizadores
555 interno e integrado en el
osciloscopio.
Se percibe la similitud en ambas señales,
evidenciando el funcionamiento en
ambos circuitos temporizadores
astables.
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activación al relé que fuese capaz de
reconocer cuando nuestro circuito
pasaba a uno, en este caso utilizamos
0.2μA.
Paso 12:
Se realizaron las pruebas del diseño,
verificando la usabilidad del mismo.
Figura 17. Señal del circuito en el
osciloscopio.
En la figura insertada se puede visualizar
la forma de onda cuando se oprime el
interruptor de encendido, posteriormente
en los flancos de bajada se localiza el
momento exacto en el cual se pulsó el
botón off. Se evidencia el funcionamiento
del circuito, es importante destacar que la
onda amarilla representa la salida lógica,
y la azul el comportamiento de la fuente
de corriente cuando prende y apaga la
bombilla.
5. CONCLUSIONES
❖ De este laboratorio podemos concluir
que luego de analizar y comprender el
funcionamiento del temporizador 555
se puede decir que es un
temporizador de muy buen
funcionamiento y además debido a su
facilidad de uso, precio bajo y la
estabilidad lo convierte en un
temporizador muy utilizado
actualmente
❖ Además, podemos concluir que al
momento de realizar las
configuraciones de nuestro
temporizador 555 es de vital
importancia verificar y comprobar que
los capacitores que estemos usando
sean los adecuados y permitan que el
circuito funciones de manera correcta
ya que si el capacitor no tiene la
suficiente capacidad para almacenar
el disparo puede generar errores o
perdida de pulsos al momento de
verificar su funcionamiento en el
osciloscopio.
❖ Así mismo se puede decir que los
temporizadores 555 al tener dos
configuraciones nos permite tener un
amplio listado de aplicaciones en la
cuales este temporizador funcionaria
de manera óptima y nos permitiría
realizar muchos proyectos de una
manera más sencilla y además al
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tener bajo costo nos permite reducir el
presupuesto planteado.
❖ Se evidencia el funcionamiento de
cada circuito lógico, evidenciando
que a través de compuertas formadas
por transistores se pueden diseñar
temporizadores capaces de trasmitir
información en tiempo real y en forma
de pulsos.
❖ Se evidencia el uso de
temporizadores monoestables,
astables y se implementa uno no
antes visto, como lo es el biestable,
capaz de controlar la onda con dos
pulsadores, indicando el momento de
encendido y apagado de un bombillo
led.
6. ANEXOS
https://1drv.ms/u/s!AjQHeXImA7ABkS
VcfoZVIsIJyiC?e=d9xHnw
7. REFERENCIAS
[1] T. Ndjountche, Digital Electronics 2,
London: ISTE International , 2020.
[2] M. M. Mano, Digital Design, Los
Angeles: Pearson Education Inc,
2002, p. 536.
[3] M. M. Mano, Computer System
Architecture, Los Ángeles: Prentice
Hall Inc, 1993.
[4] R. F. Coughlin y F. F. Driscoll,
Operational Amplifiers & Linear
Integrated Circuits, Prentice Hall Inc,
[5] D. R. Choudhury y S. B. Jain, Linear
Integrated Circuits, New Delhi: New
Age International Ltd., 2003.
[6] T. L. Floyd, Fundamentos de
Sistemas Digitales, Madrid: Pearson
Educación S.A., 2006.
