Guía 6

Electrónica II. Guía 6
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Facultad: Ingeniería.
Escuela: Electrónica.
Asignatura: Electrónica II.
Lugar de ejecución: Fundamentos Generales
(Edificio 3, 2da planta, Aula 3.21).
TEMPORIZADOR - 555.
Objetivos generales


Implementar tres circuitos basados en el LM555, un oscilador astable (inestable), un
temporizador monoestable y un oscilador con ciclo de trabajo variable.
Verificar el correcto funcionamiento de los circuitos que se han implementado utilizando
métodos experimentales.
Objetivos específicos


Implementar un circuito oscilador astable.
Implementar un circuito monoestable.
Materiales y equipo






1 Multímetro.
1 Placa EB-134
1 Unidad PU-2000 con unidad PU2200.
1 Osciloscopio de doble trazo.
7 Cables de conexión de 2mm.
1 Capacitor de 100F.






1 Resistencia de 220Ω.
1 Diodo led.
1 Resistencia de 1kΩ
1 Transistor 2N2222A
3 Diodos 1N4004.
1 Potenciómetro de 10KΩ.
Introducción teórica
Configuración Monoestable
El temporizador a circuito integrado 555 es uno de los más utilizados. Puede usarse para generar
impulsos aislados con duración exactamente definida como respuesta a un impulso de corta
duración, aplicado a su entrada, Este modo de funcionamiento es el “monoestable”. La
temporización de salida del 555 depende de los valores de R1 y C1 (Figura 1).
La fórmula para calcular el ancho del impulso es la siguiente: 𝐓 = 𝟏. 𝟏 ∙ 𝐑 𝟏 ∙ 𝐂𝟏
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Figura 1. Circuito Monoestable
El impulso aparece cuando la entrada de disparo (TRIGGER) cae por debajo de 1/3 de la tensión de
alimentación. La entrada o impulso de disparo tiene que ser más corta que el ancho del impulso de
salida T. A veces conviene proporcionar el impulso de disparo por medio de un diferenciador
formado por un condensador y una resistencia. El impulso de salida procedente de este circuito es
aproximadamente igual a la constante de tiempo RC en lo que a anchura se refiere (figura 2).
Un multivibrador monoestable tiene un estado
estable. El estado opuesto es inestable.
Normalmente la salida del circuito permanecerá en
el estado estable. Cuando se detecta un pulso de
disparo externo en la entrada del circuito, la salida
pasa al estado inestable por un específico y
determinado periodo de tiempo. Después de este
tiempo, la salida del circuito vuelve a su normal
estado estable. Hay un pulso de salida por cada
pulso de entrada (disparo). Por esta razón este tipo
de circuito se llama comúnmente temporizador
one-shot.
Figura 2: Señal de salida del circuito
monoestable.
El pulso de salida tiene una duración fija y depende de valores específicos de resistencia y
capacitancia dentro del circuito multivibrador monoestable. La longitud del pulso de entrada
(disparo) no tiene efecto sobre la longitud del pulso de salida, dura un período de tiempo específico
y repetible. A los multivibradores monoestables también se les llama temporizadores.
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Configuración astable
Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o
rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es
el que se muestra en la figura 3.
Figura 3: Configuración astable.
La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo TH y en un nivel bajo un tiempo TL. Los
tiempos de duración en segundos dependen de los valores de Ra, Rb y C.
𝑻𝑯 = 𝒕𝟏 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒂 + 𝑹𝒃 ∙ 𝑪
𝑻𝑳 = 𝒕𝟐 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒃 ∙ 𝑪
La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:
𝟏
𝟏
𝟏
𝒇= =
=
𝑻 𝑻𝑯 + 𝑻𝑳 𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒂 + 𝑹𝒃 ∙ 𝑪 + 𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒃 ∙ 𝑪
𝒇=
𝟏
𝟏. 𝟒𝟒
=
𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒂 + 𝟐𝑹𝒃 ∙ 𝑪
𝑹𝒂 + 𝟐𝑹𝒃 ∙ 𝑪
El 555 tiene dos entradas de control adicionales. Una entrada de reposición (RESET) que para
inmediatamente la salida y la pone a nivel bajo, y una entrada de tensión de control (Cv) que puede
utilizarse para variar la anchura del impulso de salida variando la tensión continua a ella aplicada, y
que varía la frecuencia de oscilación.
𝑻𝑯
𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒂 + 𝑹𝒃 ∙ 𝑪
𝑫𝑪 =
=
𝑻𝑯 + 𝑻𝑳 𝟎. 𝟔𝟗𝟑 ∙ 𝑹𝒂 + 𝟐𝑹𝒃 ∙ 𝑪
𝑫𝑪 =
𝑹𝒂 + 𝑹𝒃
𝑹𝒂 + 𝟐𝑹𝒃
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Procedimiento
PARTE I: CIRCUITO MONOESTABLE (TEMPORIZADOR).
1. Colocar la Tarjeta EB-134 en las guías del Tablero para introducirla en el PU-2000.
2. Localizar el temporizador 555 en la tarjeta EB-134, y conecte el circuito monoestable de la
figura 1. El conmutador “E” se utiliza para proporcionar la entrada de disparo. R1 (100 Kohms)
y C1 (4,7 uF) son quienes determinan el valor del tiempo en alto del temporizador a su salida.
3. Poner el conmutador “E” en la posición 1.
4. Pasar “E” a la posición 0 mientras se observa la salida del 555 en el osciloscopio. Repetir las
operaciones de los pasos 3 y 4 cuantas veces sea necesario, para poder obtener una medida de la
duración y tensión del impulso de salida. Dibujar el oscilograma de salida del circuito
monoestable en la figura 4 en base a la figura 2.
Figura 4: Oscilograma monoestable.
5. Conecte el circuito de la figura 5a a la salida del 555 y el de la 5b en lugar del capacitor C1 de la
figura 1. Estas conexiones se realizarán en breadboard.
(a)
(b)
Figura 5: Conexiones adicionales a la tarjeta.
6. Conmute el interruptor “E” para activar la temporización del circuito de la figura 1.
7. Utilice el cronometro de su teléfono celular para cuantificar el tiempo en el cual el led de la
figura 5 permanece encendido. Compruebe el funcionamiento del circuito, calculando
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teóricamente el tiempo que permanecerá en alto la salida.
T (medido)
T (calculado)
Tabla 1: Cálculos del circuito monoestable.
8. Desconecte el circuito de la figura 5, mantenga las demás conexiones.
9. Ajuste el generador de señales para obtener una señal de onda cuadrada de 1 Hz. Utilizar la
salida TTL (lógica transistor transistor) del generador de señales. Si el generador no tiene
salida TTL, ajustarlo para obtener una salida en onda cuadrada de 2.5Vp con voltaje offset de
+2.5V.
10. Retirar la conexión del conmutador “E” de C3, y conectar el generador de señales a C3. El
generador suministrará una señal repetitiva de disparo al circuito monoestable construido con el
555.
11. Medir el oscilograma de salida del 555 con el osciloscopio para cada una de las cuatro
combinaciones de resistencia y capacidad (R1 = 100 kΩ y R2 = 4.7 kΩ para R, y C1 = 0.01 µF
y C2 = 4.7 µF para C). Si es necesario, variar la frecuencia del generador de señales hasta
conseguir un oscilograma de pulso estable. Anotar los resultados de la medida en la tabla 2.
Calcular la anchura del impulso teórica para una de las combinaciones de R y C.
12. Observar el efecto del oscilograma de salida cuando se conecta a tierra la entrada de reposición
(RESET).
R C T (medido) T (ancho del pulso calculado)
R1 C1
R2 C1
R1 C2
R2 C2
Tabla 2: Cálculos del circuito monoestable.
PARTE II: CIRCUITO ASTABLE (OSCILADOR).
13. Conecte el circuito astable de la figura 3. Utilizar Rl o R2 para Ra, R3 o R4 para Rb, C1 o C2
para C.
14. Conectar el canal 1 del osciloscopio a la salida del 555 y ajustar el osciloscopio para obtener de
uno a dos ciclos del oscilograma de salida en la pantalla. Conectar el canal 2 del osciloscopio,
primero a la entrada de descarga, y después a la de disparo y a la de umbral (THRESHOLD), las
cuales se encuentran cortocircuitadas entre sí.
15. Dibujar los tres oscilogramas, asegurándose de mostrar la correcta relación de tiempos entre las
señales visualizadas.
16. Complete los valores de los tiempos medidos y calculados, en la tabla 3.
17. Observar el efecto sobre el oscilograma de la salida cuando se pone a tierra la entrada de
reposición (RESET).
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(Canal 1) VOLT/DIV =
(Canal 2) VOLT/DIV =
TIME/DIV
=
(Canal 1) VOLT/DIV =
(Canal 2) VOLT/DIV =
TIME/DIV
=
Ra (kΩ) Rb (kΩ) C (µF) T (medido) T (ancho del pulso calculado)
100
33
4.7
4.7
33
4.7
100
2.2
4.7
4.7
2.2
4.7
100
33
0.01
4.7
33
0.01
100
2.2
0.01
4.7
2.2
0.01
Tabla 3: Cálculos del circuito astable.
18. Calcule el tiempo en alto y bajo para cada una de las combinaciones de la Tabla 3.
PARTE III: OSCILADOR CONTROLADO POR VOLTAJE (VCO).
19. Conectar el circuito astable, utilizando los valores de R2 = 4,7 K, R4 = 2,2 K, y C2 = 0,01 uF
para Ra, Rb y C.
20. Ajustar PS-1 a su valor más bajo, y conectarlo a la entrada Vc del 555. Conectar el voltímetro
para medir la tensión de PS-1.
21. Conecte el frecuencímetro del PU a su entrada de medición de señales externas, a la salida del
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circuito astable en vez del osciloscopio. También puede utilizar el osciloscopio para medir el
periodo de la salida y calcular su frecuencia.
22. Aumentar la salida de PS-1 en escalones de 0.5V hasta alcanzar 5V, medir la tensión y
frecuencia de salida para cada tensión de entrada. Anotar los resultados en la tabla 4.
PS-1 (v)
Período
Frecuencia
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Tabla 4: Cálculos del circuito oscilador.
23. Conectar el circuito astable, utilizando los valores de R2 = 4,7 K, R4 = 2,2 K, y C2 = 100 uF
para Ra, Rb y C.
24. Arme en la breadboard el circuito de la figura 6 y conéctelo a la salida del 555. Tenga cuidado
de conectar el voltaje de alimentación acorde al motor proporcionado, note que el voltaje de
alimentación del motor es de 5V para el circuito de la figura 6.
V1
5V
+V
M1
Out
1k
R
D1
1N4148
Q1
2N2222A
Figura 6: Conexiones adicionales a la tarjeta
25. Cuál es el efecto de variar el potencial de PS-1 con respecto a la velocidad del
motor?_______________________________________________________________________
26. Desconecte el circuito de la figura 6 de la salida del 555 y conectar nuevamente el osciloscopio,
no desarme aún el circuito de la figura 6.
27. Conectar el circuito astable, utilizando los valores de R1 = 100K, R3 = 33 K, y C2 = 0,01 uF
para Ra, Rb y C.
28. Ajuste el generador de funciones a 150Hz.
29. Conecte la salida TTL del PU a la entrada de RESET del 555 y el canal 1 del osciloscopio.
30. Mida la señal de salida del 555 con el canal 2 del osciloscopio.
31. Repita los pasos 19 al 22 pero con lo valores de R1 = 100K, R4 = 2.2 K, y C2 = 0,01 uF para
Ra, Rb y C.
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(Canal 1) VOLT/DIV =
(Canal 2) VOLT/DIV =
TIME/DIV
=
(Canal 1) VOLT/DIV =
(Canal 2) VOLT/DIV =
TIME/DIV
=
PARTE IV. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO (PWM) - 555.
32. Arme el circuito de la figura 7, conecte su salida al circuito de la figura 6 y al osciloscopio.
Figura 7: Circuito para variación del ancho de pulso.
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33. El circuito de la figura 7 permite mantener la misma frecuencia pero varía el ciclo de trabajo de
la salida por medio de la variación de las resistencias de carga y descarga del condensador C1.
Cuál es el efecto de variar el potenciómetro con respecto a la velocidad del
motor?_______________________________________________________________________
34. Apague la fuente de alimentación y desconecte el circuito.
Análisis de Resultados
1. Presente los cálculos de los puntos 11, 13 y 18 de esta guía.
2. Presente los cálculos de Ic, Ib y Vc para el circuito de la figura 6.
3. Determine los cálculos de F y DC para el circuito de la figura 7, considerando el potenciómetro
en 40% y 60% de ajuste.
4. Dibuje la gráfica que muestre la variación de la frecuencia en función de la tensión PS-1 con los
datos de la tabla 4.
Figura 8: Gráfico de frecuencia versus voltaje.
5. Explique el comportamiento de los oscilogramas obtenidos en las entradas de descarga y
disparo-umbral del circuito astable. Defina su respuesta apoyándose en las gráficas y el
diagrama interno del 555. Como sugerencia tenga a la mano las gráficas de carga y descarga de
un condensador en DC.
6. Describir la acción de la entrada de reposición (RESET).
7. ¿Qué efecto produce la variación de la tensión de entrada en Vc? ¿Es lineal la variación de
frecuencia? ¿Para qué puede utilizarse este efecto?
8. Explique el resultado obtenido de conectar el generador TTL a la entrada de reposición del 555
en el paso 29 de la guía.
9. Para la semana siguiente a la realización de la práctica, implementar en breadboard, un circuito
que sea capaz de generar una señal TTL con una amplitud de 5 V con un frecuencia de 3khz, la
cual será controlada por medio de un circuito de disparo temporizado, el cual al ser activado
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provocara que se genere a la salida una forma de onda con las características antes
mencionadas, pero al cabo de 15 segundos esta señal se apagara esperando ser activada
nuevamente por un botón de inicio. (Nota: Utilizar el IC555, Como base de su diseño).
10. Simule los circuitos de las figuras 9, 10 y 11, compare su funcionamiento con los circuitos
realizados en la práctica de laboratorio, para ello deberá presentar capturas de los circuitos y
osciloscopios con valores de ajuste de Volt/Div y Time/Div adecuados para visualizar las
señales de interés.
11. Coloque un multímetro (Vdc) en paralelo al motor y otro a la salida del operacional U1:C para
medir el voltaje promedio entregado a la carga.
Figura 9: Oscilador de relajación con Disparador Schmitt controlado por tensión.
Figura 10: Circuito modulador del ancho del pulso.
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Figura 11: Una aplicación del uso de señales de PWM.
Bibliografía
 Coughlin R. Driscoll F. “Amplificadores operacionales
integrados lineales” PRENTICE HALL, 2003 Edición: 3a

y
circuitos
Franco S. “Diseño con amplificadores operacionales y cirecuitos integrados
analógicos” McGraw Hill Edición: 3ª.
 http://picmania.garcia-cuervo.net/electronica_basica_555.php
 http://www.pesadillo.com/pesadillo/?p=5879
 http://download14.myslide.es/uploads/check_up14/332015/55721376497959
fc0b925990.pdf