Oscilador 555: Multivibrador Astable - Tutorial Electrónico

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Tutorial del oscilador 555: el multivibrador estable | Tutorial de electrónica básica
Tutorial de electrónica básica
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Muy fácil y entretenido. Electrónica desde cero para dar los primeros pasos
Tutorial del oscilador 555: el multivibrador estable
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Tutorial del oscilador 555
El 555 IC se puede usar para crear un oscilador astable de funcionamiento libre para
producir continuamente pulsos de onda cuadrada
El 555 Timer IC se puede conectar en su modo monoestable, produciendo así un
temporizador de precisión de una duración de tiempo fija, o en su modo biestable para
producir una acción de cambio de tipo flip-flop. Pero también podemos conectar el IC del
temporizador 555 en un modo Astable para producir un circuito oscilador 555 muy estable
para generar formas de onda de funcionamiento libre altamente precisas cuya frecuencia
de salida se puede ajustar mediante un circuito de tanque RC conectado externamente que
consta de solo dos resistencias y un condensador.
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El oscilador 555 es otro tipo de oscilador de relajación para generar formas de onda de
salida de onda cuadrada estabilizadas, ya sea de una frecuencia fija de hasta 500 kHz o de
ciclos de trabajo variables del 50 al 100%. En el tutorial anterior del 555 Timer vimos que el
circuito monoestable produce un pulso de una sola salida cuando se activa en su entrada
de activación del pin 2.
Mientras que el circuito monoestable 555 se detuvo después de un tiempo preestablecido
esperando que el siguiente impulso de disparo comience nuevamente, para que el
oscilador 555 funcione como un multivibrador astable, es necesario volver a disparar
continuamente el 555 IC después de cada sincronización ciclo.
Esta reactivación se logra básicamente conectando la entrada del disparador (pin 2) y la
entrada del umbral (pin 6) juntas, permitiendo así que el dispositivo actúe como un
oscilador astable. Entonces el oscilador 555 no tiene estados estables, ya que cambia
continuamente de un estado a otro. Además, la resistencia de temporización única del
circuito multivibrador monoestable anterior se ha dividido en dos resistencias separadas,
R1 y R2 con su unión conectada a la entrada de descarga (pin 7) como se muestra a
continuación.
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En el circuito del oscilador 555 anterior, el pin 2 y el pin 6 están conectados entre sí, lo
que permite que el circuito se vuelva a disparar en cada ciclo, lo que le permite funcionar
como un oscilador de funcionamiento libre. Durante cada condensador de ciclo, C se carga
a través de ambas resistencias de temporización, R1 y R2, pero se descarga solo a través
de la resistencia, R2 , ya que el otro lado de R2 está conectado al terminal de descarga ,
pin 7.
Luego, el capacitor carga hasta 2 / 3Vcc (el límite superior del comparador) que está
determinado por la combinación de 0.693 (R1 + R2) C y se descarga a 1 / 3Vcc (el límite
inferior del comparador) determinado por el 0.693 (R2 * C ) combinación. Esto da como
resultado una forma de onda de salida cuyo nivel de voltaje es aproximadamente igual a
Vcc - 1.5V y cuyos períodos de tiempo de “ENCENDIDO” y “APAGADO” de salida están
determinados por las combinaciones de condensadores y resistencias. Por lo tanto, los
tiempos individuales necesarios para completar un ciclo de carga y descarga de la salida
se dan como:
Tiempo de carga y descarga del oscilador
555 estable
Donde, R está en Ω y C en Farads.
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¿Qué bombilla brilla más
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Cuando se conecta como un multivibrador astable, la salida del oscilador 555 continuará
cargándose y descargándose indefinidamente entre 2 / 3Vcc y 1 / 3Vcc hasta que se retire
la fuente de alimentación. Al igual que con el multivibrador monoestable, estos tiempos de
carga y descarga y, por lo tanto, la frecuencia son independientes de la tensión de
alimentación.
La duración de un ciclo de tiempo completo es, por lo tanto, igual a la suma de las dos
veces individuales que el condensador carga y descarga sumadas y se da como:
555 Tiempo de ciclo del oscilador
La frecuencia de salida de las oscilaciones se puede encontrar invirtiendo la ecuación
anterior para el tiempo de ciclo total, dando una ecuación final para la frecuencia de salida
de un oscilador Astable 555 como:
555 Ecuación de frecuencia del oscilador
Al alterar la constante de tiempo de solo una de las combinaciones de RC , el ciclo de
trabajo mejor conocido como la relación "Marca-espacio" de la forma de onda de salida se
puede establecer con precisión y se da como la relación de la resistencia R2 a la
resistencia R1 . El ciclo de trabajo del oscilador 555, que es la relación entre el tiempo
"ENCENDIDO" dividido por el tiempo "APAGADO" viene dado por:
Clases de amplificador y la
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Leyes de algebra booleana
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un conjunto de leyes y reglas para
definir el funcionamiento de un circuito
lógico d...
Ciclo de trabajo del oscilador 555
El ciclo de trabajo no tiene unidades, ya que es una relación, pero se puede expresar como
un porcentaje (%). Si ambas resistencias de temporización, R1 y R2 tienen el mismo valor,
entonces el ciclo de trabajo de salida será 2: 1, es decir, 66% de tiempo de ENCENDIDO y
33% de tiempo de APAGADO con respecto al período.
555 Oscilador Ejemplo No1
Se construye un oscilador Astable 555 utilizando los siguientes componentes, R1 = 1kΩ
, R2 = 2kΩ y condensador C = 10uF . Calcule la frecuencia de salida del oscilador 555 y el
ciclo de trabajo de la forma de onda de salida.
t 1 - el tiempo de carga de condensador "ON" se calcula como:
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t 2 - el tiempo de descarga de condensador "APAGADO" se calcula como:
El tiempo periódico total (T), por lo tanto, se calcula como:
La frecuencia de salida, ƒ , se da como:
Dando un valor de ciclo de trabajo de:
Como condensador de temporización, C se carga a través de las resistencias R1 y R2,
pero solo se descarga a través de la resistencia R2, el ciclo de trabajo de salida se puede
variar entre 50 y 100% cambiando el valor de la resistencia R2 . Al disminuir el valor de R2,
el ciclo de trabajo aumenta hacia el 100% y al aumentar R2, el ciclo de trabajo se reduce
hacia el 50%. Si resistor, R2 es muy grande en relación a la resistencia R1 la frecuencia de
salida del circuito astable 555 será determinado por R2 x C solamente.
El problema con esta configuración básica del oscilador 555 astable es que el ciclo de
trabajo, la relación "marca al espacio" nunca será inferior al 50%, ya que la presencia de la
resistencia R2 evita esto. En otras palabras no podemos hacer que las salidas “ON” tiempo
más corto que el tiempo de “OFF”, como (R1 + R2) C siempre será mayor que el valor de
R1 x C . Una forma de superar este problema es conectar un diodo de derivación de señal
en paralelo con la resistencia R2 como se muestra a continuación.
Ciclo de trabajo del oscilador 555
mejorado
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Al conectar este diodo, D1 entre la entrada de disparo y la entrada de descarga , el
capacitor de temporización ahora se cargará directamente solo a través de la resistencia
R1 , ya que la resistencia R2 es efectivamente cortada por el diodo. El condensador se
descarga normalmente a través de la resistencia, R2 .
Se puede conectar un diodo adicional, D2 en serie con la resistencia de descarga, R2 si es
necesario para garantizar que el condensador de temporización solo se cargará a través
de D1 y no a través de la ruta paralela de R2 . Esto se debe a que durante el proceso de
carga, el diodo D2 está conectado en polarización inversa bloqueando el flujo de corriente
a través de sí mismo.
Ahora el tiempo de carga anterior de t 1 = 0.693 (R1 + R2) C se modifica para tener en
cuenta este nuevo circuito de carga y se da como: 0.693 (R1 x C) . Por lo tanto, el ciclo de
trabajo se da como D = R1 / (R1 + R2) . Luego, para generar un ciclo de trabajo de menos
del 50%, la resistencia R1 debe ser menor que la resistencia R2 .
Aunque el circuito anterior mejora el ciclo de trabajo de la forma de onda de salida al
cargar el condensador de sincronización, C1 a través de la combinación R1 + D1 y luego
descargarlo a través de la combinación D2 + R2 , el problema con esta disposición de
circuito es que el circuito oscilador 555 usa más componentes, es decir, dos diodos.
Podemos mejorar esta idea y producir una forma de onda de salida de onda cuadrada fija
con un ciclo de trabajo del 50% exacto muy fácilmente y sin la necesidad de ningún diodo
adicional simplemente moviendo la posición de la resistencia de carga, R2 a la salida (pin
3) como mostrado.
Oscilador estable de ciclo de trabajo del
50%
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El oscilador 555 ahora produce un ciclo de trabajo del 50% como el capacitor de
temporización, C1 ahora se está cargando y descargando a través de la misma resistencia,
R2 en lugar de descargarse a través del pin 7 de descarga del temporizador como antes.
Cuando la salida del oscilador 555 es ALTA, el capacitor se carga a través de R2 y cuando
la salida es BAJA, se descarga a través de R2 . La resistencia R1 se utiliza para garantizar
que el condensador se carga completamente al mismo valor que la tensión de
alimentación.
Sin embargo, a medida que el condensador se carga y descarga a través de la misma
resistencia, la ecuación anterior para la frecuencia de salida de las oscilaciones debe
modificarse un poco para reflejar este cambio de circuito. Luego, la nueva ecuación para el
oscilador 555 Astable 555 se da como:
Ecuación de frecuencia del ciclo de
trabajo del 50%
Tenga en cuenta que la resistencia R1 debe ser lo suficientemente alta como para
garantizar que no interfiera con la carga del condensador para producir el ciclo de trabajo
del 50% requerido. También cambiando el valor del condensador de temporización, C1
cambia la frecuencia de oscilación del circuito astable.
Aplicaciones del oscilador 555
Anteriormente dijimos que la salida máxima para hundir o generar la corriente de carga a
través del pin 3 es de aproximadamente 200 mA y este valor es más que suficiente para
conducir o cambiar otros circuitos integrados lógicos, algunos LED o una pequeña
lámpara, etc. y que necesitaríamos use un transistor bipolar o MOSFET para amplificar la
salida del 555 para manejar cargas de corriente más grandes, como motores o relés.
Pero el oscilador 555 también se puede utilizar en una
amplia gama de circuitos generadores de formas de onda y
aplicaciones que requieren muy poca corriente de salida,
como en equipos de prueba electrónicos para producir una
gama completa de diferentes frecuencias de prueba de
salida.
El 555 también se puede utilizar para producir formas de
onda sinusoidales, cuadradas y de pulso muy precisas o
como LED o luces intermitentes y atenuadores para
circuitos simples que producen ruido, como metrónomos, generadores de tonos y efectos
de sonido e incluso juguetes musicales para Navidad.
Podríamos construir fácilmente un simple circuito oscilador 555 para que parpadee algunos
LED "ENCENDIDO" y "APAGADO" similar al que se muestra, o para producir un ruido de
alta frecuencia desde un altavoz. Pero un proyecto científico muy agradable y simple de
construir que utiliza un oscilador 555 basado en astable es el de un metrónomo electrónico.
Los metrónomos son dispositivos utilizados para marcar el tiempo en piezas musicales al
producir un ritmo o clic musical regular y recurrente. Se puede hacer un metrónomo
electrónico simple usando un oscilador 555 como el dispositivo de sincronización principal
y ajustando la frecuencia de salida del oscilador se puede configurar el tempo o "Beats per
Minute".
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Entonces, por ejemplo, un tempo de 60 latidos por minuto significa que se producirá un
latido por segundo y en términos electrónicos que equivale a 1Hz. Entonces, usando
algunas definiciones musicales muy comunes, podemos construir fácilmente una tabla de
las diferentes frecuencias requeridas para nuestro circuito de metrónomo como se muestra
a continuación.
Tabla de frecuencia de metrónomo
El rango de frecuencia de salida del metrónomo simplemente se calculó como el recíproco
de 1 minuto o 60 segundos dividido por la cantidad de latidos por minuto requeridos, por
ejemplo ( 1 / (60 segundos / 90 bpm) = 1.5Hz ) y 120bpm es equivalente a 2Hz, y así
sucesivamente. Entonces, utilizando nuestra ecuación ahora familiar para calcular la
frecuencia de salida de un circuito oscilador 555 astable , se pueden encontrar los valores
individuales de R1 , R2 y C.
El período de tiempo de la forma de onda de salida para un oscilador 555 astable se da
como:
Para nuestro circuito de metrónomo electrónico, el valor de la resistencia de temporización
R1 se puede encontrar reorganizando la ecuación anterior para dar:
Suponiendo un valor para la resistencia R2 = 1kΩ y el condensador C = 10uF, el valor de la
resistencia de temporización R1 para nuestro rango de frecuencia se da como 142k3Ω a
60 latidos por minuto a 46k1Ω a 180 latidos por minuto, por lo que una resistencia variable
(potenciómetro) de 150kΩ sería más que suficiente para que el circuito de metrónomo
produzca la gama completa de ritmos necesarios y algo más. Entonces el circuito final para
nuestro ejemplo de metrónomo electrónico se daría como:
555 metrónomo electrónico
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Tutorial del oscilador 555: el multivibrador estable | Tutorial de electrónica básica
Este simple circuito de metrónomo demuestra solo una forma simple de usar un oscilador
555 para producir un sonido o nota audible. Utiliza un potenciómetro de 150kΩ para
controlar el rango completo de pulsos o latidos de salida, y como tiene un valor de 150kΩ,
puede calibrarse fácilmente para dar un valor de porcentaje equivalente correspondiente a
la posición del potenciómetro. Por ejemplo, 60 latidos por minuto equivalen a 142.3kΩ o
95% de rotación.
Del mismo modo, 120 latidos por minuto equivalen a 70.1kΩ o 47% de rotación, etc. Se
pueden conectar resistencias o trimmers adicionales en serie con el potenciómetro para
preestablecer los límites superior e inferior de las salidas a valores predefinidos, pero estos
componentes adicionales deberán ser tenido en cuenta al calcular la frecuencia de salida o
el período de tiempo.
Si bien el circuito anterior es un ejemplo muy simple y divertido de generación de sonido,
es posible utilizar el oscilador 555 como generador / sintetizador de ruido o hacer sonidos
musicales, tonos y alarmas mediante la construcción de una frecuencia variable, marca /
espacio variable relación generador de forma de onda.
En este tutorial, hemos utilizado un solo circuito oscilador 555 para producir un sonido,
pero al conectar en cascada dos o más chips osciladores 555, se pueden construir varios
circuitos para producir una gama completa de efectos musicales y de sonido. Uno de esos
circuitos de novedad es la sirena "Dee-Dah" del coche de policía que se da en el siguiente
ejemplo.
555 Oscillator Police Sirena "Dee-Dah"
El circuito simula una señal de alarma de tono chirriante que simula el sonido de una sirena
de policía. IC1 está conectado como un multivibrador astable no simétrico de 2Hz que se
utiliza para modular en frecuencia IC2 a través de la resistencia de 10kΩ . La salida de IC2
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Tutorial del oscilador 555: el multivibrador estable | Tutorial de electrónica básica
alterna simétricamente entre 300Hz y 660Hz, tomando 0.5 segundos para completar cada
ciclo alterno.
2 comentarios:
Unknown 7 de abril de 2021, 4:26
Excelente aportación estimado.
Responder
CS 11 de julio de 2021, 20:35
Bastante completo y detallado este tutorial sobre le oscilador construido con el integrado
555.Es uno de los mejores tutoriales sobre este tema en la internet.
Responder
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