El Circuito Integrado NE555

En julio de 1972, un grupo de desarrollo dirigido por Gene Hanateck inventó un microcircuito temporizador conocido como NE555V. Gene Hanateck era en aquel entonces Jefe de Producción en la fábrica de circuitos integrados de Signetics Corp. Existen algunos circuitos integrados que a pesar de permanecer durante años en el mercado, siguen siendo utiles. El temporizador NE555 es el mejor ejemplo de ello.

El temporizador 555 fue introducido en el mercado en el año 1972 por esta misma fábrica con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (El Circuito Integrado Máquina del Tiempo). Este circuito tiene muy diversas aplicaciones, y en esos momentos era el único integrado disponible de su tipo.

Este muy económico circuito integrado temporizador de 8 pines probablemente sea uno de los circuitos integrados mas versátiles de todos los tiempos, y se puede utilizar muchísimos proyectos. Es muy simple de utilizar, y requiere solo unos pocos componentes adicionales para realizar útiles tareas, no solo relacionadas con la temporización tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc.

Según el fabricante recibe una designación distinta. Algunas de las más comunes son TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque generalmente los hobbystas lo llaman simplemente "el 555".  A pesar de ser sumamente económico, se consiguen unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de alimentación y de temperatura. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC.

Diagrama interno del NE555

Existe también una versión de 14 pines, llamada NE556 que contiene dos NE555 en su interior, compartiendo sus dos pines de alimentación. Dado que hay muchas aplicaciones en las que son necesarios más de un temporizador, es importante tener presente esta versión doble del NE555.

Pinout del NE555 y el NE556

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 2 voltios. Si la tensión de alimentación se fija en 5.0 voltios, sus señales de salida son compatibles con la lógica de familia TTL.

En aquellos caso que el consumo de nuestro proyecto es un factor muy

importante, podemos echar mano del ICM7555, que es un integrado 100% compatible con el NE555, incluso la disposición de sus pines es exactamente la misma, pero al estar construido con tecnología CMOS su consumo es de solamente 20 miliamperes.

Frecuentemente, al cambiar el estado de sus salidas, tanto el NE555 como el NE556 producen un significativo consumo sobre la fuente de alimentación, que si bien generalmente no acarrea ningún inconveniente, suele provocar algunos dolores de cabeza en circuitos más complejos. En estos casos, basta con agregar en nuestro diseño un capacitor cerámico de unos 100 µF entre los pines de alimentación del circuito integrado, lo más cerca posible del mismo.

Hecha esta breve introducción, pasemos a ver su interior, y como podemos usar este potente temporizador en nuestros proyectos.

Oscilador astableUno de los usos más frecuentes del NE555 es como oscilador astable. En esta configuración, 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 periodos alto y bajo de la señal de salida pueden ser diferentes. El nombre de “astable” proviene de la característica de esta configuración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados lógicos, si no que fluctúa entre ambos en un tiempo que llamaremos T.

El periodo de tiempo T de la señal de salida es igual al la suma de los tiempos en estado alto Tm (por “Mark time” en ingles) y bajo Ts (por “Space time). En general, en lugar de utilizar el tiempo T como parámetro, utilizaremos la frecuencia F de la señal de salida, igual a 1/T .

Configuración como astable

Valores típicos de R1, R2 y C1

En la figura anterior podemos ver el esquema de conexión del NE555 para ser utilizado como oscilador astable. Solamente tres componentes adicionales bastan para determinar el periodo T de la señal de salida, y la relación de tiempos Tm y Ts. Un cuarto componente, el capacitor de 0.01 µF solamente se utiliza para evitar el ruido en el terminal de control.

Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de la señal, 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 valores de 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 que es muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de corriente continua, el brillo de una lámpara, etc. se calculan mediante las tres formulas siguientes:

T = Tm + TsTm = 0.7 × (R1 + R2) × C1Ts = 0.7 × R2 × C1

Como se deduce de ellas, en los casos que Tm y Ts necesiten ser iguales (duty cycle del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1.

Al momento de diseñar nuestro propio oscilador astable utilizando NE555 debemos elegir primero el valor de C1, que es el que determinara el rango de frecuencias a utilizar (ver la figura 2), luego el valor de R2, considerando que

R2 = 0.7 / F x C1

Y por ultimo R1, generalmente de un 10% del valor de R2, salvo que necesitemos tiempos Tm y Ts muy diferentes entre si.

En aquellos casos que queramos hacer la frecuencia de salida variable, la mejor opción es reemplazar a R2 por un potenciómetro del valor adecuado y una resistencia de al menos 1000 ohms en serie con el (para evitar que en un extremo del potenciómetro el valor de R2 sea cero).

Duty CycleComo veíamos antes, el NE555 utilizado como oscilador astable permite el control de dispositivos como motores o lámparas mediante una técnica conocida como PWM (Pulse Wide Modulation) o Modulación por Ancho de Pulso. Dado que es tan utilizada, merece que veamos algunas características mas asociadas a ella. La señal presente en el pin 3 se repite continuamente, a menos que se fuerce la salida a 0 V mediante el terminal RESET (conectándolo a una tensión menor a 0.7V).

Una baja frecuencia de oscilación puede ser utilizada para hacer destellar un LED, y una frecuencia un poco mas alta (mayor a 20 Hz. aunque menor a los 20KHz.) se puede emplear para hacer sonar un parlante o buzzer conectado al pin 3 y de esta manera construir una alarma audible fácilmente.

Volviendo al control PWM, la relación entre Tm y Ts generalmente se expresa como un porcentaje. Si este porcentaje debe ser es igual o mayor al 50%, utilizamos el circuito que vimos antes, como vimos antes, y las formulas nos permiten calcular exactamente su porcentaje.

En el caso de que la relación deba ser menor al 50%, se debe agregar un diodo tipo 1N4148 en paralelo con R2, como se ve en la figura de mas abajo, para permitir la circulación de corriente durante el periodo Tm. En este caso, el valor de Tm y Ts dependen únicamente de R1 y C1 como

se ve a continuación:

Tm = 0.7 × R1 × C1Ts = 0.7 × R2 × C1Duty Cycle (con diodo) = Tm / (Tm + Ts) o R1 / (R1 + R2)

MonoestableUn circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un solo estado: el nivel bajo.

El NE555 como monoestable

En efecto, si conectamos el NE555 de manera que se comporte como un monoestable, su salida permanecerá en estado bajo, salvo en el momento en que reciba una señal en su pin TRIGGER, en cuyo caso la salida pasara a nivel alto durante un tiempo T, determinado por los valores de R1 y C1, de acuerdo a la fórmula siguiente, donde el periodo T se expresa en segundos, R1 en ohms y la capacidad de C1 en faradios.

Calculo de T

Al presionar el pulsador identificado como “trigger”, la salida del Ne555 pasara a estado alto hasta que transcurra el tiempo fijado por el valor de

R1 y C1 o hasta que se presione el pulsador “reset” (lo que ocurra primero). En general, no se desea interrumpir el periodo en que el integrado tiene su salida en nivel alto, por lo que el pulsador conectado al RESET puede no ser necesario.

Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los 10 minutos) se deben utilizar capacitares electrolíticos, y estos presentan fugas que afectan su confiabilidad, es que tenemos que recordar en el momento de hacer nuestros diseños que pueden ser posibles errores de hasta un 20% en los tiempos determinados por R1 y C1.

Es importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que no transcurra el tiempo T (o se resetee el temporizador) cualquier actividad en el TRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado alto de la salida será ignorado.

En algunos casos puede ser deseable que el circuito efectúe un reset automáticamente al ser conectado a la alimentación, o bien que se auto dispare al encender el dispositivo. En estos casos, se puede utilizar un circuito como el que vemos en la siguiente, y que conectaremos al pin RESET o TRIGGER según corresponda.

BiestableOtra configuración habitual para el NE555 es la de biestable. En ella, ambos estados, alto y bajo, son estables, y la salida permanece en ellos hasta que se modifican mediante los pines TRIGGER o RESET. En este

caso, al no haber tiempos implicados en ninguno de los dos estados, no hay formulas para aplicar.

El NE555 como biestable

Simplemente, al aplicar 0V al pin TRIGGER, la salida pasara a estado alto, y permanecerá en el hasta que se desconecte la alimentación o se ponga a 0V el terminal RESET, en cuyo caso la salida se mantendrá en estado bajo hasta una nueva conexión del TRIGGER a 0V. El esquema de esta configuración se puede ver en la figura de la izquierda.

Circuitos prácticos con NE555

A continuación presentamos una serie de circuitos que seguramente servirán como base para tus proyectos.

Destellador con LEDEste circuito utiliza un NE555 para hacer destellar dos LEDs. Cuando el LED D1 está encendido, el LED D2 está apagado y viceversa.

La frecuencia de los destellos puede modificarse mediante VR1, y en caso de alimentar el circuito con una tension diferente habrá que calcular nuevamente el valor de los resistores limitadores R2 y R3.

Temporizador de luz para pasilloEste circuito puede temporizar el apagado de una luz con un tiempo que oscila entre uno y seis minutos aproximadamente. Mediante el pulsador SW1 se inicia el periodo activo, y cuando finaliza se apaga automáticamente. Este sistema podría resultar muy útil para ahorrar energía en un pasillo de nuestra casa, por ejemplo. El circuito es el siguiente:

La salida del NE555 controla un relé a travez de un transistor. En los contactos del rele debe conectarse la lampara a encender y apagar, en serie con la tensión de red. Con el potenciómetro VR1 se varía el tiempo que la luz estará encendida, y si quieres tiempos mas largos puedes aumentar su valor.

Interruptor tactilEste circuitopermite encender un led simplemente tocando un contacto metálico. El transistor Q1 dispara el NE555. En caso de querer controlar una carga conectada a 220 puede usarse una salida a transistor/rele como la del esquema anterior.

Metronomo

El metrónomo es un aparato utilizado en música para medir el tempo (la velocidad de la música). Fue patentado en 1814 por Johann N. Mäzel (1770-1838),  ysu version "mecánica" consta de una caja y un péndulo con un contrapeso móvil. En la parte superior de la caja hay una escala que indica el número de pulsaciones por minuto. A medida que el contrapeso va hacia abajo, el tempo se vuelve más rápido. También hay metrónomos electrónicos, que generan los sonidos a partir de un circuito similar al siguiente:

El parlante es uno pequeño de 8 ohms. El potenciometro VR1 sirve para ajustar la velocidad de los "taps" que emite el parlante.

Interruptor crepuscular

Oscilador de audiofrecuencia

Sirena de dos tonos

Los valores de R1, R2 y C1 son los responsables de determinar el timming de la señal,

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 valores de 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 que es

muy utilizada a la hora de controlar la velocidad de motores de corriente continua, el

brillo de una lámpara, etc. se calculan mediante las tres formulas siguientes:

T = Tm + Ts

Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1

Ts = 0.7 × R2 × C1

Como se deduce de ellas, en los casos que Tm y Ts necesiten ser iguales (duty cycle

del 50%) R2 deberá ser mucho mayor que R1.

Al momento de diseñar nuestro propio oscilador astable utilizando NE555 debemos

elegir primero el valor de C1, que es el que determinara el rango de frecuencias a

utilizar (ver la figura 2), luego el valor de R2, considerando que

R2 = 0.7 / F x C1

Y por ultimo R1, generalmente de un 10% del valor de R2, salvo que necesitemos

tiempos Tm y Ts muy diferentes entre si.

En aquellos casos que queramos hacer la frecuencia de salida variable, la mejor opción

es reemplazar a R2 por un potenciómetro del valor adecuado y una resistencia de al

menos 1000 ohms en serie con el (para evitar que en un extremo del potenciómetro el

valor de R2 sea cero).