NE555

Sin lugar a dudas el NE555 es uno de los integrados mas conocidos por cualquier hobbista de la electrónica y/o robótica que se aprecie, pero para muchos puede resultar un poco complicado comprender que es lo que realmente hace. En este artículo intentaré explicar, de una manera sencilla, no tanto funcionamiento sino la utilidad, que es lo que realmente a la mayoría de los lectores les importa.

El paso obligado a la hora en empezar a comprender el funcionamiento de cualquier integrado creo que es revisar su datasheet y por eso aquí se los dejo para que lo puedan revisar, aunque como este artículo está basado en la información que ahí figura puede salteárselo el que no entienda mucho de inglés o no sepa todavía leerlos bien. Bueno, para el que no se lo leyó (y para el que se lo leyó también) en la Figura 1 se observa el patillaje o pinout del integrado en cuestión.

Figura 1. Pinout del IC NE555.

Este integrado normalmente se define como un timer, que vendría a ser algo así como un contador, pero también se lo podría definir como un oscilador. Se sabe que un oscilador es un componente capaz de marcar el tiempo, y la forma que tiene nuestro integrado de marcarlo es por medio del paso de alto a bajo del pin salida (Output) a una determinada frecuencia.

La velocidad a la que trabaje nuestro integrado dependerá de la conexión que se le haga a los componentes externos, mas concretamente a las resistencias y capacitores que se elijan. En los ejemplos que daré a continuación se explica las dos configuraciones posibles, monoestable, que es cuando el IC trabaja como un delay, y astable, que es cuando trabaja en modo oscilador o multivibrador. Las dos modalidades se basan en un principio muy fácil de entender, la frecuencia con que oscila el integrado dependerá exclusivamente de la velocidad con que se cargue y descargue el capacitor que se le conecte. Cuando el capacitor se cargue, la salida estará en nivel alto y cuando se descargue en bajo. Pero la principal diferencia entre uno y otro es la utilización del trigger.
El primer circuito que les presento (Figura 2) es para configurar el integrado como monoestable, que significa que solo en un estado, el tiempo es estable, donde se ve que el pin 2 (Trigger) queda libre para conectarlo a una señal de control, cuando dicha señal se activa, la salida (pin 3) se mantiene un tiempo determinado en estado alto para pasar luego a estado bajo hasta un nuevo disparo del pin 2.

Figura 2. Configuración monoestable.
 
El pin 4 (Activación o Reset) se puede conectar directamente a un microcontrolador para activar/desactivar la salida de la señal, esto no es tan necesario en este modo ya que el circuito queda a la espera de una pulso bajo en el pin 2 para activar la salida, pero en el modo astable el uso de activación es fundamental para activarlo cuando se desee ya que de lo contrario en la salida estaría permanentemente la señal presente, pero eso lo veremos mas adelante. Ahora bien ya sabemos como es la conexión en teoría, del integrado, pero falta algo fundamental a la hora de armar el circuito, los valores de cada componente, estos varían dependiendo de la frecuencia que queremos obtener como se habló anteriormente. Para saber que valores usaremos, primero debemos comprender el funcionamiento del circuito monoestable.

En la Figura 3 se ve una gráfica de los valores de la salida dependiendo el estado del trigger a cada momento:

Salida respecto a Trigger Figura 3. Comportamiento del pin 3 (Output) respecto al pin 2 (Trigger) en configuración monostable.
 
Como se observa a simple vista la salida pasa a estado alto durante un cierto tiempo cada vez que se pasa de alto a bajo el pin 2. Mientras el integrado no perciba ese cambio de estado, la salida permanece a estado bajo. El tiempo que la salida permanecerá en estado alto viene determinado por la fórmula tH = 1.1 R1 C1. 

Este circuito es aplicable, por ejemplo, si queremos hacer un circuito capaz de funcionar un determinado tiempo luego de activar un pulsador. Pero como ya se dijo hay otro modo de usar el integrado y es el astable. La configuración astable se utiliza mucho en robótica ya que es totalmente válida para modular la frecuencia con que parpadea un LED infrarrojo o un altavoz, por ejemplo. Se sabe que fuentes de luz como el sol o un foco incandescente producen luz infrarroja y esta puede causar errores de lectura con fototransistores, para evitar esto, la luz del emisor es modulada y por medio de un decodificador en la recepción, la frecuencia es interpretada para obtener una detección segura.

Pero esta modulación significa alternar estados altos y bajos a un ritmo muy alto, y como se ve en el modo monoestable, solo podremos asegurar el tiempo del estado en alto, para poder crear una onda que alterne entre un estado y otro, necesitaremos configurar el NE555 en modo astable. Y para ello deberemos conectarlo como se ve en la Figura 4; Para saber a que frecuencia oscila, deberemos aplicar las fórmulas de la Tabla 1.

Figura 4. Conexión del IC NE555 en modo astable.

C1 Salida (Pin 3) Fórmula
Carga Alto t1 = 0,693 (R1 + R2) C1
Descarga Bajo t2 = 0,693 R2 C1
Tabla 1. Fórmulas para calcular los tiempos del IC NE555 en configuración astable.

El diagrama y las fórmulas nos sirven también para comprender un poco el funcionamiento del circuito. De todo esto se deduce que la corriente pasa por R1, luego por R2 cargando C1, si hojeamos el datasheet verificamos que cuando C1 se carga con 2/3 de Vcc se dispara el pin 7 (descarga - discharge) poniéndose a GND, lo que hace descargar el capacitor (de ahí su nombre) hasta 1/3 de Vcc que es cuando el pin 7 vuelve a ponerse en alta impedancia, abriendo el circuito, volviendo a cargar C1 e iniciando la secuencia nuevamente.

Ahora bien, con estos datos se ve que siempre la carga es mas lenta que la descarga, ya que la carga se hace por medio de R1 + R2 y la descarga solo con R2, lo que nos impide hacer que el circuito oscile con un duty cycle del 50%, es decir que tarde lo mismo estando a nivel bajo que en alto. Para lograrlo necesitaremos impedir que la corriente circule por R2 cuando C1 se esté cargando, ¿Cómo se hace eso? Fácil, con un diodo ubicado en paralelo a R2, nuestro archifamoso compañero, el 1N4007 (o similar) nos servirá de maravilla.

En la Figura 5 se observa como quedaría el circuito para logran un duty cycle del 50% (siempre y cuando R1 sea igual a R2).

Figura 5. Circuito para lograr que el IC NE555 oscile con un duty cycle del 50%.

Y en la tabla de fórmulas lo único que varía es que, para el cálculo de la carga, no interviene R2, por lo tanto quedaría de esta forma:

C1 Salida (Pin 3) Fórmula
Carga Alto t1 = 0,693 R1 C1
Descarga Bajo t2 = 0,693 R2 C1
Tabla 2. Fórmulas para calcular los tiempos del IC NE555 con un duty cycle del 50%.

Como se observa en el diagrama de la Figura 5, para realizar la carga, la corriente pasa por R1 y luego al tener menos resistencia por D1 "corta camino" (el camino de menor resistencia) y pasa directamente a C1. En la descarga D1 impide el paso de corriente en esa dirección lo que provoca que pase por medio de R2 por lo que si las dos resistencias son del mismo valor tardará lo mismo la descarga que la carga (en teoría, ya que la realidad nunca es igual a la teoría, pero para la práctica el error es mínimo).

Bueno, eso es todo por el momento, espero que les haya servido de ayuda y recuerden que esto es a modo de apunte, cualquier corrección o duda que tengan coméntenla y será contestada con la mayor brevedad posible. También invito al público a participar haciendo sus consultas, sugerencias y/o pedidos, por los medios pertinentes, toda colaboración será bienvenida, y no olviden que aquí todo el que quiera puede aprender y/o enseñar algo...

3 comentarios:

  1. Hola me llamo Moisés, soy estudiante de ingeniería electrónica.
    Me gustaría hacerte una pregunta:
    El dutycycle (con diodo) depende del valor de R1 y R2, yo quiero que dependa de la tensión de entrada de esta forma: 0 - 5 V con 0 - 100% de dutycycle. ¿Cómo sería la relación?
    Muchas gracias de antemano

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  2. Hola Moisés, no lo probe y no tengo los resultados, por ahora sólo te puedo comentar que para variar el duty cycle puedes enviar la tensión variable al pin 5 (CONTROL) del NE555.

    Gracias por preguntar y cualquier duda que tengas intentaremos solucionarla.

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  3. Muchas gracias por este artículo. He visto muchas explicaciones del NE555 (soy novato) pero la tuya la he comprendido mucho mejor.

    Gracias de nuevo.

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