Circuito integrado 555

El temporizador IC 555 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.

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.

Historia

En 1970, Hans R. Camenzind, un ingeniero nacido en Suiza, quién después de terminar su educación secundaria viajó a Estados Unidos para realizar los estudios de ingeniería, se tomó un mes de vacaciones de su empleo en Signetics (ahora Philips) para escribir un libro, pero en vez de volver al final de las vacaciones, le pidió a la compañía que lo contratase como consultor durante un año, para usar los principios del oscilador controlado por tensión o VCO en el desarrollo de un circuito integrado temporizador; esta idea no era del agrado del departamento de ingeniería de Signetics, pero afortunadamente a Art Fury, el responsable de Mercadotecnia de la empresa, la idea le entusiasmó y le dio el contrato a Camenzind, quien después de seis meses, completó el diseño final (los primeros diseños no hacían uso de redes RC para la temporización y por ello preveían un circuito integrado de 14 patillas que era mucho más complejo y caro)

El 555 fue pionero en muchos aspectos, no solo fue el primer circuito integrado temporizador, también fue el primero en venderse desde su salida al mercado a bajo precio (US $0,75), cosa nunca hecha hasta entonces por ningún productor de semiconductores. Cabe acotar que por las diferencias entre Camenzind y el departamento de ingeniería de Signetics, el proyecto durmió durante un año antes de ser finalmente producido en masa por Signetics.

El temporizador fue introducido en el mercado en el año 1972 por Signetics con el nombre SE555/NE555 y fue llamado «The IC Time Machine» (La Máquina del Tiempo en Circuito Integrado). Aunque en la actualidad se emplea más su versión en tecnología CMOS desarrollada por Dave Bingham en Intersil, el SE555 se sigue usando también la versión bipolar original, especialmente en aplicaciones que requieran grandes corrientes

Descripción de las conexiones

• GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra (masa).
• Disparo (normalmente la 2): Es donde se establece el inicio del tiempo de retardo si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando esta patilla tiene menos de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
• Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, estable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 V. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reinicio (normalmente la 4).
• Reinicio (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a alimentación para evitar que el temporizador se reinicie.
• Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1.7 V) hasta casi 0 V (aprox. 2 V menos). Así es posible modificar los tiempos. Puede también configurarse para, por ejemplo, generar pulsos en rampa.
• Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que se utiliza para poner la salida a nivel bajo.
• Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
• Voltaje de alimentación (VCC) (normalmente la 8): es el terminal donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 V hasta 16 V.

Modos de operación

El circuito integrado 555 posee dos modos de operación principales:

Multivibrador astable

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida continua de forma de onda cuadrada (o rectangular), con una frecuencia específica. El resistor R1 está conectado a la tensión designada como VCC y al pin de descarga (pin 7); el resistor R2 se encuentra conectado entre el pin de descarga (pin 7), el pin de disparo (pin 2); el pin 6 y el pin 2 comparten el mismo nodo. Asimismo el condensador se carga a través de R1 y R2, y se descarga solo a través de R2. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2, esto debido a que el pin 7 presenta una baja impedancia a GND durante los pulsos bajos del ciclo de trabajo. Un multivibrador astable no tiene estado estable y varia, por tanto una y otra vez entre dos estados inestables, sin utilizar un circuito de disparo externo.

Multivibrador monoestable

En este caso el circuito entrega un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en nivel alto) es:

Que proviene de la ecuación de descarga de un circuito RC (Ver Véase también: Circuito RC

En este caso, es necesario que la señal de disparo sea de nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.

Especificaciones

Estas especificaciones aplican solo al NE555, en otras versiones pueden variar dependiendo del fabricante o ámbito en que se utilice.

Voltaje de entrada (V’CC)	4.5 a 15 V
Corriente de entrada (VCC = +5 V)	3 a 6 mA
Corriente de entrada (VCC = +15 V)	10 a 15 mA
Corriente de salida (maximum)	500 mA
Máxima disipación de potencia	600 mW
Consumo de potencia (minimum operating)	30 mW@5V, 225 mW@15V
Temperatura de operación	0°C hasta 70 °C

Generador de PWM:

Aquí tenemos al IC 555 generando una onda cuadrada a  su salida, pero en donde se puede variar el ciclo útil de la onda (duty cicle). Es muy utilizado para el control de velocidad en motores o para variar la potencia de diversas cargas. 

Interruptor digital: En este caso se aprovecha el flip flop interno del IC 555 para crear un biestable (flip flop toggle). Cuando es pulsado S1 el flip flop es enganchado (set) y en una nueva pulsación será desenganchado (reset), creando así un interruptor digital sin rebotes.

Comparador de tensión: También podemos utilizar al IC 555 como comparador de tensión. Se usa  los amplificadores operacionales para crear un umbral o ventana en donde deba operar el IC 555; una vez sea superado este umbral de forma ascendente o descendente, la salida (terminal 3) cambiara de estado.

Desvanecedor de Luz: Con este circuito se logra un efecto de desvanecimiento de la luz que emiten los LED. Para ello el IC 555 descarga en pequeños intervalos de tiempo al condensador C1, el cual a su vez enciende y apaga al transistor Q1.