NE555: Oscilador y Temporizador

Antes de utilizar un circuito y aplicarlo en un montaje es interesante (y útil a futuro) saber como funciona. Cómo y porqué suceden las cosas. Este es el caso de los dos pequeños circuitos que ensayaremos hoy, con el legendario y ultra-popular NE555. No, no inventaremos nada nuevo o extraordinario; una de las aplicaciones será el típico “Multivibrador Astable” y la otra, partirá del mismo principio de funcionamiento, pero terminará siendo un simple temporizador o “Timer”. Éste último circuito será el que llevará nuestra atención preferente, en virtud que a partir de él, avanzaremos hacia un desarrollo útil como es la activación temporizada de un Relé.

Para la explicación del funcionamiento de este tipo de circuito, nos tomaremos el trabajo de profundizar en algunos detalles que tal vez no encuentres fácilmente en la web. La mayoría se focaliza en plantear una ecuación y se terminó el trabajo. Lo que suceda dentro de esa caja negra que en su tapa superior dice “NE555” pareciera no ser parte de la electrónica, pero aquí encontrarás algunos “¿por qué?” que, hasta hace minutos, quizás tenías. Intentaremos hacerlo con gráficos y con videos para una mejor comprensión y facilidad de entendimiento. Esa será la diferencia entre “un artículo pensado para ti” y un artículo de relleno en una web donde se habla del NE555. El primer gráfico que te presentamos, el del circuito Multivibrador Astable, puede aparecer como algo complejo de interpretar, pero juntos lo analizaremos y veremos que se trata de uno de los funcionamientos más simples del mundo electrónico.

Multivibrador Astable con NE555 (Clic para ampliar)

El funcionamiento del circuito se basa en cuatro elementos externos fundamentales: R1, R2, transistor interno de descarga (pin  7 – Colector Abierto) y C; que en nuestro caso es un capacitor electrolítico, pero podría ser cerámico. Estos componentes se conectan a los pines encargados de comparar la tensión del capacitor con la de alimentación (2 y 6) para así inducir el cambio de estado del Flip-Flop interno del NE555. La línea de trazos verde te muestra el camino que realiza la corriente para cargar el capacitor atravesando R1 y R2. De allí surge que el tiempo de carga dependerá del valor de estas resistencias y del capacitor. Para la situación contraria, es decir, de descarga del capacitor que se muestra en la línea de color rojo, sólo intervendrá R2 y el transistor interno del NE555 que posee su colector abierto en el pin 7. A la derecha de la imagen, en la parte superior, encontramos el gráfico donde se aprecia la secuencia de carga y descarga de C y debajo de ella, la señal de salida por el pin 3 del NE555.

Funcionamiento del Multivibrador Astable (NE555) armado en el protoboard, explicado con colores (Clic para ampliar).

Si observamos con atención el transistor interno del NE555, encontraremos que el mismo es activado cuando existe un “estado bajo” en la salida del NE555, ya que el “buffer” de salida es inversor (pequeño círculo en su entrada lo indica). De este modo, durante el estado alto de salida significará que habrá un estado bajo en su entrada, el transistor estará “abierto” (al corte) y el capacitor se cargará a través de R1 + R2, a una velocidad que dependerá de C y de la fórmula que vemos en el primer gráfico. En el montaje que verás en el video, con un LED indicador de actividad, encontrarás que el sistema se inicia sin oscilar. Esto se debe a que un transistor (T1) coloca los pines 2 y 6 a GND en forma permanente y eso significará que el capacitor “nunca entrará en la secuencia de carga”, hasta que pulsemos SW1. ¿Por qué no enciende el LED si la salida entonces sería un estado alto? Por los transistores que se encuentran a la salida del circuito, conectados al pin 3 del NE555.  Todo esto se aprecia mejor en la imagen superior.

Una vez que tenemos en claro como funciona el NE555 en su topología de “Multivibrador Astable”, podemos dar paso, de manera muy simple, a un Temporizador o “Timer”. Entre las cosas asombrosas que permite hacer el NE555, encontramos que podemos pasar de un circuito a otro quitando sólo una resistencia. Esto es, si retiramos R1, desconectamos el pin 7 y a R2 la alimentamos directamente a VCC (12Volts), habremos llegado al siguiente escenario: El IC inicia su salida en estado alto (en nuestro protoboard tendremos el LED apagado), se carga C1 por intermedio de R2 y cuando la carga supera los 2/3 de VCC, la salida en el pin 3 cae a cero y nuestro LED se enciende. Visto de otro modo, luego de un tiempo definido por R2 y C1, podemos activar un Relé o el LED de un Optoacoplador, por ejemplo. Trabajando con los valores de R2 y C1 podemos variar y jugar con los tiempos tal como podemos ver en este video:

http://www.youtube.com/watch?v=EqquGF_CRx4
(Que sistema malo que tiene Blogger para incrustar videos ...)

La explicación básica, al igual que vimos en el caso del Multivibrador Astable, está explicada en la siguiente imagen donde vemos la corriente que circula por la resistencia (R) se encarga de cargar el capacitor (C) con una débil corriente hasta que alcanza una tensión en sus extremos de 2/3VCC. Luego, el capacitor (o condensador) continúa su carga hasta completarse en VCC y si no se cambia esta situación de circuito, la salida permanece en el estado que se ha establecido. Por ejemplo, si no quitas la alimentación o activas el pulsador que vimos en el video, el estado de la salida se mantiene constante. Luego, para calcular el tiempo de carga del capacitor hasta 2/3 de VCC debemos utilizar la fórmula que está indicada en el gráfico siguiente:

 Temporizador (Timer) con NE555 (Clic para ampliar).

TC, el tiempo de carga del capacitor se calcula con la fórmula 1,1 * R * C y con las unidades expresadas en Ohm y Faradio para que el resultado nos entregue un valor en segundos. La pregunta que te estarás haciendo es ¿por qué otra fórmula? La explicación es la siguiente: en este caso, el tiempo que tarda el capacitor en cargarse desde 0Volt hasta 2/3VCC será mayor que el que demoraba antes desde 1/3VCC hasta 2/3VCC, al igual que para descargarse desde 2/3VCC a 1/3VCC. Es importante que comprendas esto para descubrir el motivo del cambio de constante. Luego, el circuito final que aplicamos en el protoboard, nos queda del siguiente modo, con las indicaciones en colores para que comprendas qué sucede en cada instancia.

Funcionamiento del Timer con el NE555 explicado en colores para una mejor comprensión (Clic para ampliar).

Las aplicaciones prácticas posibles de un Timer no serán motivo de análisis en este artículo ya que pueden existir miles y la mayoría son conocidas por cualquiera que haya necesitado un temporizador alguna vez. En nuestro caso, lo utilizaremos para activar el circuito de protección de altavoces del amplificador que utiliza el LM4781, que comenzamos a construir hace algunas semanas. No podíamos dejar de lado esta explicación ya que, en el sistema mencionado, te hubieras encontrado con un NE555 funcionando de una forma extraña y para ayudarte a comprenderlo con anticipación, decidimos armar este artículo. Ya veremos como se inserta un temporizador en una protección de altavoces, pero por ahora, ya puedes ir practicando con luces de cortesía, interruptores crepusculares, temporizadores para exposiciones de luz UV en la fabricación de PCB y miles de aplicaciones que tú sabrás encontrar. Recuerda que estamos en el Foro de Servisystem para ayudarte en todo lo que no comprendas o para escuchar tus ideas y pasar un agradable momento. ¡Te esperamos!

NE555: Datasheet
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