circuito multivibrador monoestable con 555

Multivibrador Monoestable con el Temporizador 555

Circuito y Operación

La siguiente figura es el esquema del IC 555 como Multivibrador monoestable. Este es el modo básico de funcionamiento del IC 555. Requiere solo dos componentes adicionales para que funcione como un multivibrador monoestable: una resistencia y un condensador.

circuito multivibrador monoestable con 555
circuito multivibrador monoestable con 555

Como especifica el nombre, un multivibrador monoestable tiene un solo estado estable. Cuando se aplica una entrada de activación, se produce un impulso en la salida y vuelve al estado estable después de un intervalo de tiempo. La duración del tiempo para el cual el pulso es alto dependerá del circuito de temporización que comprende una resistencia (R) y un condensador (C).

Los detalles de la conexión son los siguientes. Los pines 1 y 8 están conectados a tierra y suministro (VCC) respectivamente. La salida se toma en el pin 3. Para evitar el reinicio accidental del circuito, el pin 4 está conectado al VCC. El pin 5, que es la entrada de voltaje de control, debe estar conectado a tierra cuando no esté en uso. Para filtrar el ruido, se conecta a tierra a través de un pequeño condensador de capacitancia de 0,01μF.

Operación

El modo monoestable también se denomina generador de impulsos de «inyección única». La secuencia de eventos comienza cuando se aplica un pulso de gatillo negativo al comparador de disparo. Cuando este comparador de disparo detecta que el impulso corto de disparo negativo está justo por debajo del voltaje de referencia (1/3 VCC), el dispositivo se dispara y la salida pasa a ALTO.

El transistor de descarga se APAGA y el capacitor C que está conectado externamente a su colector comenzará a cargarse al valor máximo a través de la resistencia R. El pulso de salida ALTO finaliza cuando la carga en el condensador alcanza 2/3 VCC. La conexión interna del IC 555 en modo monoestable junto con el circuito de sincronización RC se muestra a continuación.

mono estable circuito interno
mono estable circuito interno

La operación detallada se puede explicar de la siguiente manera. Inicialmente, el flip-flop esta RESET. Esto permitirá que el transistor de descarga llegue a la saturación. El condensador C, que está conectado al colector abierto (drenaje en caso de CMOS) del transistor, está provisto de una ruta de descarga. Por lo tanto, el capacitor se descarga completamente y el voltaje a través de él es 0. La salida en el pin 3 es baja (0).

Cuando se aplica una entrada de pulso de disparo negativo al comparador de disparo (comparador 2) se compara con un voltaje de referencia de 1/3 VCC. La salida permanece baja hasta que la entrada del disparador sea mayor que la tensión de referencia. En el momento en que la tensión del disparo desciende por debajo de 1/3 VCC, la salida del comparador sube y esto configurará el flip-flop. Por lo tanto, el resultado en el pin 3 será alto.

Al mismo tiempo, el transistor de descarga se APAGA y el condensador C comienza a cargarse y la tensión a través de él aumenta exponencialmente. Esto no es más que el voltaje de umbral en el pin 6. Esto se le da al comparador 1 junto con un voltaje de referencia de 2/3 VCC. La salida en el pin 3 permanecerá en ALTO hasta que la tensión en el condensador alcance 2/3 VCC.

La instancia en la que el voltaje umbral (que no es más que el voltaje en el capacitor) se convierte y es mayor que la referencia voltaje, la salida del comparador 1 sube. Esto restablecerá el flip-flop y, por lo tanto, la salida en el pin 3 caerá a bajo (lógica 0), es decir, la salida vuelve a su estado estable. Como la salida es baja, el transistor de descarga conduce a la saturación y el condensador se descargará por completo.

Por lo tanto, se puede notar que la salida en el pin 3 es baja al inicio, cuando el disparador es menor que 1/3 VCC, la salida en el pin 3 pasa a nivel alto y cuando el voltaje umbral es mayor que 2/3 VCC, la salida se vuelve baja hasta la aparición del próximo impulso de disparo. Un pulso rectangular se produce en la salida. El tiempo para el cual la salida permanece alta o el ancho del pulso rectangular es controlado por el circuito de temporización, es decir, el tiempo de carga del condensador que depende de la constante de tiempo RC.

Derivación de ancho de pulso

Sabemos que la tensión en el condensador C aumenta exponencialmente. Por lo tanto, la ecuación para el voltaje de condensador VC se puede escribir como

VC = VCC (1-et/RC)

Cuando el voltaje del condensador es 2/3 VCC, entonces

2/3 VCC = VCC (1 – e-t/RC)

2/3 = 1 – e-t/RC

e-t/RC = 1/3

– t/RC = ln (1/3)

– t/RC = -1.098

t = 1.098 RC

∴ t ≈ 1.1 RC

El ancho de pulso del pulso rectangular de salida es W = 1.1 RC.

Las formas de onda de la operación monoestable se muestran a continuación.

Waveforms in Monostable Mode

Aplicaciones del Multivibrador Monoestable

Divisor de frecuencia

Cuando el IC 555 se usa como un multivibrador monoestable, un pulso rectangular positivo está disponible en la salida cuando se aplica un pulso negativo de corta duración en la entrada del disparador. Al ajustar el intervalo de tiempo t del circuito de carga o temporización, se puede hacer que el dispositivo funcione como un circuito divisor de frecuencia.

Si el intervalo de tiempo t se hace ligeramente mayor que el período de tiempo del pulso de entrada (pulso de disparo), el dispositivo puede actuar como un circuito de división por dos. El intervalo de temporización se puede controlar eligiendo adecuadamente los valores de la resistencia R y el condensador C en el circuito de temporización. Las formas de onda de las señales de entrada y salida correspondientes al circuito de división por dos se muestran a continuación.

Input and Output waveforms in Frequency divider

El circuito disparará para el primer pulso negativo de la entrada de disparo. Como resultado, la salida pasará a un estado alto. La salida permanecerá alta durante el intervalo de tiempo t. Durante este intervalo, incluso si se aplica un segundo pulso de disparo negativo, la salida no se verá afectada y seguirá siendo alta ya que el intervalo de tiempo es mayor que el período de tiempo del pulso de disparo. En el tercer pulso de activación negativo, el circuito se vuelve a activar.

Por lo tanto, el circuito se activará en cada pulso de activación negativo alternativo, es decir, hay un pulso de salida por cada dos pulsos de entrada y, por lo tanto, es un circuito dividido por dos. Al ajustar el intervalo de tiempo, se puede hacer un circuito monoestable para producir fracciones enteras de la frecuencia de entrada.

Modulación de ancho de pulso

El modo de operación monoestable del IC 555 se puede convertir en un modulador de ancho de pulso aplicando una señal de modulación como voltaje de control en el pin 5. A continuación se muestra el circuito para un modulador de ancho de pulso que usa un multivibrador monoestable.

modulardor de ancho de pulso con 555
modulardor de ancho de pulso con 555

La señal de control modulará el voltaje de umbral y, como resultado, se modulará el ancho del pulso de salida. A medida que varía el voltaje de control, el voltaje de umbral; que es la entrada al comparador 1, también varía. Como resultado, el tiempo para cargar el capacitor al nivel de voltaje de umbral variará, lo que resultará en una onda modulada por ancho de pulso en la salida. Las formas de onda de la señal de entrada, salida y modulación se muestran a continuación.

Waveforms in Pulse Width Modulation using IC 555

Debido a la aplicación de la señal de control, el nivel de voltaje de umbral superior para el capacitor será diferente. El nuevo nivel de umbral superior UTL está dado por

UTL = 2/3 VCC + VMOD

Donde VMOD es el voltaje de la señal moduladora.

Debido al nuevo nivel de umbral, el ancho de pulso de la salida viene dado por

W = -RC ln (1 – UTL/VCC)

El período de tiempo de la salida es el mismo que el de la entrada.

Generador de rampa lineal

El multivibrador monoestable actuará como un generador de rampa lineal con la adición de una fuente de corriente constante. Un espejo de corriente, que consta de un diodo y un transistor PNP, se utiliza como fuente de corriente constante. Esta fuente de corriente constante se coloca en lugar de la resistencia de temporización. A continuación se muestra el circuito para un generador de rampa lineal con IC 555 en modo monoestable.

generador de rampa con 555
generador de rampa con 555

El IC actual de la fuente de corriente constante cargará el condensador a una velocidad constante hacia el voltaje máximo (VCC), lo que dará como resultado una rampa lineal ascendente. A medida que el voltaje a través del capacitor alcanza 2/3 VCC, el comparador 1 llevará el transistor de descarga a la saturación. Como resultado, el capacitor comienza a descargarse. Durante la descarga, a medida que el voltaje a través del capacitor cae a 1/3 VCC, el comparador 2 apagará el capacitor de descarga.

Por lo tanto, el capacitor comenzará a cargarse nuevamente. El tiempo de descarga del condensador es muy inferior al tiempo de carga. Como resultado, la rampa descendente es muy empinada (casi una descarga inmediata). Por lo tanto, el período de tiempo de la salida de la rampa es prácticamente igual al tiempo de carga del capacitor. El período de tiempo de la salida de la rampa viene dado aproximadamente por

T = (2/(3 ) Vcc Re (R1+R2)C)/(R1 Vcc – Vbe (R1+R2))

Las formas de onda de la salida de rampa y la salida de pulsos de un generador de rampa se muestran a continuación.


Output Waveforms of Linear Ramp Generator

 

Encendido del relé

El multivibrador monoestable se puede utilizar para controlar un relé. El circuito se muestra a continuación.

relay con 555
relay con 555

Estos circuitos se denominan relés de retardo de tiempo. En este circuito, el relé permanecerá ENCENDIDO durante un cierto período de tiempo una vez activado. Este tiempo, que dura el relé activado, puede oscilar entre 0 y 20 segundos, según los valores de R y C en el circuito de temporización.

Por ejemplo, si el relé debe estar ENCENDIDO durante un período de 10 s para energizar un dispositivo externo, los valores de la resistencia y el capacitor se pueden calcular de la siguiente manera usando la ecuación t = 1.1 RC.

Suponiendo que el valor del condensador sea su valor mínimo posible, es decir, 10 µF, el valor de la resistencia es

10 = 1.1 * R * 10µF

∴ R = 909090.9090 ≈ 909 KΩ.

Se puede usar un potenciómetro para ajustar la resistencia y, por lo tanto, ajustar el tiempo de retardo.

Detector de pulso ausente

A continuación se muestra el circuito de un detector de pulso perdido. Se conecta un transistor PNP a través del capacitor y el tren de pulsos de activación de entrada se envía a la terminal base del transistor, así como a la entrada de activación del pin 2 del IC 555.

El tren de pulsos de activación reiniciará continuamente el ciclo de tiempo. Por lo tanto, la salida siempre es alta. Si falta algún pulso de disparo, el dispositivo detecta este pulso faltante y la salida baja. El funcionamiento detallado es el siguiente.

Cuando la entrada es 0, el transistor PNP se enciende y el voltaje a través del capacitor se fija a 0,7 V y la salida es ALTA. Cuando el voltaje de activación de entrada es alto, el transistor se corta y el capacitor comenzará a cargarse.

Si la señal de disparo de entrada vuelve a ser baja antes de completar el ciclo de tiempo, el voltaje en el capacitor cae a 0,7 V antes de alcanzar el voltaje de umbral (2/3 VCC) y la salida continúa siendo ALTA. Si la señal del disparador de entrada no baja antes de la finalización del ciclo de temporización debido a la falta de un pulso, permite que el capacitor se cargue hasta el voltaje de umbral y la salida se volverá BAJA.

Para que este circuito funcione como un detector de pulso perdido, el período de tiempo de la señal de disparo de entrada debe ser ligeramente menor que el intervalo de tiempo. Debido a esto, los pulsos de entrada negativos continuos no permitirán que el capacitor se cargue hasta el voltaje de umbral. Y la salida sigue siendo alta. En caso de cambio de frecuencia de entrada o de falta de pulso, el condensador se cargará hasta el voltaje de umbral y la salida caerá. Las formas de onda del pulso de entrada, el voltaje en el capacitor y la señal de salida se muestran a continuación.

Waveforms for Missing Pulse Detector

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