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Circuito y funcionamiento
La siguiente figura muestra el diagrama de circuito del IC 555 como multivibrador monoestable. Este es el modo de funcionamiento básico del IC 555. Sólo se necesitan dos componentes adicionales para funcionar como multivibrador monoestable: una resistencia y un condensador.
Como sugiere el nombre, un multivibrador monoestable tiene un solo estado estable. Cuando se aplica una entrada de disparo, se genera un pulso en la salida, que vuelve al estado estable después de un período de tiempo. La duración del pulso alto depende de un circuito de temporización que consta de 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 fuente de alimentación (VCC) respectivamente. La salida se toma en el pin 3. El pin 4 está conectado a VCC para evitar un reinicio accidental del circuito. El pin 5, la entrada de voltaje de control, debe estar conectado a tierra cuando no esté en uso. Conectado a tierra a través de un pequeño condensador de 0,01 µF para filtrar el ruido.
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El modo monoestable también se denomina generador de impulsos “de un solo disparo”. La secuencia de eventos comienza cuando se aplica un pulso de disparo negativo al comparador de disparo. Cuando este comparador de disparo detecta un pulso corto de disparo negativo justo por debajo del voltaje de referencia (1/3 VCC), el dispositivo se dispara y la salida pasa a nivel ALTO.
El transistor de descarga se apaga y el condensador C, que está conectado externamente al colector, comienza a cargarse hasta su valor máximo a través de la resistencia R. El pulso de salida ALTA termina cuando la carga del capacitor alcanza 2/3 VCC. A continuación se muestran las conexiones internas y el circuito de temporización RC del IC 555 en modo monoestable.
El funcionamiento detallado se puede explicar de la siguiente manera. Primero, se reinicia el flip-flop. Esto hace que el transistor de descarga se sature. El condensador C está conectado al colector abierto (drenaje en el caso de CMOS) del transistor y está provisto de una vía de descarga. Por lo tanto, el capacitor está completamente descargado y el voltaje a través de él es cero. La salida en el pin 3 será 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 el voltaje de referencia. Cuando el voltaje del disparador cae por debajo de 1/3 VCC, la salida del comparador aumenta y se configura el flip-flop. Por lo tanto, la salida en el pin 3 será alta.
Al mismo tiempo, el transistor de descarga se apaga y el condensador C comienza a cargarse, lo que hace que el voltaje a través de él aumente exponencialmente. Esto no es más que el voltaje umbral del pin 6. Este se alimenta al comparador 1 junto con un voltaje de referencia de 2/3 VCC. La salida del pin 3 permanece ALTA hasta que el voltaje a través del capacitor alcanza 2/3 VCC.
En el momento en que el voltaje umbral (que no es más que el voltaje a través del capacitor) se vuelve mayor o igual al voltaje de referencia, la salida del comparador 1 aumenta. Esto reinicia el flip-flop y baja la salida en el pin 3 (0 lógico). Es decir, la producción vuelve al estado estacionario. A baja salida, el transistor de descarga se satura y el condensador se descarga completamente.
Por lo tanto, la salida en el pin 3 es baja para comenzar, la salida en el pin 3 es alta cuando el disparador es inferior a 1/3 VCC y la salida puede ser baja cuando el voltaje umbral es superior a 2/3 VCC. . Aparición del siguiente pulso de activación. En la salida se genera un impulso cuadrado. El tiempo que la salida permanece alta, o el ancho del pulso cuadrado, lo controla el circuito de temporización, es decir, el tiempo de carga del condensador, que depende de la constante de tiempo RC.
Derivación del ancho del pulso
Podemos ver que el voltaje a través del capacitor C aumenta exponencialmente. Por lo tanto, la expresión para el voltaje del capacitor VC se puede escribir como:
VC = VCC (1 – e-t/RC)
Si el voltaje del capacitor es 2/3 VCC, entonces
2/3 VCC = VCC (1 – e-t/RC)
2/3 = 1 – mi-t/RC
mi-t/RC = 1/3
– t/RC = ln (1/3)
–t/CR = -1,098
t=1.098RC
∴t ≈ 1,1RC
El pulso cuadrado de salida tiene un ancho de pulso de W = 1,1 RC.
Las formas de onda para el funcionamiento monoestable se muestran a continuación.
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Ejemplos de aplicación de multivibrador monoestable.
divisor de frecuencia
Cuando se utiliza el IC 555 como multivibrador monoestable, si se aplica un pulso negativo de corta duración a la entrada del disparador, se obtiene un pulso cuadrado positivo en la salida. Al ajustar el intervalo de tiempo t del circuito de carga o sincronización, el dispositivo puede funcionar como un circuito divisor de frecuencia.
Al hacer que el intervalo de tiempo t sea ligeramente más largo que la duración del pulso de entrada (pulso de disparo), el dispositivo puede funcionar como un circuito dividido por 2. 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 2 divisores se muestran a continuación.
El circuito se dispara con el primer pulso negativo en la entrada del disparador. Como resultado, la producción aumenta. La salida permanece alta durante el intervalo de tiempo t. Durante este intervalo, incluso si se aplica un segundo pulso de disparo negativo, la salida no se ve afectada y permanece Alta porque el intervalo de tiempo es más largo que la duración del pulso de disparo. Un tercer pulso de disparo negativo reactiva el circuito.
Por lo tanto, el circuito se disparará con cada pulso de disparo negativo alterno. En otras palabras, hay un pulso de salida por cada dos pulsos de entrada, por lo que este circuito es un circuito dividido por dos. Al ajustar el intervalo de tiempo, puede crear un circuito monoestable que genere una fracción entera de la frecuencia de entrada.
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modulación de ancho de pulso
El modo de funcionamiento monoestable del IC 555 se puede cambiar a un modulador de ancho de pulso aplicando una señal de modulación como voltaje de control al pin 5. A continuación se muestra el circuito de un modulador de ancho de pulso que utiliza un multivibrador monoestable.
La señal de control modula el voltaje umbral, que a su vez modula el ancho del pulso de salida. Cuando cambia el voltaje de control, cambia el voltaje umbral. El voltaje que es la entrada al comparador 1 también cambia. Como resultado, el tiempo que lleva cargar el capacitor hasta el nivel de voltaje umbral cambia, creando una onda modulada por ancho de pulso en la salida. Las formas de onda de las señales de entrada, salida y modulación se muestran a continuación.
El nivel de voltaje umbral superior del capacitor varía según la aplicación de la señal de control. El nuevo nivel de umbral superior UTL viene dado por:
UTL = 2/3 VCC + VMOD
donde VMOD es el voltaje de la señal moduladora.
Con el nuevo nivel de umbral, el ancho de pulso de la salida será:
W = -RC ln (1 – UTL/VCC)
La duración de la salida es la misma que la de la entrada.
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generador de lámpara lineal
Un multivibrador monoestable puede funcionar como un generador de rampa lineal agregando una fuente de corriente constante. Como fuente de corriente constante se utiliza un espejo de corriente compuesto por un diodo y un transistor PNP. Esta fuente de corriente constante se coloca en lugar de la resistencia de sincronización. A continuación se muestra el circuito de un generador de lámpara lineal que utiliza IC 555 en modo monoestable.
Un IC de corriente procedente de una fuente de corriente constante carga el condensador a una velocidad constante hacia el voltaje máximo (VCC), lo que da como resultado una rampa lineal. Cuando el voltaje a través del capacitor alcanza 2/3 VCC, el comparador 1 lleva el transistor de descarga a la saturación. Como resultado, el condensador comienza a descargarse. Durante la descarga, el comparador 2 apaga el capacitor de descarga cuando el voltaje a través del capacitor cae a 1/3 VCC.
Por lo tanto, el condensador comienza a cargarse nuevamente. El tiempo de descarga de un condensador es muy corto en comparación con el tiempo de carga. Como resultado, la pendiente descendente es muy pronunciada (descarga casi instantánea). Por lo tanto, la duración de la salida de la lámpara es esencialmente la misma que el tiempo de carga del condensador. El período de potencia de la lámpara se puede calcular aproximadamente utilizando la siguiente fórmula.
T = (2/(3) Vcc Re (R1+R2)C)/(R1 Vcc – Vbe (R1+R2))
A continuación se muestran las formas de onda de la salida de la lámpara y la salida de pulsos del generador de lámpara.
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encender el relé
Se pueden utilizar multivibradores monoestables para accionar relés. El circuito se muestra a continuación.
Estos circuitos se denominan relés de retardo de tiempo. En este circuito, una vez activado el relé, éste permanece encendido durante un determinado periodo de tiempo. Este tiempo que el relé está encendido puede oscilar entre 0 y 20 segundos dependiendo de los valores de R y C en el circuito de sincronización.
Por ejemplo, si desea encender un relé durante 10 segundos para alimentar un dispositivo externo, los valores de resistencia y condensador se pueden calcular usando la fórmula t = 1,1 RC:
Suponiendo que el valor del condensador es el valor más pequeño posible, es decir, 10 μF, el valor de la resistencia es:
10 = 1,1 * R * 10μF
∴ R = 909090,9090 ≈ 909 KΩ.
Puede utilizar un potenciómetro para ajustar la resistencia y ajustar el retardo de tiempo.
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detector de pulso ausente
El circuito del detector de pulso faltante se muestra a continuación. Se conecta un transistor PNP a través del condensador y el tren de impulsos del disparador de entrada se aplica al terminal base del transistor y a la entrada del disparador del pin 2 del IC 555.
Una serie de pulsos de disparo restablece continuamente el ciclo de sincronización. Por lo tanto, la salida siempre será Alta. Si falta el pulso de disparo, el dispositivo detecta este pulso faltante y la salida baja. El contenido detallado del trabajo es el siguiente. Cuando la entrada es 0, el transistor PNP se enciende, el voltaje a través del capacitor se fija en 0,7 V y la salida es ALTA. Cuando el voltaje del disparador de entrada es alto, el transistor se corta y el capacitor comienza a cargarse.
Si la señal de activación de entrada vuelve a bajar antes de que se complete el ciclo de sincronización, el voltaje a través del capacitor caerá a 0,7 V antes de alcanzar el voltaje umbral (2/3 VCC) y la salida permanecerá ALTA. Si la señal de activación de entrada no baja antes de que se complete el ciclo de sincronización debido a que falta un pulso, el capacitor se carga al voltaje umbral y la salida baja.
Para que este circuito funcione como detector de pulso faltante, la duración de la señal de activación de entrada debe ser ligeramente más corta que el intervalo de tiempo. Por lo tanto, un pulso de entrada negativo continuo no cargará el capacitor al voltaje umbral. Y la producción seguirá siendo alta. Si la frecuencia de entrada cambia o se pierde el pulso, el condensador se carga a un voltaje umbral y la salida baja. A continuación se muestran las formas de onda del pulso de entrada, el voltaje del capacitor y la señal de salida.
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