555 astable, ¿qué es? ¿Cómo configurar?

El 555 es uno de los integrados más conocidos en el mundo de la electrónica y es que siendo barato y fácil de usar, a la vez es muy versátil. Con él podemos realizar multitud de circuitos con los cuales irnos sumergiendo en la electrónica. Así que, prepara la escafandra que empezamos con la configuración del 555 astable.

El 555 debe su nombre al conjunto de tres resistencias de 5 KΩ que hay en su interior y que permite a los amplificadores comparadores que hay en el interior de nuestro querido integrado analizar las tensiones de los pines Trigger y Threshold. Al ser un divisor de tensión con tres resistencias iguales, dividimos la tensión entre Vcc y GND en dos valores a tercios.

No te preocupes si no lo estas entendiendo, lo veremos más a fondo en tutorial futuro. De momento te reto a que encuentres las 3 resistencias en el Diagrama Interno del 555 que te dejo a continuación. Este diagrama nos enseña todo lo que hay dentro del integrado.

Pero ¿ qué significa configuración 555 astable ?

Como ya sabemos, el 555 se puede configurar de varias maneras dependiendo que queramos hacer con él. Una de ellas es la configuración 555 astable en la cual mediante una serie de componentes pasivos que pondremos alrededor del integrado conseguiremos una señal cuadrada en la salida del integrado. Similar a la que podemos ver en color azul en el siguiente gráfico.

El siguiente paso lógico consiste entender que circuito vamos a usar para generar esta maravilla de señal cuadrada y es el siguiente:

Conocido el circuito, que como puedes apreciar es bastante sencillo a nivel de componentes, vamos aprender como funciona y como «engañamos» al 555 para que genere esta señal.

Vamos a empezar por el principio y es saber que hace el pin de Trigger y que hace el pin de Treshold.

Trigger es el pin que (mediante el comparador interno) cuando lo conectamos a una tensión inferior a 1/3 de Vcc activará el pin de salida. Treshold desactiva la salida y conecta el pin de Discharge a GND cuando la tensión en este pin supera 2/3 de Vcc.

¿Por qué crees que es 1/3 y 2/3? Pues efectivamente, es por el doble divisor de tensión de 5KΩ pero conocer esto no es del todo relevante para nuestra aplicación.

El condensador C2, que se conecta entre el pin 5 y masa, es un condensador de 10nF que usaremos para evitar ruido en la entrada Control Voltage, en este tutorial no vamos a tratar esta entrada, pero lo haremos en el futuro, de momento conectamos el condensador.

Si te fijas en el esquema veras que ambos pines Trigger y Treshold están conectados entre si y a un condensador con dos resistencias en serie, y estos tres componentes son la clave de todo.

Alimentando el 555 timer

Lo primero que ocurrirá es que la tensión entre los terminales del condensador será 0v (inferior a 1/3 de Vcc, por tanto se activa la salida).

Puesto que acabamos de encender el circuito, poco a poco y debido a que el condensador está conectado a Vcc a través de R1 y R2, el condensador se irá cargando y aumentado su tensión hasta que el valor de tensión en los terminales llegue a 2/3 de Vcc.¿Te acuerdas que pasaba cuando llegábamos a ese nivel de tensión en Treshold? Efectivamente se desactiva la salida y el pin Discharge se conecta a GND, cuando ocurre esto último el condensador se empezará a descargar a través de la resistencia R2, poco a poco el voltaje en los terminales del condensador va disminuyendo hasta que llega a 1/3 de Vcc y ¿qué ocurre en ese momento? Eso es, volvemos a empezar, porque Trigger actúa de nuevo, Discharge se desconecta y empezamos el ciclo de carga del condensador de nuevo y así hasta que desconectemos la alimentación o hasta el

Y los cálculos ¿qué pasa con los cálculos?

En este caso como en la mayoría de este tipo de componentes, las ecuaciones que usamos para obtener los valores relacionados con la configuración 555 astable son bastante sencillas, y como acostumbro las he introducido en Ricalc para que puedas calcular tu circuito de manera rápida ricalc.rinconingenieril.es. En todas las ecuaciones que vemos a continuación usaremos R en Ω y C en faradios.

Cálculos de tiempo
Podemos calcular el tiempo que permanece encendida «Ton» y el tiempo que permanece apagada «Toff» nuestra salida durante un ciclo.

$T_{on}\ =\ 0.693 \cdot (R_{1} + R_{2}) \cdot C\ \ [s]$

$T_{off}\ =\ 0.693 \cdot R_{2} \cdot C\ \ [s]$

El periodo será evidentemente la suma de estos dos:

$T\ =\ T_{on} + T_{off}\ \ [s]$

Frecuencia
En casi toda señal con la que estemos trabajando hay un parámetro importante, muy importante y es la frecuencia.

$f\ =\ \frac{1}{T}\ =\ \frac{1.44}{(R_{1} + 2 \cdot R_{2}) \cdot C}\ \ [Hz]$

Duty Cycle
Por último y no menos importante el Duty Cycle

$Duty Cycle = \frac{T_{on}}{T_{on} + T_{off}} = \frac{R_{1} + R_{2}}{R_{1} + 2 \cdot R_{2}} \cdot 100\ \ [\%]$

Entre qué valores estará Duty Cycle

Si analizamos un poco las ecuaciones del tiempo Ton y Toff, veremos que sean cuales sean los valores de R1, R2 y C, como la única diferencia es que en Ton usamos (R1 + R2) mientras que en Toff usamos solo R2, el valor de Ton para esta configuración siempre va a ser mayor que Toff.

$T_{on} > T_{off}$

Si extrapolamos esta desigualdad a la ecuación de Duty Cycle veremos que con esta configuración de 555 podremos obtener valores comprendidos en el intervalo (50,100], nunca podremos alcanzar el valor 50, será nuestra asíntota por así decirlo.

Un 555 en configuración astable

555 astable - Electrónica básica

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Que pasa si montamos el ejemplo del vídeo, con:
–R1 = 10KΩ
–R2 = 10KΩ
–C = 47μF

Según Ricalc tendremos una señal de salida con las siguientes características:

Pues, como nos indican la teoría si medimos con el osciloscopio la tensión entre los terminales del condensador veremos los ciclos de carga y descarga del condensador tal y como hemos hablado al principio del tutorial y tendremos algo como:

Fácilmente podemos observar la zona de carga en la que el condensador se está cargando, es la zona con pendiente positiva y la zona en la que se está descargando, que es la zona con pendiente negativa. De la misma manera podemos observar que el valor de tensión oscila entre 1/3 Vcc y 2/3 Vcc tal y como dice la teoría, la señal se mueve entre 1.6v y 3.3v.

De la misma manera si conectamos el osciloscopio a la salida del 555 astable, veremos la señal cuadrada:

Y si medimos los parámetros de la señal podremos ver como nos acercamos mucho a los valores teóricos:

No te olvides de que no tardaré mucho en hacer un nuevo tutorial sobre lo más básico del 555 y otras configuraciones, estate atento a la web, el canal de YouTube y las Redes Sociales.