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Temporizadores y osciladores
Generador astable de onda cuadrada con NE555
Oscilador de relajación estándar de la industria que genera pulsos de reloj de precisión, tonos de audio y ondas cuadradas de frecuencia ajustable.
- Tensión de alimentación de funcionamiento
- 4,5–16 V DC (Texas Instruments NE555; el circuito mostrado utiliza +5 V)
- Componentes
- 7
- Fórmulas
- 4
- Trampas
- 2
Resumen del circuito
- Tensión de alimentación de funcionamiento
- 4,5–16 V DC (Texas Instruments NE555; el circuito mostrado utiliza +5 V)
- Componentes
- 7
- Fórmulas
- 4
- Trampas
- 2
Haz clic en cualquier componente del esquema para ver sus especificaciones eléctricas y función.
Resumen del circuito
El temporizador NE555 en modo astable funciona como un oscilador de relajación autónomo basado en dos comparadores de tensión internos, un biestable SR (flip-flop) y un transistor de descarga NPN de colector abierto en el pin 7. Operando de forma completamente autónoma sin pulsos de reloj externos, el circuito carga y descarga alternativamente el condensador de temporización C1 entre 1/3 VCC y 2/3 VCC, produciendo una onda cuadrada digital continua en el Pin 3.
Especificaciones técnicas clave
| Tensión de alimentación de funcionamiento | 4,5–16 V DC (Texas Instruments NE555; el circuito mostrado utiliza +5 V) |
|---|---|
| Corriente de salida máxima | 200 mA (capacidad de fuente / sumidero) |
| Frecuencia nominal de diseño | 139 Hz (con R1 = 10 kΩ, R2 = 47 kΩ, C1 = 100 nF); cálculo ideal, no medido |
| Rango de frecuencia de operación | La frecuencia cambia al seleccionar R1, R2 y C1; TI recomienda operar el NE555 a 100 kHz o menos |
| Ciclo de trabajo nominal | 54.8% (valores de diseño: R1 = 10 kΩ, R2 = 47 kΩ); cálculo ideal, no medido |
| Rango de ciclo de trabajo ajustable | Topología ideal: mayor del 50% y menor del 100%; requiere cambiar R1/R2 (sin control de ajuste instalado) |
| Coeficiente térmico del intervalo de temporización | 150 ppm/°C típico en modo astable; excluye la deriva de resistencias y condensador externos (TI SLFS022K §5.6) |
Principio de funcionamiento y análisis teórico
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Detección de umbral superior (Threshold): Cuando la tensión en C1 alcanza 2/3 VCC, el Pin 6 (THRESHOLD) dispara el comparador superior interno. Esto resetea el biestable: el Pin 3 conmuta bruscamente a nivel LOW (cerca de GND) y el transistor interno de descarga entra en saturación (ON), fijando el Pin 7 a masa.
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Fase de descarga (Salida LOW): Con el Pin 7 conectado a masa por el transistor interno NPN de colector abierto, la corriente de VCC a través de R1 se deriva directamente a tierra, mientras que el condensador C1 se descarga estrictamente a través de R2 hacia el Pin 7 con constante de tiempo tau_descarga = R2 * C1. La tensión en C1 decae exponencialmente hacia masa hasta 1/3 VCC.
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Repetición del ciclo: Cuando la tensión en C1 cae por debajo de 1/3 VCC, el Pin 2 (TRIGGER) detecta el nivel bajo, activando nuevamente el biestable: el Pin 3 vuelve a HIGH, el Pin 7 se desconecta y C1 se recarga. Este ciclo autooscilante se repite de manera continua.
Ecuaciones y fórmulas de cálculo de diseño
Tiempo en nivel alto (t_high)
thigh = ln(2) · (R1 + R2) · C1 ≈ 0.693 · (R1 + R2) · C1
Calcula la duración en segundos en que la salida Pin 3 permanece en estado lógico HIGH mientras C1 se carga de 1/3 VCC a 2/3 VCC.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R1 | Resistor superior de carga | 10kΩ |
| R2 | Resistor de descarga | 47kΩ |
| C1 | Condensador de temporización | 100nF |
Tiempo en nivel bajo (t_low)
tlow = ln(2) · R2 · C1 ≈ 0.693 · R2 · C1
Calcula la duración en segundos en que la salida Pin 3 permanece en estado lógico LOW mientras C1 se descarga a través de R2 hacia el Pin 7.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R2 | Resistor de descarga | 47kΩ |
| C1 | Condensador de temporización | 100nF |
Frecuencia de salida
f = 1thigh + tlow ≈ 1.44(R1 + 2 R2) · C1
Frecuencia fundamental de oscilación en hercios (ciclos por segundo).
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R1 | Resistor superior | 10kΩ |
| R2 | Resistor de descarga | 47kΩ |
| C1 | Condensador de temporización | 100nF |
Porcentaje de ciclo de trabajo
D = thighthigh + tlow × 100% = R1 + R2R1 + 2 R2 × 100%
Relación entre el tiempo en nivel HIGH y el período total. En topología estándar siempre resulta superior al 50%.
| Símbolo | Parámetro | Valor típico |
|---|---|---|
| R1 | Resistor superior | 10kΩ |
| R2 | Resistor de descarga | 47kΩ |
Lista de materiales (BOM)
Todas las piezas necesarias para montar este circuito. Selecciona una referencia para inspeccionarla en el esquema.
| Ref. | Componente | Valor | Encapsulado | Función en el circuito | Referencia |
|---|---|---|---|---|---|
| Circuito integrado temporizador bipolar de precisión NE555 TI NE555P en DIP-8; otras variantes 555 requieren verificar por separado alimentación, corriente de salida y temporización. | NE555P | DIP-8 | Circuito integrado oscilador de relajación principal | Circuito integrado temporizador bipolar de precisión NE555: pinout y hoja de datos | |
| Resistor de película metálica 0.25 W (1/4W) Mantener ≥ 1kΩ para proteger el transistor de descarga del Pin 7 | 10kΩ | Axial / 0805 | Resistor pull-up de carga VCC | — | |
| Resistor de película metálica 0.25 W (1/4W) Tolerancia recomendada de ±1% | 47kΩ | Axial / 0805 | Resistor de temporización de descarga | — | |
| Condensador cerámico o de película metalizada Utilice dieléctrico C0G/NP0 o película MKT de baja deriva térmica | 100nF | Radial / 0805 | Condensador de oscilación y temporización | — | |
| Condensador cerámico multicapa (MLCC) Tensión nominal 50V, dieléctrico X7R | 10nF | 0805 / Radial | Condensador de desacoplo de ruido para Pin 5 CONTROL | — | |
| Condensador electrolítico de aluminio Tensión nominal ≥ 25V, estabiliza el riel de entrada ante variaciones de carga | 100µF | Radial Ø6.3mm | Condensador de reserva masiva de alimentación VCC | — | |
| Condensador cerámico multicapa (MLCC) Tensión nominal 50V, dieléctrico X7R; colocar cerca de los pines 8 y 1 con conexiones cortas | 100nF | 0805 / Radial | Desacoplo de alta frecuencia del riel de alimentación VCC | — |
Aplicaciones prácticas y casos de uso
Fuentes de pulsos de reloj digital y generadores de latido para microcontroladores
Generadores de alarma audible, zumbadores piezoeléctricos y sirenas acústicas
Circuitos destelladores LED y sistemas de balizas ópticas pulsadas
Fuentes de pulsos de referencia periódicos para bancos de pruebas y temporizadores de laboratorio
Trampas críticas de diseño y precauciones de ingeniería
Trampas encontradas en montajes reales, con la solución de cada una.
Perturbaciones de alimentación durante la conmutación
La conmutación de salida y los cambios de corriente de carga pueden perturbar la alimentación. Un desacoplo local insuficiente puede afectar la temporización o circuitos cercanos; la magnitud depende de las condiciones de operación y del trazado.
Mitigación
TI recomienda un condensador cerámico de desacoplo de 100 nF entre VCC y GND. Coloque C4 cerca de Pin 8 y Pin 1 con conexiones cortas. C3 es el condensador de reserva adicional de 100 µF utilizado en este diseño.
Ruido electromagnético en pin flotante de tensión de control (Pin 5)
Dejar el Pin 5 (CONTROL) desconectado permite que el ruido de alta frecuencia e interferencias EMI se acoplen al divisor resistivo interno de 2/3 VCC, generando jitter de temporización y fluctuaciones erráticas de frecuencia.
Mitigación
En este circuito, conecte C2 = 10 nF entre Pin 5 y GND cerca del integrado para reducir el acoplamiento de ruido al umbral de control.
Fuentes primarias
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