ELECTRONICA II MAESTRO: ING. JOSE FLORENCIO SILVA GARCIA
TRABAJO DE INVESTIGACION
ALUMNO: JUAN ANGEL RODRIGUEZ SALINAS NC: 08480328
GUADALUPE N.L.
2 DE JUNIO DEL 2011
ESTRUCTURAS Y ESPECIFICACIONES TEMPORIZADORES INTEGRADOS
DE
LOS
CIRCUITOS
Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida. En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 está compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistores encapsulados en silicio.Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito.
Descripción de las terminales del Temporizador 555
Pines del 555.
GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.
Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee". Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monoestable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.
Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.
EXPLICACIÓN DE LOS CICLOS DE TRABAJO EN LOS CIRCUITOS INTEGRADOS El ciclo de trabajo o ciclo útil es la fracción de tiempo donde la señal es positiva o se encuentra en estado activo. Es un valor comprendido entre 0 y 1 y viene dado por la siguiente expresión:
Donde: D es el ciclo de trabajo τ es la duración donde la función está en nivel alto (norma lmente cuando la función es mayor que cero); Τ es el Periodo de la función. El ciclo útil D es definido como la relación entre la duración del pulso τ y el período (T) de una onda cuadrada
TIPOS DE CIRCUITOS TEMPORIZADORES
1.- Temporizador a la conexión. 2.- Temporizador a la desconexión. 3.- Temporizadores térmicos. 4.- Temporizadores neumáticos. 5.- Temporizadores de motor síncrono. 6 Temporizador electrónico. 7.- Temporizador para arrancadores estrella - delta. 8.- Temporización neumática. 9.- Temporización magnética. 10.- Temporización térmica. 11.- Relees de barras dilatables. 12.- Temporización electrónica
CIRCUITOS MULTIVIBRADORES La electrónica digital trabaja con valores discretos o binarios donde la señal es representada por una onda cuadrada. Para generar esta onda se suele utilizar unos circuitos llamados multivibradores , estos se encargan de generar una onda de salida de forma cuadrada. Los multivibradores se pueden dividir en dos clases: funcionamiento continuo o de impulso . El continuo se conoce como astable , donde genera una onda a partir de la propia fuente de alimentación. Los de impulso funcionan a partir de una señal de disparo o impulso el cual justo después de la excitación sale de su estado de reposo. Si posee ambos estados, se denomina biestable o flip-flop , si posee uno, se llama monoestable. Los multivibradores suelen estar integrados, pero a nivel de componentes discretos suelen estar formados por transistores, condensadores y alguna resistencia.
El biestable o flip-flop Su funcionamiento es como sigue: en la figura 1 puedes apreciar un circuito muy simplificado de un biestable o flip-flop, está formado por dos transistores,T2 esta en conducción o pasante gracias a la corriente positiva que recibe su base a través de R1.Mientras T2 conduce T1 permanece en corte y esta situación se mantiene mientras no reciba un impulso del exterior. si se le aplica una señal de entrada de sentido conveniente sobre los colectores del montaje, la situación se invierte.
Figura 1
El astable En la figura 2 se puede apreciar un circuito de este tipo, formado por un par de transistores una red de resistencia y condensadores. Todo astable no tiene ningún estado estable, solo dos estados casi estables y permanece en cada uno en intervalos de tiempos predeterminados T1 y T2,donde se deduce que: después de T1 segundos en uno de los estados, el circuito cambia al otro estado y permanece ahí T2 segundos .Figura
2
El monoestable Todo monoestable tiene un estado estable, donde puede estar durante un tiempo indefinido, y uno cuasi estable, el cual toma el circuito al ser disparado y permanece un tiempo predeterminado T. En la figura 3 podemos ver un circuito de este tipo. Figura 3
APLICACIONES DE LOS TEMPORIZADORES Y MULTIVIBRADORES Un temporizador se usa para conectar un circuito durante un tiempo o para conectar un circuito pasado un tiempo. Por ejemplo: - Para que apretando un botón se encienda el riego automático durante algunos minutos. - En aplicaciones industriales, se suelen usar motores de gran potencia, que no se pueden arrancar de golpe porque necesitarían demasiada potencia. Lo que se hace es ar rancarlos con menos voltaje y pasado unos segundos, cuando ya está un poco acelerado, se le pone todo el voltaje. Es lo que se llama una arrancada estrella-triángulo. Pues se usan temporizadores para determinar el t iempo que el motor debe estar conectado en estrella (menor voltaje). Los multivibradores son circuitos "más electrónicos". Hay de varias clases. Las más importantes son: - Monoestables: Si les das un pulso cambian su salida durante un breve per iodo de tiempo. Luego hasta que no reciben otro pulso no hacen nada. Aplicación: En las puertas con cerradura electrónica se pueden usar para que si se pone la combinación correcta permitan abrir la puerta durante unos breves segundos. - Astables: Van oscilando por si solos. Se suelen usar en base s de tiempo, como relojes para circuitos digitales
OPEN COLLECTOR Un colector abierto es un tipo de salida en muchos circuitos integrados (IC) . En lugar de salir una señal de un voltaje o corriente específica, la señal de salida se aplica a la base de un interno del transistor NPN , cuyo colector se exterioriza (abierto) en un pin del CI. El emisor del transistor está conectado internamente a la terminal de tierra. Si el dispositivo de salida es un MOSFET de la salida se llama drenaje abierto y funciona de forma similar
QUE ES EL THREE STATES Y TÓTEM POLE?
Respecto a la etapa de salida que forman conjuntamente Q4, D y Q3, denominada "totem - pole", ofrece las siguientes ventajas: *Al funcionar Q4 como seguidor de emisor, la impedancia que se ve desde la salida de la puerta hacia adentro es bastante baja, lo que permite que el circuito TTL pueda funcionar con cargas capacitivas a notable velocidad. *La misión de D es evitar que Q4 conduzca cuando Q3 está saturado, ofreciéndole una alta impedancia de carga de colector. *Durante las transiciones de un estado a otro, especialmente cuando Q3 pasa de saturación a corte; ya que este es un proceso más lento que la puesta en conducción de Q4, existe un intervalo de tiempo, de varios nanosegundos, en que tanto Q3 como Q4 conducen, ofreciendo un camino de baja impedancia visto desde la tensión de alimentación, Vcc. La función de D se puede resumir diciendo que minimiza el consumo de potencia.
Salida triestado en TTL La configuración es similar a la Totem-pole , pero se le añade un transistor T5 que es gobernado por la patilla de inhibición, de forma que introduciendo un "1" se le hace conducir haciendo que su VCE=0. Esto provoca que T1 conduzca y provoque el corte de T2, que a su vez provoca el corte de T3. Al mismo tiempo la conducción de T5 provoca el corte de T4.
La principal aplicación, como se puede apreciar en la figura, es la construcción de buses de comunicación en los que cada puerta deposita la información de manera aleatoria.
Salida triestado en TTL
DIAGRAMA DE TRANSICION
El diagrama de transición de estado (también conocido como DTE) enfatiza el comportamiento dependiente del tiempo del sistema. Este tipo de modelo sólo importaba para una categoría de sistemas conocido como sistemas de tiempo-real; como ejemplo de estos sistemas se tienen el control de procesos, sistemas de conmutación telefónica, sistemas de captura de datos de alta velocidad y sistemas de control y mando militares. En la figura 4.3.1 se muestra un DTE típico. Este diagrama muestra el comportamiento de una máquina contestadora de teléfono normal. Los principales componentes del diagrama son estados, y flechas que representan los cambios de estado.
Figura 4.3.1: Diagrama de transición de estados.
ESCALAS DE INTEGRACION Atendiendo al nivel de integración -número de componentes- los circuitos integrados se pueden clasificar en:
SSI (Small Scale Integration ) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores MSI (Medium Scale Integration ) medio: 101 a 1.000 transistores LSI (Large Scale Integration ) grande: 1.001 a 10.000 transistores VLSI (Very Large Scale Integration ) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores ULSI (Ultra Large Scale Integration ) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores GLSI (Giga Large Scale Integration ) giga grande: más de un millón de transistores
FAMILIAS LOGICAS El diseñador de circuitos digitales dispone de muchas familias de CI digitales, algunas de ellas se mencionan a continuación:
1.
Familias Bipolares:
RTL lógica de resistencia-transistor DTL lógica de diodo-transistor TTL lógica de transistor-transistor (Tipos: TTL estándar, TTL de baja potencia, TTL de alta velocidad, TTL Schottky, TTL Schottky avanzada de baja potencia, TTL Schottky avanzada)
ECL lógica de emisores acoplados (también llamada CML, lógica en modo de corriente)
HTL lógica de alto umbral (también llamada HNIL, lógica de alta inmunidad
al ruido)
HL lógica de inyección integrada
FLIP-FLOP RS CONTROLADO POR UN PULSO DE RELOJ: Ejemplo de las compuertas NAND, pero le agregaremos dos compuertas más, y uniremos la entrada de cada una a una señal de Reloj...
Lo dicho más arriba, necesitamos un generador de pulsos (Astable) para conectarlo en la entrada Clock, una vez lo tenemos pasamos a interpretar el circuito... Si pones un 0 en Set y la entrada Clock está a 1 ocurrirá todo lo que se describe en el esquema anterior, veamos que ocurre cuando Clock pasa a 0...
¡Sorpresa!, el FF se mantiene sin cambios en Q y -Q Fíjate que ahora no importa el estado de Set y Reset, esto se debe a su tabla de verdad (basta que una de sus entradas sea 0 para que su salida sea 1) por lo tanto Set y Reset quedan inhabilitadas. Es decir que se leerán los niveles de Set y Reset sólo cuando la entrada Clock sea 1.
NOTA 1: El primer circuito que vimos (Flip-Flop simple) es llamado Flip- Flop Asíncrono ya que puede cambiar el estados de sus salidas en cualquier momento, y sólo depende de las entradas Set y Reset.
NOTA 2: El segundo circuito es controlado por una entrada Clock y es llamado FlipFlop Síncrono ya que el cambio de estado de sus salidas esta sincronizado por un pulso de reloj que realiza la lectura de las entradas en un determinado instante.
MULTIPLEXORES . Un Multiplexor o “
es un circuito lógico que acepta varias
entradas de datos y permite que sólo una de ellas pase a un tiempo a la salida. El enrutamiento de la entrada de datos hacia la salida está controlado por las entradas de selección (a las que se hace referencia a veces como las entradas de dirección). El multiplexor, también conocido como
actúa como un conmutador
multiposicional controlado digitalmente, donde el código digital aplicado a las entradas de selección controla cuáles entradas de datos serán conmutadas
hacia la salida. Por ejemplo, la salida será igual a la entrada de datos, llamémosle D para el código de entrada de selección que sea cero (ABC=000 en el diagrama de abajo); la salida será igual D para cuando el código de selección sea uno y así sucesivamente. Establecido de otra manera, un multiplexor selecciona
de
fuentes de datos y transmite los datos
seleccionados a un solo canal de salida. Esto se llama multiplexión o multiplexaje. Los multiplexores son representados en diagramas de bloques como trapezoides isósceles. A continuación muestro el esquemático de un multiplexor de dos entradas y una salida con su respectivo bit de selección:
ó
Un ejemplo de multiplexores (aunque no digitales como los que vemos aquí) se ve en las líneas telefónicas. Éstas usan exactamente este principio. Transmiten
varias llamadas telefónicas (señales de audio) a través de un único par cableado usando la técnica de “multiplexado” y cada señal de audio va únicamente al
receptor al que está destinado. Una aplicación común para los MUX es encontrado en las computadoras, en las cuales la memoria dinámica usa las mismas líneas de dirección para el direccionamiento tanto de las filas como de las columnas. Un grupo de multiplexores es usado para primero seleccionar las direcciones de la columna y luego cambiar para seleccionar la de la fila. Este esquema permite que grandes cantidades de memoria sean incorporadas dentro de una computadora mientras se limita a la vez la cantidad de conexiones de cobre requeridas para conectar la memoria al resto del circuito. Por eso es que también se les conoce a veces como “selectores de datos”.
DEMULTIPLEXORES Es lo inverso a un multiplexor. Los demultiplexores o DEMUX tienen una entrada que es transferida a una de las m posibles líneas de salida. La línea m vendrá direccionada por los n bits de selección donde lo normal es que 2 n=m. Se podría decir que, como profundizaremos en el próximo tema,
.
Un uso popular del DEMUX es como decodificador y por eso suele usarse el término Demultiplexor/Decodificador indistintamente. Ya hablaremos de él en próximo tema, pero el propósito principal de un decodificador no es tanto transferir una entrada a una de las salidas sino llevar un valor binario (el de la entrada de selección) a una representación de una única línea a la salida. Esta función es de gran utilidad en la decodificación de la dirección en los microporcesadores por ejemplo cuando involucra la selección de uno de multiples dispositivos (como por ejemplo la memoria). De hecho, la mayoría de los decodificadores son de lógica invertida (o negativa) debido a que la mayoría de los dispositivos periféricos de los microprocesadores son activados por una señal baja (como el pin E' que vimos en los multiplexores en cascada hace un par de párrafos).
Fuentes http://es.wikipedia.org/wiki/NE555 http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_trabajo http://html.rincondelvago.com/temporizadores.html http://roboticayelectronica.blogspot.com/2009/01/circuitos-multivibradores.html http://translate.google.com/translate?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Open_ collector&ei=oMjZTaLcB4_BtgeOmOnoDg&sa=X&oi=translate&ct=result&resnum=1&ve d=0CCkQ7gEwAA&prev=/search%3Fq%3Dopen%2Bcollector%26hl%3Des%26prmd% 3Divns
http://www.angelfire.com/la/SEMICONDUCTORES/TTL.html http://www.doschivos.com/display.asp?ID=403&f=13547 http://www.unicrom.com/Dig_Tecnologia_TTL5.asp http://sistemas.itlp.edu.mx/tutoriales/analisis/43.htm
http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieriaelectronica/respuestas/129006/multivibradores-y-temporizadores
http://lasclases.com/CircuitosLogicos/tema9.html