p9 fuentes estabilizadas

ING. ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA: MANUEL SAGBAY 1

Práctica # 9: Fuentes estabilizadas y yconfiguración del CI 555

Manuel Sagbay

[email protected]

Abstract—En el informe presente se darán a conocer lasdiferentes disposiciones de conexión de los transistores, los cualesnos permitirán el control de otros elementos en el circuitos.

I. OBJETIVOS

1) Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de unafuente doble simétrica que entregue tensiones de: ±5Vy ±12V para una corriente de 300mA para cada una

2) Diseñar, calcular y comprobar el funcionamiento de unafuente variable de 0 a 15V y una corriente de salida de0.4A.

3) Verificar el funcionamiento del mediante el diseño ycálculo de un circuito de aplicación que demande lasconfiguraciones de monosestable y aestable del 555.Usar la fuente estabilizada de +5V

II. MARCO TEÓRICO.

A. Regulador

Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga dereducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de latensión exacta que queramos. En esta sección nos centraremosen los reguladores integrados de tres terminales que son losmas sencillos y baratos que hay, en la mayoría de los casosson la mejor opción.

Este es el esquema de una fuente de alimentación reguladacon uno de estos reguladores:

Figure 1. Esquema con regulador

Es muy corriente encontrarse con reguladores que reducenel rizado en 10000 veces (80 dB), esto significa que si usasla regla del 10% el rizado de salida será del 0.001%, es decir,inapreciable.

Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de estetipo son:

1) La tensión entre los terminales Vout y GND es de unvalor fijo, no variable, que dependerá del modelo deregulador que se utilice.

2) La corriente que entra o sale por el terminal GND esprácticamente nula y no se tiene en cuenta para analizar

el circuito de forma aproximada. Funciona simplementecomo referencia para el regulador.

3) La tensión de entrada Vin deberá ser siempre unos 2 o3 V superior a la de Vout para asegurarnos el correctofuncionamiento.

1) Regulador de la serie 78XX:: Este es el aspecto de unregulador de la serie 78XX. Su característica principal es quela tensión entre los terminales Vout y GND es de XX voltiosy una corriente máxima de 1A. Por ejemplo: el 7805 es de5V, el 7812 es de 12V... y todos con una corriente máxima de1 Amperio. Se suelen usar como reguladores fijos.

Existen reguladores de esta serie para las siguientes ten-siones: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24 voltios. Se ponensiguiendo las indicaciones de la página anterior y ya esta,obtenemos una Vout de XX Voltios y sin rizado.

Figure 2. Configuración del regulador 78XX

2) Regulador de la serie 79XX:: El aspecto es como elanterior, sin embargo este se suele usar en combinación conel 78XX para suministrar tensiones simétricas. la tensión entreVout y GND es de – XX voltios, por eso se dice que este esun regulador de tensión negativa. La forma de llamarlos esla misma: el 7905 es de 5V, el 7912 es de 12... pero paratensiones negativas.

Figure 3. Configuración del regulador 79XX

Una fuente simétrica es aquella que suministra una tensiónde + XX voltios y otra de – XX voltios respecto a masa. Para


ello hay que usar un transformador con doble secundario, masconocido como "transformador de toma media" o "transfor-mador con doble devanado". En el siguiente ejemplo se haempleado un transformador de 12v + 12v para obtener unasalida simétrica de ± 12v:

Figure 4. Fuente estabilizada a +12V y -12V

3) Regulador ajustable LM317:: Este regulador de tensiónproporciona una tensión de salida variable sin mas que añadiruna resistencia y un potenciómetro. Se puede usar el mismoesquema para un regulador de la serie 78XX pero el LM317tiene mejores características eléctricas. El aspecto es el mismoque los anteriores, pero este soporta 1,5A. el esquema a seguires el siguiente:

Figure 5. Fuente estabilizada a +12V y -12V

En este regulador, como es ajustable, al terminal GND sele llama ADJ, es lo mismo.

La tensión entre los terminales Vout y ADJ es de 1,25voltios, por lo tanto podemos calcular inmediatamente lacorriente I1 que pasa por R1:

I1 = 1.25/R1

Por otra parte podemos calcular I2 como:

I2 = (Vout − 1.25)/R2

Como la corriente que entra por el terminal ADJ la con-sideramos despreciable toda la corriente I1 pasará por elpotenciómetro R2. es decir:

I1 = I2

1.25/R1 = (Vout − 1.25)/R2

que despejando Vout queda:

Vout = 1.25 · (1 +R2/R1)

Si consultas la hoja de características del LM317 verás quela fórmula obtenida no es exactamente esta. Ello es debidoa que tiene en cuenta la corriente del terminal ADJ. El errorcometido con esta aproximación no es muy grande pero siquieres puedes usar la fórmula exacta.

Observando la fórmula obtenida se pueden sacar algunasconclusiones: cuando ajustes el potenciómetro al valor mínimo(R2 = 0Ω) la tensión de salida será de 1,25 V. Cuandovayas aunmentando el valor del potenciómetro la tensión enla salida irá aumentando hasta que llegue al valor máximo delpotenciómetro.

B. CI 555

Es uno de los Circuitos Integrados más famosos, de losmás utilizados. Según el tipo de fabricante recibe una desig-nación distinta tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C,MC1455, NE555, LM555, etc. aunque se lo conoce como "el555" y ya todos saben de que se está hablando.+

Respecto al formato o encapsulado, puede ser circularmetálico, hasta los SMD, pasando por los DIL de 8 y 14patillas.

Existen versiones de bajo consumo con el mismo patillajey versiones dobles, es decir que contienen 2 circuitos igualesen su interior, que comparten los terminales de alimentacióny se conocen con la designación genérica de 556, observa lasiguiente imagen...

Figure 6. Disposición del CI 555

1) Utilización: Este circuito es un "Timer de precisión",en sus orígenes se presentó como un circuito de retardosde precisión, pero pronto se le encontraron otra aplicacionestales como osciladores astables, generadores de rampas, tem-porizadores secuenciales, etc., consiguiéndose unas tempo-rizaciones muy estables frente a variaciones de tensión dealimentación y de temperatura.

2) Características generales.: El circuito puede alimentarsecon tensión continua comprendida entre 5 y 15 voltios, aunquehay versiones que admiten tensiones de alimentación hasta2 V., pero no son de uso corriente. Si se alimenta a 5V escompatible con la familia TTL.

La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200mA.,muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitardirectamente relés y otros circuitos de alto consumo sinnecesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidaden frecuencia es de 0,005% por ºC.


Necesita un número mínimo de componentes exteriores,la frecuencia de oscilación se controla con dos resistenciasy un condensador. Cuando funciona como monoestable elretardo se determina con los valores de una resistencia y deun condensador.

3) Diagrama interno.: El funcionamiento y las posibil-idades de este circuito se pueden comprender estudiandoel diagrama de bloques. Básicamente se compone de dosamplificadores operacionales montados como comparadores,un circuito biestable del tipo RS del que se utiliza su salidanegada, un buffer de salida inversor que puede entregar oabsorber una corriente de 200mA. y un transistor que se utilizapara descarga del condensador de temporización.

Figure 7. Diagrama interno del CI 555

Una red de tres resistencias iguales fija los niveles dereferencia en la entrada inversora del primer operacional,y en la no inversora del segundo operacional, a 2/3 y 1/3respectivamente de la tensión de alimentación.

Cuando la tensión en el terminal umbral (THRESHOLD)supera los 2/3 de la tensión de alimentación, su salida pasaa nivel lógico "1", que se aplica a la entrada R del biestable,con lo cual su salida negada, la utilizada en este caso, pasaa nivel "1", saturando el transistor y comenzando la descargadel condensador, al mismo tiempo, la salida del 555 pasa anivel "0".

Pasemos ahora al otro amplificador operacional, si la ten-sión aplicada a la entrada inversora, terminal de disparo(TRIGGER), desciende por debajo de 1/3 de la tensión dealimentación, la salida de este operacional pasa a nivel alto,que se aplica al terminal de entrada S del biestable RS, conlo que su salida se pone a nivel bajo, el transisor de descargadeja de conducir y la salida del 555 pasa a nivel lógico alto.

La gama de aplicaciones del circuito se incrementa, puesse dispone de un terminal de reset, activo a nivel bajo, quese puede utilizar para poner a nivel bajo la salida del 555 encualquier momento.

4) Circuito monoestable con el CI 555: La salida delcircuito es inicialmente cero, el transistor está saturado y nopermite la carga del condensador C1. Pero al pulsar SW1 seaplica una tensión baja en el terminal de disparo TRIGGER,

que hace que el biestable RS cambie y en la salida aparezcaun nivel alto. El transistor deja de conducir y permite queel condensador C1 se cargue a través de la resistencia R1.Cuando la tensión en el condensador supera los 2/3 de latensión de alimentación, el biestable cambia de estado y lasalida vuelve a nivel cero.

R2 esta entre 1k y 3,3 M, el valor mínimo de C1 es de500pf.

Figure 8. CI 555 como monoestable

5) Circuito astable con el CI 555: Cuando se conecta laalimentación, el condensador está descargando y la salidadel 555 pasa a nivel alto hasta que el condensador, que seva cargando, alcanza los 2/3 de la tensión de alimentación,con esto la salida del biestable RS pasa a nivel "1", y lasalida del 555 a ceroy y el condensador C1 comienza adescargarse a través de la resistencia RB. Cuando la tensión enel condensador C1 llega a 1/3 de la alimentación, comienza denuevo a cargarse, y asi sucesivamente mientras se mantengala alimentación.

RA toma valores entre 1k y 10M, RB<RA

Figure 9. CI 555 como aestable

6) Circuito astable con onda simétrica con el CI 555:En este circuito astable se muestra cómo puede obtenerse unaonda simétrica; el modo de hacerlo es que el condensador tardeel mismo tiempo en cargarse que en descargarse, los caminosde carga y descarga deben ser iguales y se separan con dos


diodos. El condensador C2 evita fluctuaciones de tensión enla entrada de control.

Figure 10. CI 555 como aestable con onda simétrica

7) Terminal del reset: El terminal de reset puede conectarsedirectamente al positivo o bien mantener el nivel alto pormedio de una resistencia, por ejemplo de 2k2. Al actuar sobreel pulsador, la salida del 555 pasa a nivel bajo directamente.Es como poner el integrado en un estado de reposo.

Figure 11. Configuración de terminal con el Reset

8) Modulación del ancho de pulso: Aplicando una señalde nivel variable a la entrada de CONTROL el pulso de salidaaumenta de ancho al aumentar el nivel de esa tensión.

Figure 12. Configuración para modulación de ancho de pulso

9) Modulación del retardado de pulso: Aquí el pulso desalida aparece con mayor o menor retardo según aumente odisminuya la tensión aplicada al terminal de control.

Figure 13. Configuración para modulación de retardado de pulso

III. LISTA DE MATERIALES

1) 2 Condensadores de 1000uF 25V2) 2 resistencias de 47ohmios a 5W3) 2 resistencias de 15 ohmios a 5W4) 1 Protoboard.5) 1 Regulador 78056) 1 Regulador 79057) 1 Regulador 78128) 1 Regulador 79129) 2 Resistencia de 330

10) 1 CI 55511) 1 Resistencia de 10K12) 1 Resistencia de 5.6K

IV. LISTA DE INSTRUMENTOS

1) 1 Fuente2) 1 Multimetro.3) 1 Osciloscopio.

V. DESARROLLO

A. Mediciones y Ejecución.

Para cumplir con el objetivo se ha tenido que calcular elcondensador asi como tambien las resistencias de carga paracada una de las salidas de voltaje.


C1

C2

T10

1

2

3

4

D1 D2

D3 D4

V1

U1LM7805CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U2LM7812CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U3LM7905CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U4LM7912CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

R1R3

R2R4

Figure 14. Diseño

Datos:

I+5,−5,+12,−12 = 300mA

Calculos:

Vrms = 13.5V

Vp = 13.5√

2 = 19.09V

Vmax = 19.09− 0.7 = 18.39V

Vr = 18.39− 12− 2 = 4.39V

C1 = C2 =I1 + I2120 · Vr

=600mA

120 · 4.39= 1138µF ≈ 1000µF

RC1 = RC2 =12V

300mA= 40Ω

PRc1 = PRc2 = 12V · 0.3A = 3.6W

RC3 = RC4 =5V

300mA= 16.7Ω

PRc3 = PRc4 = 5V · 0.3A = 1.5W

C11000µF

C21000µF

T10

1

2

3

4

D1DIODE_VIRTUAL

D2DIODE_VIRTUAL

D3DIODE_VIRTUAL

D4DIODE_VIRTUAL

V1

127 Vrms 60 Hz 0°

U1LM7805CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U2LM7812CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U3LM7905CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

U4LM7912CT

LINE VREG

COMMON

VOLTAGEIN

GND

OUT

R140Ω R3

16.7Ω

R240Ω R4

16.7Ω

Figure 15. Circuito final

Tabla de análisis:

Incg Multimetro Incg OsciloscopioI+12V 230.9mA V+12V 12VI+5V 296.5mA V+5V 5.18VI−12V 246mA V−12V -11.6VI−5V 301.4mA V−5V -4.6VVC+ 14.65V VC+ 15VVC− 14.61V VC− 15.6VIC− 600mA VD1 -14.3VIC+ 600mA VD2 -14.4V

VD3 -14.2VVD4 -14.2V

Figure 16. Voltajes Inversos Diodos

Figure 17. Señal en el Condensador.

B. Objetivo 2


C3T2

0

1

2

3

4

D5 D6

V2

R5

U5

Vout

ADJ

Vin

R6

100%

Figure 18. Diseño

Datos:

Iout = 400mA

Calculos:

Vrms = 13.5V

Vp = 13.5√

2 = 19.09V

Vmax = 19.09− 0.7 = 18.39V

Vr = 18.39− 15− 2 = 1.39V

C2 =Iajustable + Iout

120 · Vr=

405mA

120 · 1.39= 2424uFµF ≈

3300µF

R6 =1.25V

5mA

P =15− 1.25V

5mA= 2740uF

C33023µFT2

0

1

2

3

4

D5DIODE_VIRTUAL

D6DIODE_VIRTUAL

V2

13.5 Vrms 60 Hz 0°

R5240Ω

U5LM317AH

Vout

ADJ

Vin

R6

2.75kΩKey=A

100%

Figure 19. Circuito final

Tabla de análisis:

Incg Multimetro Incg OsciloscopioVsmax 16.28V Vd1 -17.2VVsmin 1.22V Vd2 -17.3VIsmax 460mA Vsmin 1.22VIsmin 39.5mA Vsmax 15.1V

Vc 33.4V Vsint 8.50VVc 35V

Figure 20. Señal en el condensador

Figure 21. Voltaje minimo en el regulador


Figure 22. Voltaje medio en el regulador

Figure 23. Voltaje Maximo en el regulador

C. Objetivo 3

Circuito Aestable:

R4

DC 7

Q 3

GN

D1

VC

C8

TR2 TH 6

CV5

U1

555

R122k

R21k

C10.1uF

C233uF

B15V

D1LED-R

R3330

Figure 24. Diseño

Datos:

Tt = 1s

Calculos:

Tt = 0.693 · (RA +RB) · C1 + 0.693 ·RB · C1

C =1s

0.693 · (1k + 22k) + 0.693 · 22k= 32.06µF ≈ 33µF

T1 = 0.693 ·(RA+RB) ·C1 = 0.693 ·(23k) ·33µF = 0.5259s

T2 = 0.693 ·RB · C1 = 0.693 · 22k · 33µF = 0.5031s

Tt = T1 + T2 = 0.5259s+ 0.5031s = 1.029s

F = 1/1.029 = 0.9717Hz

Tabla de análisis:

Incg Multimetro Incg OsciloscopioVs 3.43V Vs 4.19V

Ving 4.67V Ving 5.35VIled 3.7mA

Figure 25. Señal de Salida

Circuito Monoestable:

Figure 26. Diseño


Datos:

Tt = 5s

Calculos:

Tt = ln(3) ·R1 · C1 :

R =5

1.1 · 1000uF 1= 4.545K‘Ω

Figure 27. Voltaje minimo en el regulador

Análisis:: Se puede apreciar que los calculos para la prác-tica presente son muy sencillos y eficaces, de ta manera queno existe mucha complicación respecto a eso, sin embargo sedeben tener en cuenta los factores de temperatura que puedenalterar los valores del circuito de los reguladores de voltaje.

Con respecto al CI555 se han podido estudiar las dosmaneras mas comunes de armado con este circuito integrado-monoestable y aestable-, de igual manera el análisis que seusa para determinar los parámetros necesarios no tiene mayorcomplijidad que con los reguladores.

VI. CONCLUSIONES.

• Al observar el funcionamiento del CI555 se puede es-tablecer que es mucho más útil al momento de realizarcircuitos monoestables o aestables, ya que se costo esmenor, asi como también el espacio que se utiliza parasu armado, y no existen complicaciones grandes conrespecto al cálculo.

• As seen, the behavior of the circuit is very stable andperformed their effectiveness when using the componentsused is much better, saving space, cost deducted, etc..

VII. BIBLIOGRAFÍA.

REFERENCES

[1] http://electronica.webcindario.com/tutoriales/fuentes15.htm[2] http://r-luis.xbot.es/icdatos/555.html

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p9 fuentes estabilizadas

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