MONTAJE / El NE555 para otras aplicaciones

Autor: Kabba Sirandou Ginkene

INTRODUCCIÓN

Este proyecto, contiene montajes con el NE555, el 555 tiene otras aplicaciones como temporizador o oscilador de onda cuadrada, desconocidas hasta ahora, o al menos jamás aplicadas y tampoco publicadas. Ya que se trata de usar el 555 como un fílp flop, con dos entradas. Estas entradas corresponden las patillas 2 y 6, la patilla 2 como set y la patilla 6, reset. Con esta configuración se puede diseñar cualquier automatismo desde un simple automático de cargas de baterías hasta un detector de agua. Pero en mi caso veremos un diseño de un detector de agua. Pero antes de empezar la descripción general del esquema de detector, quisiera que veamos cómo funciona el 555 en esta configuración. Creo que sería interesante, exponer un ejemplo práctico y una tabla de verdad del circuito, para aquellos que no conocen bien este circuito. Así tendrán una idea de cómo funciona el 555, para otras aplicaciones.

ESQUEMA ELÉCTRICO

Primero vamos a la tabla de verdad de este famoso circuito integrado como es el NE555. La tabla I corresponde las patillas 2 y 6 como entradas y la patilla 3 como salida. Para ver cómo funciona el 555 usando esta tabla vamos hacer un pequeño montaje, para ello necesitamos los siguientes componentes:

1 placa de prototipos  –  1 NE555 –  1 R1 6K8  – 1 R 2 680 OH –  1 C1.C2 10 ml

1 LED – 2 Conmutadores de tres posiciones

DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO

La R1 y R2, sirven para limitar la corriente que pasa por las patillas 2 y 6, como sabemos que la patilla 2, 6 corresponden las bases de los transistores internos de los operacionales que forman el 555. Y el Cl es un filtro de la alimentación. El C2, es un condensador que cumple dos funciones. Primero permite el 555 mantener cualquier estado lógico en ausencia de señal de entrada, es decir, si tenemos conectado la patilla 6 al positivo y la patilla 2 a la masa, el 555 activará. Pero cuando desconectamos la patilla 2 de la masa, y patilla 6 permanece conectado al positivo, el 555 desactivará. Esta inconveniencia la podemos resolver conectando, un condensador entre la patilla 2 y la masa. Estas es la primera función del C2. La segunda función, es que cuando conectamos cables de longitud considerable, en la entrada del circuito, estos cables se comportan como una antena gigante, causando oscilaciones indeseadas en el circuito. Para evitar esto hay que conectar un condensador entre la patilla 2 y la masa, en nuestro caso, C2. Los interruptores designados, SI y S2, nos servirán para alterar las patillas entre la masa y el positivo.

NOTA

Para pasar de una fila a otra tenemos que desconectar todas las patillas de sus estados anteriores, y volver a conectar a sus respectivos entradas de la siguiente fila. Así evitaremos errores.

PRIMER PASO

Montaremos el circuito de la figura 1 en placa de prototipos. Quienes no dispongan, conmutadores puede usar cabléenlos. El circuito está diseñado, para 5 a 12 V pero quienes no tengan una fuente alimentación, pueden usar una pila de 9 V.

SEGUNDO PASO

Primero analicemos la fila 1. Para ello conectaremos las patillas 2 y 6 a la masa por medio de los conmutadores designados, por S1 y S2, veremos que el LED se ilumina. Y después desconectaremos las patillas 2,6 de la masa, es decir, si dejamos las al aire, veremos que el LED permanece iluminado. El siguiente paso será la fila dos. En esta fila conectaremos la patilla 2 a la masa y la patilla 6 al positivo, el LED permanecerá encendido, es decir, no cambia de su estado anterior.

TERCER PASO

La fila tres, como vemos, en esta fila, hay que conectar la patilla 2 al positivo y la patilla 6 a la masa. Aquí la salida no cambia de estado, da igual que se encuentre un “1” o un “O”. Por eso en la tabla verdad, tenemos marcado una x en la salida, porque es irrelevante.

CUARTO PASO

Fila cuatro, en esta fila, tenemos que conectar las patillas 2 y 6 al positivo, en esta fila el LED, se apagará, porque la salida da un “O”. Podemos decir que el 555, en esta configuración, se puede usar como un inversor.

La figura IB, muestra otro ejemplo de aplicación, del 555. El LED se enciende cuando el interruptor está conectado a la masa, y se apaga cuando el interruptor está conectado a la Vcc. Este esquema es un interruptor de todo o nada, es decir, apagar y encender. La Rl conectada entre la patilla 6 y la Vcc nos permite apagar el LED, cuando la patilla dos está conectada a esta resistencia. Porque si patilla 6 estuviera suelta o conectada a la masa, sería imposible de apagar el LED, aunque esté conectada la patilla 2 a al positivo.

APLICACIONES

Sabiendo cómo funciona el circuito de una configuración a otra, podemos resolver cualquier problema lógico. Las aplicaciones que pueda tener el 555, en esta configuración, son muchas. Ya que con el 555 combinado con otros circuitos electrónicos como pueden ser puertas, operacionales, transistores, podemos resolver cualquier tipo de automatismos. Entre estas aplicaciones podemos citar las siguientes aplicaciones. Detector de agua, cambio de sentido de motores, detector de subida o bajada de una tensión, (especialmente de las baterías), sensor de luz, Fusible electrónico, alarmas, para puesta en marcha de motores con solo pulsador, etc.

A continuación veremos un esquema eléctrico de un detector de agua, que nos puede ser útil para bombas de agua, eléctrico válvulas.

Ne555 digramas

EL 555 COMO DETECTOR DE AGUA

INTRODUCCIÓN

Yo vivo el campo, en una urbanización. Aislada del pueblo, de momento no tenemos el agua corriente del pueblo. Cosa que implica tener un pozo e instalar bombas de agua para tener agua corriente en casa. Este proyecto surgió, por dos causas una porque tenía que poner la bomba en marcha manualmente una vez a la semana para llenar los depósitos, cosa que no me resulta fácil, porque muchas veces no me acuerdo de poner la bomba en marcha. Claro en estas circunstancias, es lógico a veces que uno esté duchando se quede sin agua, o la máquina de lavar en pleno trabajo se quede sin agua. Segundo, si pongo la bomba en marcha, me olvidaba de parla, entonces que pasaba, la bomba llenaba los depósitos y el agua se rebasaba gastando agua y energía eléctrica inútilmente. Entonces me puse a pensar cómo resolver este problema. Tengo que construir un aparato que sea capaz resolver estos dos problemas. No era una tarea fácil para mí ya que entonces estaba estudiando electrónica, pero al final lo conseguí. El aparato tiene que resolver los siguientes problemas:

OBJETIVOS

•   Que ponga la bomba en marcha cuando detecte un nivel mínimo de agua en los depósitos.

•   Y que pare la bomba si los depósitos están llenos.

•   Que pare la bomba cuando el pozo esté agotado.

•   Que la bomba no se ponga en marcha si no hay agua en el pozo, aunque los depósitos estén vacíos.

•   Que sea capaz de hacer una función individual, es decir, que podamos instalarlo solo para pozo o solo para depósito.

•   Que se pueda utilizar para funciones que no sea un simple detectorde agua.

Por ejemplo conectando en la entrada del circuito, otros circuitos par active desactive cualquier circuito Vamos a ver el esquema práctico del circuito, para comprender su funcionamiento. Tengo que decir, que el esquema de la figura 2, es un esquema parcial del proyecto que veremos en los capítulos siguientes. La figura 2 muestra el esquema de un detector agua. Como se puede ver en esta figura el circuito no es nada complicado. Para quienes desean realizar la prueba, solo necesitaran tres componentes activos y un poco de los pasivos, vea el esquema. Necesitamos un NE555, un NAND con referencia CD4011, también podemos utilizar un NOR con referencia CD4001, y un transistor. Todas estas puertas funcionan. Porque estas puertas, utilizándolas como inversores son compatibles. Como ya sabemos que estas puertas son tipo CMOS, y no son compatibles con las puertas TTL, porque los encapsulados son diferentes. Veamos cómo funciona el circuito con la ayuda una tabla de verdad. Tengo que decir que esta tabla no es una tabla de verdad de las puertas sino una tabla de este circuito, como podemos ver en la figura, estas puertas están en configuración inversor.

EL ESQUEMA ELÉCTRICO

Suponiendo que el lector sabe cómo funcionan las puertas NAND y NOR, ya que es importante saber como funcionan las estas puertas, para comprender el funcionamiento del circuito. Como recordatorio se expone dos tablas de verdad de una puerta NAND y una puerta NOR, vea las tablas siguientes. Como se puede ver en las tablas de verdad de las dos puertas, la primera fila y cuarta fíla de las dos tablas, nos dice que estas puertas pueden ser usado como inversores, cortocircuitando las dos entradas, se convierten un inversor. Vea las figuras de la derecha. Debo recordarle que el circuito puede funcionar con estas dos puertas, sin alterar el esquema, e incluso el circuito ya montado, podemos retirar un CD4011 de su zócalo, y poner en su lugar un CD4001. El circuito seguirá funcionando igual.

DESIGNACIÓN DE LOS SENSORES
En el esquema de la figura 2, los sensores están designados por S1, S2 y S3. El S1 está conectado directamente a la Vcc, y se conecta con S2 y S3 a través del agua. S2 es el sensor de vaciado, el S2 es el sensor de llenado. Si estos dos últimos se encuentran sumergidos en el agua, quiere decir que están conectados a la Vcc. El S2 que está conectado al NAND1, y este a su vez está conectado a la patilla 6 del 555, y la S3 está conectado al NAND2 y éste a la patilla 2 del 555. La función de los sensores es lo siguiente:
S1: alimentación de S1 y S2
S2: sensor de nivel mínimo, sirve para activar el circuito.
S3: sensor de nivel máximo, sirve para desactivar el circuito.

¿CÓMO FUNCIONA?
Ne555 tabla 2Llenado. Si el recipiente está lleno, el NAND1 y NAND2, están a un 1″ a través de los sensores S2 y S3, las patillas 2 y 6 del 555 se encuentran a un cero, como consecuencia la patilla 3 se pone a un 1″, por lo tanto el transistor excitado. A medida que va bajando el nivel de agua, como es lógico que el S3 salga primero, y si S3 se encuentra fuera del agua, el circuito no cambia de estado, ya que la patilla 2 del 555 se encuentra al” la patilla 6 está a O”. Si nos fijamos la tabla de verdad del 555, esta entrada corresponde la fila 3 de la tabla I. Pero en cuanto salga el S2 del agua, el circuito se balancea de 1″ a O”, como consecuencia de este cambio estado el transistor se desactiva, vea la tabla I fila 4.

Ne555 tablaVaciado. Vimos como se comporta el circuito, ante un vaciado de un pozo o un depósito. Ahora veamos como funciona ante el llenado de un depósito o un pozo. Cuando suba el nivel de agua, hasta que el S2 esté sumergido en el agua, el circuito no cambia de estado ya que la patilla 2 está a un nivel alto, y la patilla 6 está un nivel bajo, como el caso anterior. Vea la tabla I fila 3.pero cuando suba ‘el nivel de agua, hasta que el S3 esté sumergido en el agua, el 555 se cambia de estado, es decir, el circuito se activado, excitando el relé. Veamos de forma resumida, mediante una tabla de verdad, como funciona el circuito. Para aclarar todo lo comentado hasta ahora, así facilitar la comprensión de su funcionamiento. Tengo que deciros, que esta tabla corresponde tres estado de entrada.
Como podemos ver en esta tabla, el circuito trabaja con tres estado de entrada. Que son el llenado, el vaciado, la subida y bajada del nivel, es decir, cuando el S3 se encuentra fuera del agua. Vea la tabla III y figura 2. En esta tabla, podemos apreciar, que nuestro circuito, se activa cuando sube el nivel de agua y se desactiva cuando baja el nivel de agua. Lo cual es ideal para bombas que trabajan en pozos con frecuente sequía, así evitaremos un gasto inútil de la energía eléctrica, a su vez protege la bomba de calentamiento. Ya que si no hay agua en el pozo la bomba no se pondrá en marcha.
Para que el circuito haga lo contrario, de lo que venimos comentando hasta ahora, es decir, que desactive, cuando el nivel de agua sube y que se active cuando el nivel agua esté bajo. Será necesario invertir la señal de salida. Para ello tenemos dos opciones. La primera opción es usar puertas inversoras, como pueden ser nand, ñor o un inversor. Segunda opción es con transistores PNP, vea la figura 3 y la figura 4. Este último corresponde al esquema general de nuestro proyecto.
Mirando detenidamente las dos tablas, nos daremos cuenta, de que el esquema de la figura 2, es un circuito de llenado, ya que se activa cuando el depósito está lleno. Mientras la figura 3 es un esquema de vaciado porque se activa cuando el depósito está vacío. Una combinación de los esquemas, nos sale un circuito capaz de controlar a la vez, el pozo y el depósito. Y también puede hacer una sola función, es decir, que se puede utilizado, solo para el pozo o para el depósito.
La figura 4 corresponde una combinación de la figura 2, y la figura 3. Esta figura, cumple con todos los objetivos mencionados en la introducción. El circuito funciona de la siguiente manera. Si el depósito está vacío, envía una señal a la bomba, pidiendo que se ponga en marcha, para llenar el depósito. Si hay agua en el pozo la bomba se pondrá en marcha, hasta que el depósito esté lleno, una vez lleno el depósito, el mismo circuito envía una señal a la bomba, parándola automáticamente. Pero de lo contrario si no hay agua en el pozo la petición será denegada, hasta que el nivel de agua en el pozo sea lo adecuado para la puesta en marcha de la bamba. Esta figura será tratado más adelante.

DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES PASIVOS
Todos sabemos que los circuitos integrados de la tecnología CMOS, son sensibles a la corriente electroestática. Y sabemos también que esta tecnología, si dejamos las patillas de entradas, al aire, esto equivale, un nivel lógico alto en la salida. Pero a veces esto no basta para asegurar la estabilidad frente a la electricidad estática, como es sabido que estos componentes son, muy sensible a este fenómeno, sobre todo si conectamos cables de longitud considerable. Estos cables actúan como una antena gigante, haciendo oscilar el circuito. Por consiguiente, el relé conectado a la salida del circuito, también empezará a vibrar. Para evitar esto hay que conectar las patillas de entrada de las puertas a la masa por medio de resistencias, de un valor adecuado, este valor dependerá de la señal de entrada, y también de la sensibilidad del aparato. Cuanto mayor valor sean estas resistencias mas sensibilidad tendrá el aparato. Estas resistencias corresponden a la R1, R3, de la figura 2 y 3.

Ne555 figuras

El condensador C1 conectado entre la patilla de disparo del NE555 y la masa, tiene la misma misión que las resistencias. Con las puertas lo solucionamos con las resistencias, pero con el 555 lo solucionamos con un condensador. Y tiene una misión importante, ya que sin este condensador el circuito no funcionaría correctamente, el circuito, se activaría cuando no debe, o se apagaría cuando no debe. Para evitar el fenómeno mencionado, en le caso de 555, conectaremos un condensador entre la patilla de disparo y la masa.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE ESQUEMA DE LA FIGURA 4
Para realizar el montaje práctico de la figura 4 se usa un C1 que contiene dos NE 555. denominado NE556.La figura 5 A se muestra el diagrama de patillas de 556. Y figura 5 B se muestra el diagrama de patillas del NE555. Analice las dos figuras usted, mismo.
Como vimos que la figura 3, es un circuito que se activa cuando el depósito está vacío y se desactiva cuando el depósito está lleno. También vimos que el esquema de la figura 2 hace lo contrario, es decir, se activa cuando el pozo está lleno y se desactiva cuando el pozo está vacío. Vea la tabla III y IV de las dos figuras. En la figura 4, el esquema de la figura 3 será la etapa de salida, pero esta vez hemos invertido la salida con un transistor PNP, en vez de un NAND, y seguirá siendo el circuito que controla el depósito. Y la figura 2 será la etapa que control el pozo. Como vimos que el esquema de la figura 2, está a un nivel lógico bajo cuando el pozo está vacío. Pues vamos aprovechar este nivel lógico O”, para bloquear el circuito en caso de que el pozo no tenga agua. Por medio de D1, conectado entre la salida del segundo 555 y la patilla de disparo del primer 555 de la figura 4.

Ne555 tabla 3Ne555 esquema

Veamos como funciona el circuito de la figura 4.  Cuando todos los sensores, se encuentran dentro del agua el circuito está inactivo. Pero cuando el depósito está vacío y el pozo está lleno, las patillas 2 y 6 del 556 están a un 1″. y la salida, patilla 5 está a un O” entonces se activa el transistor, excitando la bobina del relé, y poniendo la bomba en marcha. Ya que en ese momento, en la salida del segundo 555 patilla 9 del 556, está a un nivel lógico 1″, este nivel lógico 1″ no alcanzará la patilla 6 del 556, porque queda bloqueado por el diodo D1. Como sabemos que, esta patilla corresponde la patilla de disparo del primer 555.
Ne555 digrama de patillaPero cuando el pozo está vacío, el S4 y S5, se encuentra fuera de agua, la salida del segundo 555 patilla 9 del 556, está a un nivel lógico O”, por consiguiente, la patilla 6 del 556, está cortocircuitado a la masa a través del diodo D1. Poniendo la salida patilla 5 del 556 a un 1″, siendo el transistor un PNP se bloquea. En ese momento no importa la señal procedente de S2. Ya que si no hay agua en el pozo, cualquier señal de S2 queda anulada por S4, hasta que el nivel de vuelva subir para que el S 5 dé una nueva orden al circuito.
Para decirlo de otra manera, el D1 sirve para disparar el 555 que conduce el transistor, con el nivel lógico O”, presente en la patilla 9 del 556 cuando no hay agua en el pozo. Por consiguiente el bloqueo del transistor, siendo un PNP al tener un nivel lógico alto en su base se bloquea por lo tanto el circuito está desactivado. Recuerda que este esquema contiene doble 555, vea la fígura5 A Y B.

DE MONTAJE
MATERIAL NECESARIO
Un soldador no más de 30 vatios Estaño de 1.5 mm

CONSEJOS ÚTILES
Antes de empezar a introducir los componentes en sus respectivos taladros, tenemos que, mirar detenidamente, la foto de figura 7, para no equivocarnos a la hora de introducir los componentes en sus respectivos agujeros. Teniendo en cuenta orientación de los componentes, tal como se muestra en la figura 7, en la figura se ve claramente como están orientados los diodos, el transistor, los zócalos y el condensador electrolítico. El condensador electrolítico, su patilla positiva tiene ir donde está marcado el signo +, tal como vemos en la foto. A la hora de soldar no pongas demasiado estaño en las soldaduras, porque podría producir cortocircuitos, entre los puntos de soldaduras, sobre todo en los pines de los zócalos. Tampoco es bueno un tiempo prolongado para soldar un componente.

Ne555 circuito

MONTAJE
Ne555 lista de componentesUna vez insolado, revelado, atacado y taladrado el circuito impreso, tenemos que recortar las partes sobrantes de la placa antes empezar a montar los componentes. Para ello tenemos que cortar arras del recuadro, teniendo cuidado no corta la pista, del recuadro. Porque esta pista, es la masa del circuito, aunque por la parte de la derecha donde están las muescas, si está cortada, no pasa nada.
Primero montaremos las resistencias, y diodos, cuando hayamos soldado las resistencias y diodos, procederemos a cortar las puntas sobrantes para que no nos estorben a la ahora de soldar el resto de componentes. Los restos que hemos cortado de las resistencias, tenemos que coger tres trozos, para hacer los tres puentes. Después los zócalos y luego el transistor, los condensadores y el puente, respectivamente. Ahora toca el regulador y las regletas. Introduciremos dos cables de medio mm de diámetro y de 9 cm de longitud en los taladros del LED, esto agujeros se encuentran delante del transistor. Luego estos cables servirán para conectar el LED, y alojarlo en un portaled en la parte frontal de la caja. Por último el transformador y el relé.

VERIFICACIONES
Ne555 esquema2Una vez montado todos los componentes y soldados. Revisaremos el circuito minuciosamente, antes de poner lo bajo tensión. Para corregir los posibles errores, que pueden ser cortocircuitos entre pistas una mala orientación de los componentes con polaridad. Es aconsejable limpiar la resina que lleva el estaño, porque es conductor de electricidad, es muy mal conductor pero es capaz de producir cortocircuito entre los pines y las pistas, por eso es preferible limpiarla. Echaremos un unas gotas de aguarrás sobre las pistas y luego lo frotaremos con un cepillo de plástico, que podemos usar un viejo cepillo de dientes. Así nos quedará limpio y brillante. Jamas con alcohol tampoco con un cepillo metálico, porque con alcohol, el estaño se ennegrece, y queda muy feo. Y con un cepillo metálico, nos pueden quedar trocitos del cepillo entre las pistas.
MONTAJES DE CAJA
Si cortamos el circuito impreso a las medidas muestradas en figura 6, tiene que entrar en la caja a presión, así no hará falta fijarlo con tornillos.

PRUEBAS DEL CIRCUITO
Para ello nos harán falta dos recipientes. S1, S2, y S3 en un recipiente, y S4, S5, y S6, en el otro. Una vez introducido los sensores en sus respectivos recipientes, es hora de empezar a sacar los sensores del agua para activar el circuito. Empezaremos a retirar el S2 del agua, y luego el S1, enseguida veremos que el circuito se activa, en este momento si retiramos el S4 y S5 en el otro recipiente, el circuito se desactivará, tal como vimos en descripción general del circuito. En caso de que utilicemos un solo recipiente para probar el circuito, tenemos que introducir todo los sensores en el mismo recipiente. Porque, es posible que algunos lectores piensen, que el S3 y S6 son iguales, introduciendo uno de ellos en el recipiente, es suficiente para probar el circuito. Pues no, si dejamos uno de los dos sensores fuera del agua el circuito no funcionará, parece mentira pero es cierto, sino lo cree pruébalo usted mismo.
INSTALACIONES
Identificación de los terminales:
2; Entrada de neutro
3; Entrada de la fase
8; Salida de relé, contacto NA
9; Salida de relé, contacto NC
10; Salida del sensor S6
11; Salida del sensor S5
12; Salida del sensor S4
15; Salida del sensor S3
16; Salida del sensor S2
17; Salida del sensor S1

CARACTERÍSTICAS DEL APARATO
Tensión de trabajo 220 V AC / Corriente de consumo 9 mA / Potencia máxima 2200 W
Tenemos tres posibles aplicaciones del circuito según la necesidad de cada uno, vea las tres figuras que vienen a continuación.

Figúra A y B. Este esquema es útil cuando la bomba o electro válvula, se acciona manualmente o desde otro circuito de control, es decir, por medio un interruptor. Entre las dos figuras, podemos elegir la que nos guste mas, ya que las dos conexiones, hacen la misma función. Porque la función de las conexiones es lo siguiente, cuando el pozo o depósito no tenga agua, la bomba no se pondrá en marcha aunque este accionado el interruptor. Pero cuando el nivel de agua llega hasta S5 para la figura A y S2 para la figura B, el circuito se dispara, poniendo en marcha la bomba o electro válvula. En caso de figura 10 A, hay que dejar los terminales, 17, 16, y 15, sin conectar. El caso de la figura 10 B, tenemos que conectar la bomba al terminal 9 de la caja, ya que este terminal corresponde el contacto normalmente cerrado del relé, Tal como vemos en figura, Las dos figuras tienen una ventaja, porque no están bajo tensión, permanente, ósea que consumen solo cuando el interruptor está cerrado.

Ne555 esquema3

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