Caso práctico: oscilador astable con NE555

Esquemático — Caso práctico: oscilador astable con NE555

Nivel: Básico — Construye un temporizador astable con NE555 que hace parpadear un LED a una frecuencia visible.

Objetivo y caso de uso

Vas a construir un temporizador astable simple con un NE555 alimentado con 5 V. El circuito generará una onda cuadrada repetitiva que enciende y apaga un LED continuamente.

Por qué es útil:
– Demuestra cómo un temporizador básico genera una señal de reloj sin microcontrolador.
– Es útil como indicador visual de parpadeo para alimentación o estado del sistema.
– Puede usarse como una fuente de prueba simple para comprobar herramientas de medición de frecuencia.
– Ayuda a los estudiantes a observar el comportamiento de carga y descarga del condensador en un circuito real.

Resultado esperado:
– VOUT conmuta entre aproximadamente 0 V y 5 V.
– El LED parpadea a una velocidad claramente visible, alrededor de 1 Hz a 3 Hz.
– El nodo de temporización TH_TR muestra una forma de onda repetitiva de carga/descarga entre aproximadamente 1/3 VCC y 2/3 VCC.
– El período medido es cercano al valor predicho por las ecuaciones del NE555 en modo astable.
– El ciclo de trabajo es mayor que 50% para la conexión astable estándar RA/RB.

Público objetivo y nivel: Principiantes en prácticas básicas de laboratorio de electrónica.

Materiales

  • U1: CI temporizador NE555, función: núcleo de oscilador astable
  • R1: resistencia de 10 kΩ, función: resistencia de temporización RA desde VCC hasta DIS
  • R2: resistencia de 68 kΩ, función: resistencia de temporización RB desde DIS hasta TH_TR
  • C1: condensador electrolítico de 10 µF, función: condensador de temporización
  • C2: condensador de 10 nF, función: filtro de ruido de tensión de control en CV
  • C3: condensador de 100 nF, función: desacoplo de alimentación entre VCC y GND
  • R3: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: indicador visual de salida
  • V1: fuente DC de 5 V
  • B1: protoboard, función: plataforma de montaje del circuito
  • J1: cables puente, función: interconexiones

Guía de conexionado

Usa los nombres de nodo VCC, 0, DIS, TH_TR, CV, RESET y VOUT.

  • V1 se conecta entre los nodos VCC y 0.
  • U1 pin 8 (VCC) se conecta al nodo VCC.
  • U1 pin 1 (GND) se conecta al nodo 0.
  • U1 pin 4 (RESET) se conecta al nodo VCC.
  • U1 pin 3 (OUT) se conecta al nodo VOUT.
  • U1 pin 7 (DISCH) se conecta al nodo DIS.
  • U1 pin 2 (TRIG) se conecta al nodo TH_TR.
  • U1 pin 6 (THRESH) se conecta al nodo TH_TR.
  • U1 pin 5 (CTRL) se conecta al nodo CV.
  • R1 se conecta entre los nodos VCC y DIS.
  • R2 se conecta entre los nodos DIS y TH_TR.
  • C1 se conecta entre los nodos TH_TR y 0; si es electrolítico, conecta el terminal positivo a TH_TR y el negativo a 0.
  • C2 se conecta entre los nodos CV y 0.
  • C3 se conecta entre los nodos VCC y 0, colocado físicamente cerca de U1.
  • R3 se conecta entre los nodos VOUT y LED_A.
  • D1 se conecta entre los nodos LED_A y 0; conecta el ánodo a LED_A y el cátodo a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — NE555 NE555 astable oscillator
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

Practical case: astable oscillator with NE555

[ V1: 5 V DC ] --(+)--> [ VCC ]
[ V1: 5 V DC ] --(-)--> [ 0 ]

[ VCC ] --(pin8 supply)--> [ U1: NE555 astable core ] --(pin3 = VOUT)--> [ R3: 330 ohm ] --(LED_A)--> [ D1: Red LED ] --> [ 0 ]
[ VCC ] --(RESET to pin4)--> [ U1: NE555 astable core ]
[ VCC ] --(R1: 10 k ohm, RA)--> [ DIS / U1 pin7 ] --(R2: 68 k ohm, RB)--> [ TH_TR / U1 pins2+6 ] --(timing sense)--> [ U1: NE555 astable core ]
[ TH_TR / U1 pins2+6 ] --(C1: 10 uF, + to TH_TR, - to 0)--> [ 0 ]
[ U1 pin5 = CV ] --(C2: 10 nF noise filter to 0)--> [ 0 ]
[ VCC ] --(C3: 100 nF decoupling to 0, close to U1)--> [ 0 ]
[ U1 pin1 = GND ] --> [ 0 ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama electrico del caso: Caso práctico: oscilador astable con NE555
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Mediciones y pruebas

  1. Inspección con la alimentación desconectada
  2. Comprueba que U1 pin 1 va a 0 y U1 pin 8 va a VCC.
  3. Verifica que U1 pin 2 y U1 pin 6 estén unidos en TH_TR.

  4. Confirma la polaridad del LED: ánodo hacia R3, cátodo hacia 0.

  5. Prueba inicial de alimentación

  6. Aplica 5 V desde V1.
  7. El LED debería empezar a parpadear inmediatamente.

  8. Si el LED permanece siempre encendido o siempre apagado, corta la alimentación y vuelve a revisar el conexionado.

  9. Medir la tensión de salida

  10. Mide VOUT con un multímetro u osciloscopio.
  11. Con un osciloscopio, espera una forma de onda similar a una cuadrada desde cerca de 0 V hasta cerca de 5 V.

  12. Con un multímetro, la lectura puede mostrar una tensión media entre esos límites, según la velocidad de parpadeo.

  13. Medir el nodo de temporización

  14. Mide TH_TR.
  15. Espera una forma de onda repetitiva del condensador que sube desde aproximadamente 1.67 V hasta 3.33 V cuando VCC = 5 V.

  16. Esto confirma los umbrales internos de 1/3 VCC y 2/3 VCC del NE555.

  17. Comprobar el nodo de tensión de control

  18. Mide CV.

  19. Espera una tensión casi estable cercana a 2/3 VCC, alrededor de 3.3 V, con un pequeño rizado.

  20. Estimar período y frecuencia

  21. Usa las ecuaciones estándar del astable:
  22. T = 0.693 x (R1 + 2R2) x C1
  23. f = 1 / T
  24. Con R1 = 10 kΩ, R2 = 68 kΩ, C1 = 10 µF:
  25. T ≈ 0.693 x (10k + 136k) x 10 µF ≈ 1.01 s
  26. f ≈ 0.99 Hz

  27. El parpadeo medido debería estar cerca de 1 parpadeo por segundo.

  28. Estimar el ciclo de trabajo

  29. Usa:
  30. tHIGH = 0.693 x (R1 + R2) x C1
  31. tLOW = 0.693 x R2 x C1
  32. Duty cycle ≈ tHIGH / T
  33. Para estos valores, el ciclo de trabajo es de aproximadamente 53%.
  34. En el osciloscopio, el tiempo en alto debería ser ligeramente mayor que el tiempo en bajo.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Astable oscillator with NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* NE555 Timer IC Subcircuit Instance
* Pins: GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
XU1 0 TH_TR VOUT VCC CV TH_TR DISCH VCC NE555

* Timing Components
R1 VCC DISCH 10k
R2 DISCH TH_TR 47k
C1 TH_TR 0 10u
C2 CV 0 10n

* Output Load (LED)
R3 VOUT LED_A 330
D1 LED_A 0 DLED

* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Astable oscillator with NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* NE555 Timer IC Subcircuit Instance
* Pins: GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
XU1 0 TH_TR VOUT VCC CV TH_TR DISCH VCC NE555

* Timing Components
R1 VCC DISCH 10k
R2 DISCH TH_TR 47k
C1 TH_TR 0 10u
C2 CV 0 10n

* Output Load (LED)
R3 VOUT LED_A 330
D1 LED_A 0 DLED

* Models
.MODEL DLED D(IS=1e-19 N=1.6 RS=10 BV=5 IBV=10u)

* Behavioral NE555 Subcircuit
.SUBCKT NE555 GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
* Internal voltage divider (3 x 5k resistors)
R1 VCC_PIN CTRL 5k
R2 CTRL N1 5k
R3 N1 GND 5k

* Smooth comparators for threshold, trigger, and reset
B_COMP_TH COMP_TH GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(THRES,GND)-V(CTRL,GND))))
B_COMP_TR COMP_TR GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(N1,GND)-V(TRIG,GND))))
B_COMP_RST COMP_RST GND V=0.5*(1+tanh(100*(0.7-V(RESET,GND))))

* SR Latch (Integrator with positive feedback for infinite hold time)
B_LATCH GND LATCH I=V(COMP_TR,GND) - V(COMP_TH,GND) - 5*V(COMP_RST,GND) + (V(LATCH,GND)>0.5 ? 0.1 : -0.1)
C_LATCH LATCH GND 1n
R_LATCH LATCH GND 100Meg

* Latch Voltage Clamps (Clamps V(LATCH) between ~0V and ~1V)
D1 GND LATCH D_CLAMP
V_CLAMP V_CLAMP_NODE GND 1
D2 LATCH V_CLAMP_NODE D_CLAMP
.model D_CLAMP D(N=0.01 RS=1)

* Output Driver Stage
B_OUT OUT_INT GND V=V(LATCH,GND)>0.5 ? V(VCC_PIN,GND) : 0.1
R_OUT OUT_INT OUT 10

* Open-Collector Discharge Transistor (Modeled as a Switch)
B_DISCH_CTRL DISCH_CTRL GND V=V(LATCH,GND)<0.5 ? 1 : 0
S_DISCH DISCH GND DISCH_CTRL GND SW_DISCH
.model SW_DISCH SW(VT=0.5 RON=15 ROFF=100Meg)
.ENDS

* Force initial condition on timing capacitor to ensure guaranteed oscillator startup
.ic V(TH_TR)=0

* Simulation Commands
.op
.tran 1m 3
.print tran V(VOUT) V(TH_TR) V(DISCH) V(LED_A) V(CV)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Análisis: El análisis transitorio cubre de 0 s a 3 s. Rangos principales: v(vout) 100 mV -> 4.9 V; v(disch) 8.02 mV -> 4.71 V; v(th_tr) 0 uV -> 3.32 V.
Show raw data table (3013 rows)
Index   time            v(vout)         v(th_tr)        v(disch)        v(led_a)        v(cv)
0	0.000000e+00	4.903386e+00	0.000000e+00	4.122467e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
1	1.000000e-05	4.903386e+00	8.771053e-05	4.122482e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
2	2.000000e-05	4.903386e+00	1.754195e-04	4.122498e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
3	4.000000e-05	4.903386e+00	3.508344e-04	4.122529e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
4	8.000000e-05	4.903386e+00	7.016457e-04	4.122590e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
5	1.600000e-04	4.903386e+00	1.403195e-03	4.122713e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
6	3.200000e-04	4.903386e+00	2.805997e-03	4.122959e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
7	6.400000e-04	4.903386e+00	5.610420e-03	4.123451e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
8	1.280000e-03	4.903386e+00	1.121455e-02	4.124434e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
9	2.280000e-03	4.903386e+00	1.995841e-02	4.125968e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
10	3.280000e-03	4.903386e+00	2.868694e-02	4.127499e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
11	4.280000e-03	4.903386e+00	3.740018e-02	4.129028e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
12	5.280000e-03	4.903386e+00	4.609814e-02	4.130554e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
13	6.280000e-03	4.903386e+00	5.478085e-02	4.132077e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
14	7.280000e-03	4.903386e+00	6.344835e-02	4.133597e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
15	8.280000e-03	4.903386e+00	7.210065e-02	4.135115e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
16	9.280000e-03	4.903386e+00	8.073778e-02	4.136630e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
17	1.028000e-02	4.903386e+00	8.935978e-02	4.138143e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
18	1.128000e-02	4.903386e+00	9.796666e-02	4.139653e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
19	1.228000e-02	4.903386e+00	1.065585e-01	4.141160e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
20	1.328000e-02	4.903386e+00	1.151352e-01	4.142665e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
21	1.428000e-02	4.903386e+00	1.236969e-01	4.144166e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
22	1.528000e-02	4.903386e+00	1.322436e-01	4.145666e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
23	1.628000e-02	4.903386e+00	1.407753e-01	4.147162e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
... (2989 more rows) ...


Netlist SPICE de referencia (ngspice)

* Practical case: Astable oscillator with NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* NE555 Timer IC Subcircuit Instance
* Pins: GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
XU1 0 TH_TR VOUT VCC CV TH_TR DISCH VCC NE555

* Timing Components
R1 VCC DISCH 10k
R2 DISCH TH_TR 47k
C1 TH_TR 0 10u
C2 CV 0 10n

* Output Load (LED)
R3 VOUT LED_A 330
D1 LED_A 0 DLED

* Models
.MODEL DLED D(IS=1e-19 N=1.6 RS=10 BV=5 IBV=10u)

* Behavioral NE555 Subcircuit
.SUBCKT NE555 GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
* Internal voltage divider (3 x 5k resistors)
R1 VCC_PIN CTRL 5k
R2 CTRL N1 5k
R3 N1 GND 5k

* Smooth comparators for threshold, trigger, and reset
B_COMP_TH COMP_TH GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(THRES,GND)-V(CTRL,GND))))
B_COMP_TR COMP_TR GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(N1,GND)-V(TRIG,GND))))
B_COMP_RST COMP_RST GND V=0.5*(1+tanh(100*(0.7-V(RESET,GND))))

* SR Latch (Integrator with positive feedback for infinite hold time)
B_LATCH GND LATCH I=V(COMP_TR,GND) - V(COMP_TH,GND) - 5*V(COMP_RST,GND) + (V(LATCH,GND)>0.5 ? 0.1 : -0.1)
C_LATCH LATCH GND 1n
R_LATCH LATCH GND 100Meg

* Latch Voltage Clamps (Clamps V(LATCH) between ~0V and ~1V)
D1 GND LATCH D_CLAMP
V_CLAMP V_CLAMP_NODE GND 1
D2 LATCH V_CLAMP_NODE D_CLAMP
.model D_CLAMP D(N=0.01 RS=1)

* Output Driver Stage
B_OUT OUT_INT GND V=V(LATCH,GND)>0.5 ? V(VCC_PIN,GND) : 0.1
R_OUT OUT_INT OUT 10

* Open-Collector Discharge Transistor (Modeled as a Switch)
B_DISCH_CTRL DISCH_CTRL GND V=V(LATCH,GND)<0.5 ? 1 : 0
S_DISCH DISCH GND DISCH_CTRL GND SW_DISCH
.model SW_DISCH SW(VT=0.5 RON=15 ROFF=100Meg)
.ENDS

* Force initial condition on timing capacitor to ensure guaranteed oscillator startup
.ic V(TH_TR)=0

* Simulation Commands
.op
.tran 1m 3
.print tran V(VOUT) V(TH_TR) V(DISCH) V(LED_A) V(CV)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Análisis: El análisis transitorio cubre de 0 s a 3 s. Rangos principales: v(vout) 100 mV -> 4.9 V; v(disch) 8.02 mV -> 4.71 V; v(th_tr) 0 uV -> 3.32 V.

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Invertir el condensador electrolítico
  2. Error: C1 instalado con polaridad incorrecta.

  3. Solución: conecta el terminal positivo de C1 a TH_TR y el terminal negativo a 0.

  4. Colocación incorrecta de pines del NE555 en la protoboard

  5. Error: numeración de pines invertida o desplazada.

  6. Solución: identifica la muesca o el punto en el CI y cuenta los pines correctamente antes de cablear.

  7. Olvidar el desacoplo de alimentación

  8. Error: omitir C3 provoca comportamiento inestable o parpadeo irregular.
  9. Solución: coloca C3 = 100 nF directamente entre U1 pin 8 y U1 pin 1.

Solución de problemas

  • Síntoma: el LED no enciende en absoluto
  • Causa: no hay alimentación de 5 V, polaridad incorrecta del LED o camino de resistencia abierto.

  • Solución: verifica VCC, comprueba la orientación de D1 y confirma continuidad desde VOUT a través de R3 hasta D1.

  • Síntoma: el LED permanece encendido permanentemente

  • Causa: TH_TR no está conectado correctamente, error de cableado en DIS o R2 mal colocada.

  • Solución: comprueba que R2 esté entre DIS y TH_TR, y que los pines 2 y 6 estén unidos.

  • Síntoma: el LED permanece apagado permanentemente

  • Causa: RESET no está fijado a nivel alto o la salida está en cortocircuito.

  • Solución: conecta U1 pin 4 directamente a VCC e inspecciona VOUT por si hubiera una conexión accidental a masa.

  • Síntoma: la velocidad de parpadeo es demasiado rápida o demasiado lenta

  • Causa: valor incorrecto de resistencia o valor incorrecto de condensador.

  • Solución: mide R1, R2 y C1; sustituye los componentes por los valores previstos.

  • Síntoma: forma de onda irregular o ruidosa

  • Causa: malos contactos en la protoboard o ausencia de C2/C3.
  • Solución: vuelve a asentar el CI, acorta el cableado e instala los condensadores de bypass.

Posibles mejoras y extensiones

  • Añadir un control de frecuencia

  • Sustituye R2 por una combinación en serie de una resistencia fija y un potenciómetro para ajustar la velocidad de parpadeo.

  • Controlar un zumbador o un segundo indicador

  • Usa VOUT para controlar una etapa con transistor, de modo que el temporizador pueda hacer parpadear un LED más brillante o generar pulsos en un pequeño zumbador.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es la alimentación indicada para el NE555 en este montaje astable?




Pregunta 2: ¿Qué efecto principal produce el circuito descrito?




Pregunta 3: ¿En qué rango visible de frecuencia se espera que parpadee el LED?




Pregunta 4: ¿Entre qué valores aproximados conmuta VOUT?




Pregunta 5: ¿Qué tipo de señal genera el NE555 en modo astable en este montaje?




Pregunta 6: ¿Qué se observa en el nodo TH_TR durante el funcionamiento?




Pregunta 7: ¿Entre qué niveles aproximados varía el nodo TH_TR?




Pregunta 8: Según el texto, el período medido debe ser cercano a:




Pregunta 9: En la conexión astable estándar RA/RB del NE555, el ciclo de trabajo esperado es:




Pregunta 10: ¿Para qué puede usarse este circuito además de hacer parpadear un LED?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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