Ejercicios: Temporizadores y el circuito integrado 555

Explica qué es un temporizador dentro de un circuito electrónico y nombra dos aparatos cotidianos que lo lleven, indicando qué tiempo controla cada uno.

Un condensador se carga a través de una resistencia. Explica por qué la carga no es instantánea y qué le ocurre al tiempo de carga si se aumenta el valor de la resistencia.

Distingue entre un temporizador con retardo a la conexión y otro con retardo a la desconexión, poniendo un ejemplo de uso de cada tipo.

La gráfica muestra dos procesos con un condensador: en uno se carga a través de una resistencia y en otro se descarga. Indica qué curva corresponde a cada proceso y razona por qué el voltaje no varía en línea recta.

El 555 es un temporizador en forma de circuito integrado. Explica qué es un circuito integrado y qué hace cada una de las dos configuraciones básicas del 555: la astable y la monostable.

En configuración astable, el 555 no tiene ningún estado estable: su salida cambia sola una y otra vez. Explica qué se observa en un LED conectado a esa salida y pon dos aplicaciones de ese comportamiento.

En configuración monostable, el 555 da un único pulso de duración fija al recibir una señal de disparo. Explica el ciclo completo de una luz de escalera montada así: qué pasa al pulsar el botón y qué pasa cuando termina el tiempo.

La constante de tiempo de un circuito RC es $\tau = R \cdot C$. Sin hacer cálculos, razona qué les ocurre a $\tau$ y al ritmo del temporizador si se duplica el valor del condensador, y qué ocurre si se duplica la resistencia.

Describe cómo evolucionan la corriente y el voltaje durante la carga de un condensador a través de una resistencia: por qué al principio la carga es rápida y luego se frena, y qué valor alcanza el voltaje del condensador al final del proceso.

El ventilador de un baño sigue girando unos minutos después de apagar la luz (retardo a la desconexión). Explica qué papel puede jugar un condensador cargado en ese comportamiento y qué cambiaría si su capacidad fuera el doble.

El esquema muestra un intermitente con el 555 en configuración astable: la salida enciende y apaga el LED con un ritmo que fijan dos resistencias y un condensador. Uno de los componentes está marcado con ?. Indica cuál es y explica qué le pasaría al parpadeo si su valor fuera el doble de grande.

El intermitente de un carro es un circuito astable. Explica por qué el ritmo de parpadeo depende de los componentes de temporización y razona por qué, cuando se funde una de las bombillas, el intermitente suele parpadear más rápido (qué ha cambiado en el circuito).

Un circuito RC tiene una resistencia $R = 10\ \text{k}\Omega$ y un condensador $C = 100\ \mu\text{F}$. Calcula la constante de tiempo $\tau = R \cdot C$ en segundos y razona para qué tipo de retardo podría servir ese temporizador.

Una lavadora de platos espera unos minutos antes de arrancar tras cerrar la puerta (retardo a la conexión), mientras que el ventilador del baño sigue funcionando un rato tras apagar la luz (retardo a la desconexión). Dibuja o describe las dos cronologías (qué hace la salida en cada instante) y explica la diferencia entre ambos retardos.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

En un astable, el LED está encendido un tiempo y apagado otro. Explica qué relación hay entre esos dos tiempos y las resistencias de temporización, y cómo conseguirías un parpadeo con el encendido mucho más largo que el apagado.

Un avisador con 555 monostable suena durante 5 segundos aunque el pulsador se suelte al instante. Describe el ciclo completo (disparo, pulso y vuelta al reposo) y explica por qué el circuito «ignora» al pulsador durante esos 5 segundos.

La junta de copropietarios de un edificio de 5 pisos analiza sustituir el alumbrado de la escalera (10 lámparas de $20\ \text{W}$ cada una), controlado actualmente mediante interruptores manuales convencionales, por un sistema temporizado.

1. a) Las lámparas permanecen encendidas por olvido una media de 5 horas diarias. Si se reemplazan por un circuito monoestable con pulsadores que apaga la luz tras 2 minutos y la escalera se transita 40 veces al día, calcula el consumo de energía diario de ambos sistemas (en $\text{Wh}$) y el porcentaje de ahorro conseguido.
2. b) Un vecino propone instalar un circuito astable en lugar del monoestable «para que las luces se enciendan solas sin tener que pulsar nada». Rebate técnicamente su propuesta justificando qué comportamiento indeseado provocaría un astable en este caso.
3. c) Predice qué problema funcional tendría una persona de movilidad reducida al subir la escalera si el circuito monoestable no es de tipo «rearmable» frente a uno que sí lo sea, y explica en qué consiste esta diferencia.

Reto del tema. Diseña el sistema de iluminación inteligente para un paradero de bus rural, logrando que la luz solo se active de noche y durante un tiempo limitado tras pulsar un botón.

1. Datos reales: Entra en la página del IDEAM, anota la hora de puesta de sol y la nubosidad media de tu localidad para justificar la necesidad de detección nocturna. Fija un tiempo de encendido de cortesía de $t = 11,0\text{ s}$.

2. Diseño y cálculo: En Tinkercad Circuits, combina un circuito elemental con LDR y transistor que actúe como sensor de oscuridad, conectado al pin de disparo de un temporizador 555 en modo monoestable. Calcula los valores de $R$ y $C$ mediante la expresión $t \approx 1,1 \cdot R \cdot C$. Por ejemplo, para $C = 100\,\mu\text{F}$, obtén la $R$ comercial requerida ($100,0\text{ k}\Omega$).

3. Simulación y validación: Monta el esquema completo en Tinkercad, comprueba que el LED solo temporiza si no hay luz ambiente y mide el tiempo real con el cronómetro del simulador.

4. Producto final: Entrega una ficha técnica breve (una página) con el enlace público a tu simulación, los cálculos realizados y la justificación de la función de cada componente.

Se valorará:

• Corrección matemática en el dimensionamiento de $R$ y $C$ con la fórmula del 555.

• Montaje funcional en Tinkercad integrando sensor LDR, transistor y el CI 555.

• Explicación técnica clara y rigurosa sobre el papel de cada componente analógico.