Oscilador con temporizador 555 a 42 kHz

El temporizador NE555 permite construir de manera sencilla un oscilador astable capaz de generar una señal cuadrada de aproximadamente 42 kHz. Esta frecuencia se encuentra por encima del rango de audición humana y puede utilizarse como señal de ultrasonido para diferentes experiencias y aplicaciones electrónicas.

Una aplicación interesante es el estudio de dispositivos de disuasión acústica para animales, aunque la respuesta de los perros frente a una determinada frecuencia depende de factores como la distancia, el nivel de presión sonora, el animal y las condiciones del entorno.

1. Configuración del circuito

El 555 se configura en modo astable, de manera que genera continuamente una señal cuadrada.

La frecuencia de oscilación depende principalmente de tres componentes:

• R1
• R2
• C

Para el montaje propuesto utilizaremos:

• R1 = 1 kΩ
• R2 = 2,2 kΩ
• C = 10 nF

La conexión básica es la siguiente:

Pin 1: GND
Pin 8: +VCC
Pin 4: +VCC
Pin 5: capacitor de aproximadamente 10 nF hacia GND
Pines 2 y 6: unidos
R1: entre VCC y pin 7
R2: entre pin 7 y pines 2-6
C: entre pines 2-6 y GND
Pin 3: salida de la señal

2. Cálculo de la frecuencia

Para un 555 funcionando como astable, la frecuencia aproximada se obtiene mediante:

f = 1,44 / ((R1 + 2 × R2) × C)

Sustituyendo los valores:

R1 = 1.000 Ω
R2 = 2.200 Ω
C = 10 nF = 0,00000001 F

Primero calculamos:

R1 + 2 × R2

= 1.000 + 2 × 2.200

= 5.400 Ω

Por tanto:

f = 1,44 / (5.400 × 0,00000001)

f = 26.667 Hz

Por lo tanto, estos valores no producen 42 kHz.

Esto es importante porque permite comprobar que el diseño realmente corresponde a la frecuencia que buscamos.

Valores para aproximadamente 42 kHz

Podemos mantener:

R1 = 1 kΩ
R2 = 1,5 kΩ
C = 10 nF

Entonces:

R1 + 2 × R2

= 1.000 + 2 × 1.500

= 4.000 Ω

La frecuencia será:

f = 1,44 / (4.000 × 0,00000001)

f ≈ 36.000 Hz

Para acercarnos a 42 kHz podemos utilizar un capacitor ligeramente menor.

Por ejemplo:

R1 = 1 kΩ
R2 = 1,5 kΩ
C = 8,2 nF

Entonces:

f = 1,44 / (4.000 × 0,0000000082)

f ≈ 43.900 Hz

El resultado práctico será cercano a 44 kHz.

Para obtener aproximadamente 42 kHz, podemos utilizar un capacitor de alrededor de:

C ≈ 8,57 nF

Este valor puede obtenerse mediante una combinación de capacitores comerciales, por ejemplo, conectando capacitores en paralelo.

3. ¿Por qué utilizar 42 kHz?

Una señal de 42 kHz pertenece al rango de los ultrasonidos, es decir, frecuencias superiores al límite aproximado de audición humana.

Los perros poseen una capacidad auditiva que se extiende hacia frecuencias considerablemente mayores que las que normalmente percibe una persona. Por esta razón, los ultrasonidos se han utilizado en algunos dispositivos comerciales destinados a la modificación o interrupción de determinadas conductas animales.

Sin embargo, no debe interpretarse que 42 kHz sea una frecuencia universal para repeler perros. La respuesta puede variar considerablemente entre animales y condiciones de operación.

4. Aplicación experimental como dispositivo de disuasión

Una posible aplicación educativa del circuito consiste en utilizarlo como generador de señal para un pequeño dispositivo experimental de disuasión acústica.

Por ejemplo, el sistema podría utilizar:

555 → etapa de potencia → transductor piezoeléctrico → emisión ultrasónica

El 555 genera la señal de aproximadamente 42 kHz. La etapa de potencia permite entregar una corriente adecuada al transductor y el piezoeléctrico convierte la señal eléctrica en energía acústica.

Para un proyecto académico resulta especialmente interesante estudiar experimentalmente:

• Frecuencia de funcionamiento.
• Distancia de emisión.
• Directividad del transductor.
• Nivel de presión sonora.
• Consumo eléctrico.
• Influencia de obstáculos.
• Respuesta observable de los animales.

Importante

El circuito no debe considerarse un método garantizado para detener o repeler un perro agresivo. Un animal puede no responder al ultrasonido, especialmente si está muy excitado, acostumbrado al estímulo o se encuentra a corta distancia.

Por seguridad, el dispositivo debe considerarse únicamente como elemento complementario de disuasión, y no como sustituto de medidas de seguridad durante la conducción.

5. Etapa de salida

La salida del pin 3 del 555 puede utilizarse para excitar directamente cargas pequeñas, pero para obtener una señal adecuada para un transductor ultrasónico puede ser conveniente incorporar una etapa de potencia.

Una alternativa didáctica es utilizar un transistor como etapa de conmutación:

555 → resistencia de base → transistor → transductor

También puede utilizarse una configuración con dos transistores para obtener una señal de mayor amplitud.

El diseño de esta etapa debe realizarse considerando la impedancia y las características eléctricas del transductor utilizado.

6. Comprobación con osciloscopio

Una de las mejores prácticas para este proyecto es comprobar experimentalmente la frecuencia.

Conectando el osciloscopio al pin 3 del 555 podremos observar una señal aproximadamente cuadrada.

Si el período medido fuera, por ejemplo:

T ≈ 23,8 μs

la frecuencia sería:

f = 1 / T

f = 1 / 0,0000238

f ≈ 42.000 Hz

De esta manera podemos comprobar que el circuito realmente está trabajando cerca de los 42 kHz y no depender únicamente del cálculo teórico.

7. Conclusión

El oscilador astable basado en el NE555 constituye una excelente práctica para estudiar generación de señales, cálculo de frecuencia, temporización y conversión de energía eléctrica en energía acústica.

Además, el proyecto permite introducir conceptos relacionados con los ultrasonidos y los transductores piezoeléctricos, pudiendo posteriormente ampliarse mediante una etapa de potencia, control de frecuencia o incluso un microcontrolador.

En el caso de aplicaciones de disuasión animal, la respuesta debe evaluarse experimentalmente y considerando siempre la seguridad de las personas y de los animales.