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Según la gráfica, dos pulsos de entrada provocan un cambio en el dispositivo delestado estable al casi estable, volviendo ...
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CURSO:              CUARTO DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA                                 ING.                            SA...
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Multivibradores

  1. 1. MULTIVIBRADORESEl multivibrador es un circuito de electrónica analógica con dos estados que generauna señal cuadrada.CARACTERÍSTICASLa principal característica de este dispositivo es su lazo de retroalimentación, lo que leconvierte en un circuito regenerativo. Este lazo de retroalimentación posee unaganancia de voltaje muy alta cuando todos los dispositivos que lo componen seencuentran en regiones activas, llegando a alcanzar valores de hasta varios miles.Por otra parte, esa misma ganancia puede descender hasta valores cercanos a cerocuando alguno de los dispositivos del lazo no está en su región activa. Esta situacióntiene lugar al encontrarse el multivibrador en su estado estable o casi estable.Un hecho importante es la independencia de la salida respecto a la entrada, es decir, latensión de salida no es directamente dependiente de la entrada, por ser elmultivibrador un circuito de señal grande.Los elementos más representativos de este tipo de circuitos son dos transistoresconectados entre sí, los cuales forman el anteriormente mencionado lazo deretroalimentación.Otros componentes del multivibrador son resistencias y condensadores, encargadosde controlar el periodo de corte de los transistores durante la recepción de la señal deentradaAPLICACIONESEl multivibrador, al ser un dispositivo de conmutación, se utiliza principalmente comotemporizador en circuitos digitales y analógicos. Otra importante aplicación de estetipo de dispositivos es la de generación de formas de onda.Determinados multivibradores son empleados frecuentemente como sistemas decómputo.Los multivibradores monoestables, debido a la salida que generan, suelen utilizarsepara establecer retrasos entre dos eventos de longitud determinada.TIPOS DE MULTIVIBRADORESExisten varios tipos de multivibradores. Su clasificación se establece en función delnúmero de estados estables asociados a cada uno de ellos. Debido a estacaracterística, los multivibradores se dividen en astables, biestables y monoestables.Por otra parte, estos tipos de dispositivos pueden agruparse en multivibradores defuncionamiento continuo u oscilación libre y de funcionamiento impulsado,dependiendo de la necesidad o no de señal de entrada para generar la señal cuadradade salida.MULTIVIBRADORES DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO U OSCILACIÓN LIBREEste tipo de multivibradores se caracteriza por generar ondas a partir de la fuente dealimentación, sin necesitar de ningún otro tipo de entrada para tal fin. El dispositivo deoscilación libre también es conocido como astable.Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  2. 2. ASTABLEEl multivibrador astable, también conocido como multivibrador de carrera libre ocircuito de reloj, no tiene estados estables, pero posee dos estados casi estables, entrelos que conmuta su salida sin necesidad de señal de entrada. Debido a la ausencia deseñal de entrada, es la propia composición del circuito la que determina el periodo dela señal de salida.La salida resultante convierte al dispositivo en un oscilador, llamado oscilador derelajación para diferenciarlo de otros osciladores.Las señales de entrada y salida que caben esperarse del astable son las siguientes: Como puede verse en la imagen, la salida alterna entre los dos estados casiestables, sin que dicha alternancia guarde ninguna relación con la señal de entrada (eneste caso inexistente).EJEMPLO DE ASTABLESe puede construir un circuito astable con dos inversores conectados conrealimentación RC.Ejemplo de astable con dos inversores.Al comienzo se supone la salida del inversor #1 con valor lógico 0, la del inversor #2con valor 1, y el condensador descargado, dando lugar a un estado casi estable. Acontinuación, el condensador se carga hasta que vx = VDD, cumpliéndose que vx(t) = VDD(1-e-t/(RC))MULTIVIBRADORES DE FUNCIONAMIENTO IMPULSADOEstos multivibradores, a diferencia de los de oscilación libre, requieren de una señal deentrada para abandonar el estado estable. Atendiendo a su número de estadosestables asociados, pueden dividirse en biestables y monoestables.BIESTABLEEl biestable se caracteriza por tener dos estados estables. Su salida cambia de unestado estable a otro ante la aplicación de una señal de entrada, esto es, una primeraNombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  3. 3. señal de entrada marcará el cambio de estado, y volverá al original cuando reciba unasegunda señal.Un tipo de biestable muy utilizado en electrónica es el flip-flop.Las señales de entrada y salida que caben esperarse del biestable son las siguientes:Tal como muestran ambas gráficas, el primer pulso de entrada provoca que la salidaconmute del estado estable actual al otro, manteniéndose esta situación hasta laaparición de un segundo pulso de entrada que provoca un retorno al estado original.EJEMPLO DE BIESTABLEUn sencillo ejemplo de biestable lo constituye el Flip-Flop RS, el cual genera una saliday su complementaria gracias a una realimentación mediante puertas NAND. Laactividad comienza durante la excitación, en la que R = S =0, y Qn+1 = Qn, situación enla que el estado actual y el siguiente son iguales. Los valores de R y S determinaránentonces el valor de Qn+1: si R = 0 y S = 1, Qn+1 = 0; y si R = 1 y S = 0, Qn+1 = 1. En estecaso, no puede darse la combinación R = S = 1, ya que la salida correspondiente seríaindeterminada.MONOESTABLEEl multivibrador monoestable es un dispositivo que posee un estado estable y otro casiestable. Normalmente se encuentra en un estado estable, y es el pulso de entrada elencargado de conmutar su estado a casi estable. Así, el monoestable permanece endicho estado durante un periodo T, cuya duración está determinada por laconfiguración del dispositivo, para después retornar de forma espontánea a su estadoestable. En definitiva, el multivibrador monoestable produce un pulso de salida deduración determinada ante un pulso de entrada arbitrario.Las señales de entrada y salida que caben esperarse del multivibrador monoestableson las siguientes:Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  4. 4. Según la gráfica, dos pulsos de entrada provocan un cambio en el dispositivo delestado estable al casi estable, volviendo a alcanzarse el estado estable tras un periodoT.En este caso no se incluirá un ejemplo, por ser el modelo de análisis un multivibradormonoestable.ANÁLISIS DE UN MULTIVIBRADOR MONOESTABLE CON ACOPLAMIENTO COLECTORBASEEl multivibrador monoestable es un circuito de conmutación cuya principalcaracterística es una realimentación positiva de colector y base entre sus dostransistores. Dispone de un estado estable y un estado casi estable. Este último estadodepende del condensador y la resistencia R. Además de estos dos estados, tambiénexiste un tercer estado. Éste tiene lugar en la situación en la que el circuito deberíaestar en un estado estable, sin que el condensador se encuentre en el estado inicial(cargado), con valor Vcc – Vbe. Este estado no se va a analizar, aunque sí se calcularásu duración.Multivibrador astable a transistores: explicaciónEl astable con dos transistores NPN es de los primeros circuitos que se estudiancuando se habla de transistores en conmutación. Como su esquema es tan simple, esde esas cosas pequeñas que te crees que las entiendes, hasta que te das cuenta de quetú también habrías colocado los condensadores del revés. Voy a explicar despaciocómo funciona, y veréis que aunque parece sencillo su funcionamiento es interesante. Estado 1: Q1 conduce, Q2 en corte Un astable tiene dos estados, y ambos son inestables, de forma que el circuito alterna continuamente uno con otro. Empecemos por el estado 1. Al contrario de otras explicaciones que veréis, yo no voy a partir de cuando se aplica tensión. Mejor os cuento cómo está el circuito justo al empezar el estado 1, como siacabara de conmutar desde el estado 2. De momento tendréis que creerme estascondiciones iniciales, pero al final del artículo entenderéis por qué.Al comienzo del estado 1: Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7. C2 está cargado negativamente (el terminal + está a menos tensión que el -) con un potencial de -0.7V.Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  5. 5. Como Q2 está en corte vamos a considerar que no pasa corriente por sus terminales.Así imaginariamente sacamos Q2 del circuito. Como Q1 está en conducción, su uniónBase-Emisor es como un diodo polarizado en directo (sustituimos esta unión por undiodo); y al estar saturado suponemos que la pérdida de tensión Emisor-Colector esmínima (sustituiremos esta por un conductor).Recoloquemos los componentes para verlo más claro. C2 va a cargarse a través de R4 y la base de Q1. Así pues C2, que empezó con -0.7V va a cargarse hasta Vcc-0.7V (no llega a Vcc porque 0.7V es la caída de tensión B-E de Q1). Y además esta carga será muy rápida porque R1 y R4 serán de un valor muy bajo comparadas con R2 y R3. Mientras tanto C1, que partía con Vcc-0.7 voltios positivos, ahora está conectado del revés. Así que empieza a descargarse (o a cargarse negativamente, da igual) a travésde R2. Esta carga será más lenta. Desde los Vcc-0.7 hasta... en teoría hasta -V (pongo elmenos para indicar que está invertido), pero no va a llegar ahí. Porque cuando C1alcanza los -0.7V, su terminal + está a masa y el - tiene ya 0.7V, y este último estáconectado a la base de Q2. ¿Qué pasa cuando cuando a un NPN le aplicamos a su base0.7 voltios más que a su emisor?La tensión BE de Q2 es 0.7 más o menos, mientras la tensión en la base esté pordebajo de ese valor no va a conducir. En el momento en que se alcanza esa tensión yasí conduce. La base de Q2 queda polarizada a través de R2.Recordemos que a estas alturas C2 se había cargado completamente hasta Vcc-0.7.Pues cuando Q2 pasa a conducción conecta a masa el terminal + de C2, mientras el -sigue aplicado a la base de Q1. Es como si se aplicara el condensador, invertido, a Q1.La base de Q1 recibe de golpe -(Vcc-0.7) que lo lleva inmediatamente al corte.Pudiendo incluso provocar una ruptura de la unión por avalancha. En estas condicionesentramos al estado 2.Estado 2: Q1 en corte, Q2 conduceTal como hicimos para el estado 1, vamos a describir las condiciones iniciales delestado 2. Que son las del párrafo anterior.Al comienzo del estado 2: Q1 está en corte. Q2 está en conducción.Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  6. 6. C1 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V. C2 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7.Haciendo lo mismo que antes, vamos a eliminar Q1 del circuito y vamos a sustituir Q2por un diodo y un puente: Vemos que C1 va a ir desde -0.7V hasta los Vcc-0.7V, rápidamente pues R1 es pequeña. C2 va a (des)cargarse lentamente a través de R3 desde los Vcc-0.7V hasta los -Vcc, ¡MENTIRA! sólo va a llegar hasta - 0.7V. Porque cuando llegue ahí Q1 va a conducir, va a llevar a masa el + de C1 y va a aplicar a la base de Q2 toda la carga de C1 invertida, llevándolo al corte. Y provocando el estado 1 de nuevo.Vemos que cuando eso pase tendremos: Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7V. C2 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V.Que son justamente las condiciones iniciales que dimos para el estado 1. Así el ciclo serepite indefinidamente. Calcular los componentes Para empezar, nos interesa que los condensadores se cargen por R1 y R4 más rápidamente de lo que se descargan por R2 o R3. Porque cuando ocurra la transición queremos que el otro ya esté cargado. Así que R1 < R2 y R4 < R3.Por simplicidad haremos R1 = R4. Pero no nos interesa que la corriente que fluyeEmisor-Colector durante la carga queme los transistores. Dependidiendo de la tensiónde alimentación, un valor entre 100ohm y 1k estaría bien. Recordad cumplir lascondiciones anteriores.El tiempo que tarda en conmutar del estado 1 al estado 2 viene dado por lo que lelleva a C1 descargase desde los Vcc-0.7V hasta los -0.7V. Lo hace a través de R2, yusando la ecuación de carga de un condensador tenemos:Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  7. 7. Donde: Tensión inicial: V0 = Vcc-0.7 Tensión en bornes: E = - Vcc Tensión final: V = -0.7Este último valor es el que suele darse habitualmente. La aproximación tiene unmargen de error que es menor cuanto mayor sea la tensión de alimentación. Con 5V elerror es de un 10%, como es del mismo orden que la tolerancia de los componentes seadmite tal aproximación.Límites Transistores: Cuando el transistor que estaba en corte pasa a conducir, aplica a la base del otro una tensión negativa de -(Vcc-0.7V). La tensión inversa de ruptura de la unión BE viene a ser -5 voltios. Si alimentamos este circuito con más de 5V fácilmente la superaríamos. Para evitar esto a veces se colocan dos diodos en la base de Q1 y Q2 que permitan la carga pero impidan que circule corriente en sentido inverso. Condensadores: Para un cerámico o uno de poliester no hay problema, pero en un electrolítico invertir los terminales para cargarlo del revés puede destruirlo. Si bien es cierto que aquí sólo se llegan a cargar invertidos hasta los 0.7V. Tiempo: El tiempo viene determinado por la capacidad de C1 y C2 así como por R2 y R3. Mientras más altos sean estos valores más durará cada estado. Pero si usamos unos condensadores demasiado grandes, puede que tengan demasiadas pérdidas y el circuito no empiece a oscilar. Igualmente para las resistencias, si aumentamos demasiado el valor de R2 por ejemplo, puede que no pase corriente bastante para polarizar la base de Q2 una vez se alcance la tensión de disparo. Si no puede llevarlo a conducción, no se alcanzará nunca el estado 2. Si se necesitan retardos mayores se puede optar por transistores darlington, aunque dado el coste de los condensadores de la capacidad necesaria es mejor optar por otros temporizadores como el NE555 o el CD4060. Frecuencia: Así como hay un límite superior del periodo, también hay un límite inferior. Puede pasar que queramos un periodo tan bajo que usemos condensadores y resistencias muy pequeños. Entonces al conectar el circuito se cargarán ambos casi al instante, para dos los transistores. Así el circuito quedaNombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  8. 8. en un estado estable y no oscila. Por no hablar de que a esas frecuencias si oscilara sería muy inestable, variando la frecuencia sólo con acercar o alejar la mano. Si queremos frecuencias de MHz tendremos que usar otros osciladores, a ser posible sintonizados por un cristal de cuarzo. FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA HORAS AUTONOMAS DE DIGITALES TEMA: Que son los Astable NOMBRE: Jenniffer Herrera FernándezNombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales
  9. 9. CURSO: CUARTO DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA ING. SALOMON SALAZAR MILAGRO-ECUADOR 2012-2013Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 AñoMateria: Digitales

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