Este documento presenta un experimento sobre el uso de transistores BJT como interruptores en circuitos multivibradores. El objetivo es explicar el funcionamiento de circuitos multivibradores monoestables, biestables y astables con transistores BJT. Se proporcionan tres circuitos de ejemplo y una serie de preguntas y tareas de simulación y análisis para que los estudiantes comprendan el comportamiento de los transistores como interruptores y cómo funcionan los diferentes tipos de circuitos multivibradores.

1. Instituto Tecnol´gico de Costa Rica
o
Escuela de Ingenier´ Electr´nica
ıa o
Profesores: Ing. Eduardo Interiano, M.Sc., Ing. William Mar´ Ing. Roberto Pereira, M.Sc.
ın,
Laboratorio de Elementos Activos
I Semestre 2006
Experimento 5: Transistores BJT como interruptores: Multivibradores
I Objectivo General
Al finalizar el experimento y su an´lisis, el estudiante estar´ en capacidad de explicar el fun-
a a
cionamiento de un transistor funcionando como interruptor en circuitos multivibradores.
II Objetivos Espec´
ıficos
1. Explicar el comportamiento del transistor como interruptor y analizar sus caracter´
ısticas
en las regiones de corte y saturaci´n.
o
2. Explicar el funcionamiento de circuitos multivibradores monoestables, biestables y as-
tables con transistores BJT, y poder modificarlos para adecuarlos a especificaciones
indicadas.
III Cuestionario Previo
1. Busque las hojas de datos de los diodos y transistores utilizados en este laboratorio.
Observe que la corriente nominal de los LED por usted utilizados debe conocerse para
poder dimensionar los circuitos utilizados en el laboratorio.
2. Investigue el funcionamiento del transistor como interruptor. ¿Qu´ significa que el
e
transistor trabaje en su regi´n de saturaci´n? ¿Qu´ es la regi´n de corte?
o o e o
3. En la regi´n de saturaci´n: ¿Qu´ valor t´
o o e ıpico se puede esperar para la ca´ de tensi´n
ıda o
UBE entre la base y el emisor del transistor? ¿Qu´ tensi´n UCE cae usualmente en este
e o
caso entre colector y emisor?
4. En la regi´n de corte: ¿Qu´ valor t´
o e ıpico se puede esperar para la ca´ de tensi´n UBE
ıda o
entre la base y el emisor del transistor? ¿Cu´l es la magnitud de las corrientes IC de
a
colector e IE de emisor?
5. Investigue qu´ son circuitos multivibradores monoestables, astables y biestables. Analice
e
el funcionamiento de los circuitos multivibradores basados en BJT a un nivel conceptual.
6. Investigue c´mo se puede cambiar entre los estados estables del multivibrador biestable
o
mostrado en la figura 1.
7. Simule el circuito de la figura 1 y produzca cambios de estado de acuerdo a sus resultados
en el punto anterior. Mida y grafique las tensiones en las bases de los transistores, en
sus colectores.
1

2. UCC = 5 V
RC 1 RC 2
RB 2 RB 1
Usal1 Usal2
Q1 Q2
Figura 1: Circuito multivibrador biestable. RC1 = RC2 = 1 kΩ, RB1 = RB2 = 10 kΩ
8. Investigue c´mo tiene que ser la entrada de disparo para que el multivibrador monoestable
o
de la figura 2 se active.
9. Analice el circuito de la figura 2 y demuestre que la ca´ de tensi´n en la base del
ıda o
transistor Q2 est´ dada por la ecuaci´n
a o
UB2 (t) = UCC + (U0 − UCC )e−t/(RB2 C) (1)
donde U0 = UBE sat − UCC , y UBE sat es la tensi´n entre base y emisor del diodo en
o
saturaci´n, y t = 0 es el instante de disparo.
o
10. Demuestre que el ancho del pulso de salida est´ dado entonces por:
a
U0 − UCC
T = RB2 C ln (2)
UBE sat − UCC
11. Simule el circuito de la figura 2 y grafique la tensi´n de salida Usal , y la tensi´n en la
o o
base de Q1 y Q2 , y en el condensador C. En la simulaci´n utilice para los disparos una
o
se˜al cuadrada a diferentes frecuencias mayores y menores que 1/T .
n
12. Analice el circuito de la figura 3 y demuestre que la ca´ de tensi´n a la salida Usal
ıda o
tiene una frecuencia aproximadamente igual a
1 1,3
f= ≈ (3)
T RB1 C1 + RB2 C2
donde la se˜al de salida Usal es aproximadamente UCC durante
n
UCC − U0
tON = RB2 C2 ln
UCC − UBE sat
2

3. UCC = 5 V
RC 1 RB 2 RC 2
C RB 1
Usal
Q1 Q2
D1 D2
2 kΩ 0,1 µF
Disparo
Figura 2: Circuito multivibrador monoestable. RC1 = RC2 = 1 kΩ, RB1 = RB2 = 10 kΩ
y es aproximadamente 0 V durante
UCC − U0
tOF F = RB1 C1 ln
UCC − UBE sat
13. Simule el circuito de la figura 3 y grafique la tensi´n de salida Usal , la tensi´n en la base
o o
de Q1 y Q2 , y la tensi´n en los condensadores.
o
14. ¿C´mo debe modificarse el circuito de la figura 3 para:
o
14.1. duplicar la duraci´n de un periodo?
o
14.2. que en un periodo la se˜al de salida tenga un ciclo de trabajo del 20 %, manteniendo
n
la frecuencia?
14.3. que en un periodo la se˜al de salida tenga un ciclo de trabajo del 80 %, manteniendo
n
la frecuencia?
15. ¿C´mo puede modificarse el circuito de la figura 3 para que la carga consista en dos LED
o
que alternativamente se enciendan y apagan con una frecuencia cada uno de 0,5 Hz.
16. Los resultados de todas las simulaciones con los tres circuitos deben ser presentados al
profesor antes de realizar las pruebas experimentales.
3

4. UCC = 5 V
RC 1 RB 2 RB 1 RC 2
C2 C1
Usal
Q1 Q2
Figura 3: Circuito multivibrador astable. RC1 = RC2 = 1 kΩ, RB1 = RB2 = 10 kΩ
17. En la sesi´n de laboratorio no se utilizan los circuitos mostrados en las figuras, sino
o
modificaciones propuestas por usted. Revise el procedimiento y realice todos los dise˜os
n
all´ indicados antes de la sesi´n de laboratorio. Monte sus circuitos antes de la sesi´n
ı o o
de laboratorio.
4

5. IV Materiales y Equipo
Los n´meros indicados son las cantidades necesarias de componentes para montar todos cir-
u
cuitos, que deben estar listos antes de la sesi´n de laboratorio.
o
1 fuente CC
1 generador de funciones
1 osciloscopio de rayos cat´dicos (ORC)
o
1 aislador de tierras (tap´n aislador)
o
1 mult´ımetro digital
1 placa de montaje de prototipos (protoboard)
alambre aislado 26/24AWG, cables, alicates
6 transistores NTE123, 2N2222 o equivalentes
2 diodos de conmutaci´n r´pida (por ejemplo 1N914, NTE519 o equivalentes)
o a
6 resistencias de 1 kΩ
1 resistencia de 2 kΩ
6 resistencias de 10 kΩ
1 condensador de 0,1 µF
3 condensadores dimensionados por el estudiante
6 resistencias dimensionadas por el estudiante
3 LED rojos
3 LED verdes
V Procedimiento
1. Es importante antes de comenzar que:
• aisle la tierra del osciloscopio (use el enchufe aislador) respecto a la tierra de la
fuente.
• comente todos sus circuitos con el profesor antes de aplicarles energ´ el´ctrica.
ıa e
2. Modifique el circuito de la figura 1 para reemplazar cada carga resistiva (RC1 y RC2 )
por un LED en serie con una resistencia, que usted debe dimensionar para que limite la
corriente a un m´ximo igual a la corriente nominal del LED.
a
3. Compruebe el funcionamiento del circuito biestable. Para ello utilice el mecanismo de
cambio de estados por usted sugerido en el cuestionario previo y discutido con el profesor.
Note que puede da˜ar los transistores si utiliza alg´n mecanismo no apropiado.
n u
4. Modifique el circuito de la figura 2 para reemplazar las cargas resistivas (RC1 y RC2 )
por LED en serie con resistencias dimensionadas como en el punto 2 del procedimiento.
Adem´s, dimensione RB2 y C para que el estado inestable perdure 1 segundo.
a
5. Verifique el funcionamiento correcto de su circuito produciendo disparos en forma manual
y observando el tiempo que perdura el estado inestable.
5

6. 6. ¿Qu´ ocurre si el diodo D1 es reemplazado por un corto-circuito y el diodo D2 por un
e
circuito abierto?
7. Modifique el circuito de la figura 3 para reemplazar las cargas resistivas por LED en
serie con resistencias dimensionadas como en el punto 2 del procedimiento. Adem´s,
a
dimensione RB2 y C para que cada estado perdure 1/2 segundo.
8. Compruebe el funcionamiento correcto de su circuito.
VI Evaluaci´n
o
1. Investigue aplicaciones para los circuitos multivibradores biestables, monoestables y as-
tables.
2. Revise c´mo se se pueden modificar los tiempos de los estados inestables en los mul-
o
tivibradores monoestable y astable. Resuma resultados con f´rmulas para calcular los
o
valores de los componentes correspondientes.
3. ¿C´mo puede utilizarse el multivibrador astable para medir la capacitancia de un con-
o
densador?
4. ¿Por qu´ deben ser los diodos en el circuito 2 de conmutaci´n r´pida?
e o a
5. ¿C´mo se deben modificar los circuitos monoestables si se utilizan transistores BJT del
o
tipo PNP?
PAM/pam, 1 de marzo de 2006
6