Multivibradores Transistorizados Actual

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA MULTIVIBRADORES TRANSISTORIZADOS. 1. GENERALIDADES.

Los circuitos multivibradores trabajan con transistores en conmutación, disponiendo de dos posibles estados en la salida (VS1, VS2). Con ellos se puede realizar circuitos para diversas aplicaciones: Generadores de onda, temporizadores, comparadores, etc. En su forma más simple son dos sencillos transistores realimentados entre sí, usando redes de resistencias y capacitores. Se puede encontrar tres configuraciones distintas de circuitos multivibradores:   

EL BIESTABLE EL AESTABLE EL MONOESTABLE

2. EL BIESTABLE: CIRCUITO Y FUNCIONAMIENTO.

El circuito biestable es un elemento básico de memoria, el cual dispone de dos posibles estados estables, pudiendo permanecer en cualquiera de ellos indefinidamente. El cambio de un estado a otro se realiza mediante una excitación exterior. Al multivibrador biestable se le conoce también con los nombres de circuito binario, disparador y FLIP – FLOP. El circuito utilizando BJT es el siguiente:

Uno de los transistores debe empezar cerrado. Para conseguir esto se debe dar al transistor que deseamos que empiece cerrado, mayor corriente a la base que al otro transistor. Para tener más corriente de base se debe dar mayor garantía a este transistor en el momento del cálculo. ELECTRONICA AD

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Como se puede ver en el circuito, este posee dos salidas que pueden ser utilizadas de diferentes maneras ya que con estas podemos comandar a más transistores y así obtener diferentes circuitos de aplicación. Para el análisis de todo circuito, siempre es conveniente ir haciendo gráficos pequeños de la parte de la cual vamos observando su funcionamiento, hasta completar poco a poco el circuito, así se comprenderá más fácilmente el funcionamiento del mismo. FUNCIONAMIENTO DEL BIESTABLE.

Uno de los transistores debe empezar cerrado (mayor garantía), en este caso y para la explicación nos imponemos uno cualquiera. Con Q2 cerrado el circuito queda de la siguiente manera:

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Al estar cerrado Q2, la base de Q1 está conectada a tierra a través de Q2, ya que este se comporta como un interruptor cerrado, por lo tanto existe 0 V a la base. No hay circulación de corriente por lo que este transistor está abierto (Q1). Para que el transistor Q2 se abra hay que quitarle la corriente de base, esto lo hacemos a través del pulsante b1.

Al abrirse Q2 circula una corriente Ib2 a través de Rc1 y Rb2 que hace que el transistor Q1 se cierre, haciendo que a la base de Q2 llegue 0 V, por lo que este transistor no puede funcionar. Si se vuelve a pulsar b1 no sucede nada ya que Q2 está abierto y es esta la razón por la que se llama circuito de memoria. Hace falta pulsar una sola vez para que cambie de estado de funcionamiento el circuito (biestable). Para que el transistor Q2 se abra hay que pulsar b2 que le quita la corriente de base Ib2, permitiendo al mismo tiempo que vuelva a circular una corriente Ib1 a través de Rc2 y Rb1, que hace que se cierre Q2, regresando nuevamente al estado inicial.

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CÁLCULO DEL BIESTABLE.

Para realizar el cálculo de este tipo de circuitos se debe proceder de la misma manera que en el análisis de funcionamiento; es decir, calculando el circuito por partes y en los instantes que funciona cada uno de los transistores. Si deseamos que Q1 empiece cerrado, se da mayor garantía que a Q2, cuando se calcula la corriente de base y el resto del cálculo es la simple ley de Ohm que la hemos utilizando. Ejemplo: Diseñar y calcular un circuito biestable de manera que se encienda un foco cuando funcione cada transistor. DATOS:

𝐻𝑓𝑒 = 100 𝐹𝑜𝑐𝑜𝑠 = 12𝑉, 2𝑊 𝐺1 = 8 𝐺2 = 3

Si los focos son de 12 V la tensión de alimentación debe ser de 12 V. Cuando Q1 funciona Q2 no funciona por lo tanto no tiene nada que ver en el cálculo de Q1.

Calculamos Ic1 𝐼𝑐1 = 𝐼𝑓𝑜𝑐𝑜 = 𝑃⁄𝑉 = 2 𝑊 ⁄12 𝑉 = 0.166 𝐴 = 166𝑚𝐴 ELECTRONICA AD

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Calculamos 𝐼𝑏1𝑠𝑎𝑡 𝐼𝑏1𝑠𝑎𝑡 =

𝐼𝑐1 166𝑚𝐴 × 𝐺1 = × 8 = 13,28 𝑚𝐴 𝐻𝑓𝑒 100

Calculamos la resistencia de base, si Rb1 está en serie con el foco, el cual tiene cierto valor de resistencia, podemos calcular la resistencia total serie y luego restar. 𝑅𝑡 = 𝑅𝑏1 + 𝑅𝑓 𝑅𝑡 =

(𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑒1) (12 − 0.6 𝑉) = = 0,858 𝑘 𝐼𝑏1𝑠𝑎𝑡 13,28 𝑚𝐴

𝑅𝑓 =

𝑉𝑐𝑐 12 𝑉 = = 72,29 Ω 𝐼𝑐 0,166 𝐴

𝑅𝑏1 = 𝑅𝑡 − 𝑅𝑓 = 858 − 72,29 = 785,51 Ω El valor de resistencia más cercano es de 820. Si colocamos este valor disminuiremos un poco la garantía pero no en su totalidad, por lo que puede quedar esta valoración. Si queremos ser más exactos tenemos que hacer series y paralelos de resistencia para lograr el valor calculado. Una vez calculada la primera parte procedemos a calcular el circuito del transistor Q2 de la misma manera que Q1.

El foco no hace falta calcular ya que tiene las mismas características. Directamente calculamos 𝐼𝑏2𝑠𝑎𝑡 . 𝐼𝑏2𝑠𝑎𝑡 =

𝐼𝑐2 166𝑚𝐴 × 𝐺2 = × 3 = 4,98 𝑚𝐴 𝐻𝑓𝑒 100

Calculamos directamente Rb2 𝑅𝑏2 =

(𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑒2) (12 − 0.6 𝑉) − 𝑅𝑓 = = 2216,8 = 2,216 𝑘Ω 𝐼𝑏2𝑠𝑎𝑡 4,98 𝑚𝐴 ELECTRONICA AD

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA El valor de resistencia más cercano es de 2,2 𝑘Ω. Si en el circuito existen más transistores, simplemente hay que tomar en cuenta los que funcionan y cuáles no, observar hacia donde circula la corriente y aplicar la ley Ohm.

3. EL MULTIVIBRADOR AESTABLE. ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO DEL AESTABLE.

El multivibrador aestable es un circuito oscilador, o generador de onda cuadrada, que puede ser de frecuencia fija o variable. A continuación se muestra una onda cuadrada cuyos valores característicos son el “tiempo en alto” (t1), “tiempo en bajo” (t2), que al sumarlos nos da el periodo T de la onda; los tiempos t1 y t2 no necesariamente son iguales. La onda tiene una amplitud de voltaje Vcc (voltaje de alimentación).

El esquema de este circuito se representa:

Este circuito es un aestable de frecuencia fija. Partiendo de este se puede obtener algunos tipos. Considerando que este es un circuito oscilador, no interesa cuál de los transistores se cierra primero, pero si deseamos que uno de ellos lo esté, lo único que debemos hacer es calcularlo con una mayor garantía que el otro. Por ello el cálculo de este tipo de multivibrador es muy sencillo.

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA La forma de onda cuadrada se obtiene en los colectores de los transistores (Q1 y Q2), esto es un caso que vayamos a alimentar otro circuito con esta señal. Si queremos comandar cargas pequeñas solamente sustituimos las resistencias de colector de los transistores (Rc1 y Rc2) por las cargas, o podrían ser también las bobinas de un relé que a su vez comande otro tipo de cargas. En el instante en el que C2 se carga en el otro sentido C1 se vuelve a cargar con la polaridad a través de Rc1 y está listo a funcionar en el instante en que se cierre Q1.

Lo mismo sucede cuando C1 se carga en el otro sentido, de manera que C2 está listo a trabajar cuando se cierre Q2. El tiempo que demoren los transistores abiertos o cerrados dependerá del que se tarden los condensadores C1 y C2 en cargarse de - Vcc a 0.6v. Este tiempo se puede determinar de la siguiente manera: 𝑡 = 𝑅 ∙ 𝐶 ∙ 0,7

t = tiempo de carga de un condensador (t1 o t2) R = resistencia que está en seria al condensador C = Capacidad del condensador

UNIDADES: t = segundos R = ohmios C = faradios

De aquí se pueden deducir las subunidades.

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA El tiempo que demore Q1 cerrado y Q2 abierto depende del condensador C1. Así: 𝒕𝟏 = 𝑹𝒃𝟐 ∙ 𝑪𝟏 ∙ 𝟎, 𝟕 El tiempo que demore Q2 cerrado y Q1 abierto depende del condensador C2. 𝒕𝟐 = 𝑹𝒃𝟏 ∙ 𝑪𝟐 ∙ 𝟎, 𝟕 La suma de estos dos tiempos (t1 y t2) nos da el período. 𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2 𝐹 = 1⁄𝑇 T = período F= frecuencia De estas fórmulas se puede despejar y calcular el valor de los condensadores. El resto de elementos del circuito se calculan como en el caso del biestable.

CÁLCULO DEL AESTABLE.

El siguiente ejemplo ayuda a una mejor comprensión. EJEMPLO: Diseñar y calcular un circuito de manera que se encienda un foco por 2 segundos y cuando este se apague, se encienda otro por 1 segundo. Los bombillos son de 24 V, 2W. DATOS: 𝐻𝑓𝑒 = 200 𝐺1 = 𝐺2 = 8 𝐹𝑜𝑐𝑜𝑠 = 24𝑉 / 2𝑊 𝑡1 = 2 𝑠 𝑡2 = 1 𝑠

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CIRCUITO:

Dado que las cargas y las características de los transistores son iguales, las corrientes tanto de colector como de base de ambos transistores serán idénticas y en consecuencia las resistencias de base Rb1 y Rb2. Calculamos las resistencias de base. 𝐼𝑐1 = 𝐼𝑐2 = 𝐼𝐻1 = 𝐼𝑏1𝑠𝑎𝑡 = 𝑅𝑏1 =

𝑃𝐻1 2 𝑊 = = 0,0833 𝐴 = 83,3 𝑚𝐴 𝑉𝐻1 24 𝑉

𝐼𝑐1 83,3 𝑚𝐴 ×𝐺 = × 8 = 3,33 𝑚𝐴 𝐻𝑓𝑒 200

𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝐵𝐸 24 𝑉 − 0,6 𝑉 = = 7,02 𝑘Ω 𝐼𝑏1𝑠𝑎𝑡 3,33 𝑚𝐴

El valor comercial más cercano es de 6,8 𝑘Ω 𝑅𝑏1 = 𝑅𝑏2 = 6,8 𝑘Ω , 1⁄2 𝑊 Ahora debemos calcular el valor de los condensadores. 𝐶1 =

𝑡1 2𝑠 = = 0,42 𝑚𝑓 0,7 ∙ 𝑅𝑏2 6,8𝐾 ∙ 0,7

𝐶1 = 420 𝜇𝐹 𝐶2 =

𝑡2 1𝑠 = = 0,21 𝑚𝐹 0,7 𝑅𝑏1 6,8𝐾 ∙ 0,7

𝐶2 = 210 𝜇𝐹

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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Los valores comerciales más cercanos son: 𝐶1 = 390 𝜇𝐹, 25𝑉 𝐶2 = 220 𝜇𝐹, 25𝑉 ¿Cuánto es la frecuencia de este oscilador diseñado? ¿Qué sucedería si los tiempos t1 y t2 fuesen iguales? ¿Qué sucede si colocamos condensadores en paralelo? El colocar valores diferentes a los cálculos afectará el funcionamiento; pero si los valores son bastante aproximados este error será mínimo. Si deseamos mayor precisión, debemos tratar de obtener los valores calculados mediante series y paralelos de resistencias y condensadores.

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