MULTIVIBRADORES 1. 2. 3. MULTIVIBRADOR BIESTABLE (dos estados estables) FLIP-FLOP SCHMITT TRIGGER MULTIVIBRADOR MONOESTABLE (un estado estable y un estado inestable)[one shot] MULTIVIBRADOR ASTABLE (dos estados inestables) 1 GENERADORES DE FUNCIÓN GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR 2 1 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR Se puede construir con diferentes elementos activos tales como: • Transistores • Amplificadores Operacionales • CI dedicados (LM555, CD4047,..etc) • Compuertas lógicas 3 Multivibrador Astable Astable: posee dos estados inestables, es un generador de onda cuadrada o rectangular. Se puede formar con Amp. Op’s. Fet’s, Bjt’s, Compuertas Lógicas y CI’s, etc… 1º Estado 2º Estado 4 2 Multivibrador Astable • Astable con Transistor VCC Vout1 VCC t1 t2 Vout2 RC R R RC VCC VB1 Vout1 C1 C2 Vout2 VBEsat VBEsat - VCC T1 VB2 T2 VBEsat VBEsat - VCC Astable con Transistor 5 Multivibrador Astable VCC RC R R RC + Vout1 C1 – C2 T1 cortado T1 Vout2 T2 saturado VBE1 + T2 VC2 - VC2 comienza a aumentar para sacar a T1 del corte Circuito equivalente de carga del condensador C2 6 3 Multivibrador Astable CARGA DEL CONDENSADOR VBASE TRANSISTOR Vf = VCC VCC VC(t1)=VBE SAT VBE SAT t 0 t2 t1 t1 Vi = (VBE SAT - VCC) 7 Condiciones iniciales y finales de carga del condensador, además VC a t = t1 CONVERSOR FRECUENCIA – VOLTAJE OSCILADOR CONTROLADO POR VOLTAJE - VCO VCC V = VCONTROL RC Vout1 T1 R C1 R RC C2 Tarea: 1. Encontrar literalmente t1 y t2 y determine T, para eso debe determinar primero Vinicial ; Vfinal y VC(t1) 2. ¿Qué sucede si Vcontrol es reemplazado por una Vout2 señal triangular o senoidal? T2 3. ¿ Cómo dejaría un tono intermitente? 8 4 Multivibrador Astable • Astable con Transistor Demostrar que: t1 0.69 R C1 Nivel Alto ( descarga de C1 ) t 2 0.69 R C2 Nivel Bajo ( descarga de C2 ) T t1 t 2 0,69 RC1 C2 Si el circuito es Simétrico, o sea, C1 = C2 = C T 1.38 RC 9 Multivibrador Astable • Astable con Amp-Op : Osc. Senoidal Comparador Vout VRef Comparador Integrador VRef Vout 10 5 Multivibrador Astable Oscilador de Relajación Astable con Amp-Op : Rf + I carga a C hasta VUT - VC + I Astable Amp.Op. + +V C + -V R1 Vo = +Vsat + Pág. 148 Coughlin R2 VUT - (a) Cuando Vo = +Vsat, VC se carga al valor VUT 11 Multivibrador Astable - Rf I carga a C desde V UT hasta VLT I C - +V - + VC - + -V R1 Voltaje inicial = VUT Vo = -Vsat + - VLT R2 (b) Cuando Vo = -Vsat, VC se carga al valor VLT Multivibrador astable (R1 = 100k, R2 = 86k). 12 6 Multivibrador Astable Ecuación Particular Vo T 2R f C V0 = +Vsat 15 10 VUT T = 2RC = 1/f Cuando: VC 5 0 R2 0.86 R1 t -5 VLT -10 t1 = RfC t2 = RfC -15 V0 = -Vsat (c) Formas de onda f 1 1 T 2R f C 13 Multivibrador Astable Oscilador de Relajación Astable con Amp-Op: Demostrar que si VC t1 V 1 e R1C VC t2 V 1 e R1C O 1 T t1 t 2 2 RF C ln 1 R2 siendo R1 R2 Y si t1 = t2 2R T t1 t2 2RF C ln 2 1 R1 (Ecuación General) 14 7 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : 8 4 6 Comparador superior 5Kohm GND Transistor de descarga 5 2/3VCC 5Kohm Trigger 7 FF Output 1/3VCC Reset 2 Comparador inferior 5Kohm Impulsador de salida ( inversor ) 1 8 2 7 3 555 4 6 5 VCC Discharge Thershold VCO Astable con CI 555 3 1 15 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : Configuración VCC VCC 8 2/3 VCC 4 RA 1/3 VCC 7 3 555 RB VC VC 6 VO VO t1 t2 ton toff t VCC 2 5 C 1 t 0,01µF 16 8 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : A partir del gráfico anterior, demostrar que: t1 0,693 RA RB C Nivel Alto ( carga de C ) t 2 0,693 RB C Nivel Bajo ( descarga de C ) T t1 t 2 0,693 RA 2 RB C Para obtener t1 = t2 , implica RB >> RA T 1,38 RB C 17 Multivibrador Astable • Astable con CI CD4047 Configuración VDD 2 4 5 C 6 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 3 CD4047 C 1 7 8 9 12 14 R 14 R 1 Osc. out R-C común ______ Astable Retrigger _ Q CD 4047 Astable Q - Trigger VSS (GND) VDD Ext. RESET 7 Astable con CI CD4047 8 + Trigger 18 9 Multivibrador Astable Astable con CI CD4047 Configuración Interna 3 5 4 2 13 C TIMING ASTABLE GATE CONTROL 6 8 1 MONOSTABLE CONTROL LOW POWER ASTABLE MULTIVIBRATOR RETRIGGER CONTROL 12 10 FREQUENCY DIVIDER (div 2) 11 9 14 7 19 Multivibrador Astable Astable con CI CD4047 : TA = Período de la señal Q o Q (complemento) TA osc = Período de la señal del Oscilador Interno T A osc OSC OUT TA 4.4 RC Q TA osc 2.2 RC _ Q TA 2 TA osc TA 20 10 Tabla de verdad CD4047 Conexión de los terminales Función VDD VSS 4,5,6,14 7,8,9,12 Salida Entrada pulso de disparo Período de la señal de salida Astable Free-Runnig 10,11,13 TA(10,11)=4,4 RC True Gating 4,6,14 7,8,9,12 5 10,11,13 Complement Gating 6,14 5,7,8,9,12 4 10,11,13 TA(13)=2,2 RC Monoestable Positive EdgeTrigger 4,14 5,6,7,9,12 8 10,11 Negative EdgeTrigger 4,8,14 5,7,9,12 6 10,11 Retriggerable 4,14 5,6,7,9 8,12 10,11 External Countdown * 14 5,6,7,8,9,12 Ver figura Ver figura Ancho del Pulso TM =2,48 RC Ver figura 21 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR Definiciones: Tiempo de encendido: tON Tiempo de apagado: tOFF Ciclo de trabajo(duty cycle): D tON D tON tOFF tON tOFF 22 11 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR RESUMEN T t1 t 2 0,69 RC1 C2 CON TRANSISTOR VCC RC R Vout1 R Si el circuito es Simétrico, o sea, C1 = C2 = C RC C1 C2 Vout2 T1 T 1.38 RC T2 23 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR Conversor de voltaje - frecuencia (VCO) VCC VBB RC Vout1 T1 R C1 R RC C2 TAREA: Calcular f=1/T Dibujar en secuencia de fase VOUT1 , VOUT2 , VB1 y VB2 Vout2 T2 24 12 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR RESUMEN CON AMPLICADOR OPERACIONAL VO R V VC + V VC - R1 C VO VREF R2 t1 t2 2R T t1 t2 2 R1C ln 2 1 R3 25 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR RESUMEN CON CI LM555 VCC VCC VC 2/3 VCC 8 4 RA 7 555 RB 1/3 VCC 3 VO VO t1 t2 ton toff t VCC VC 6 2 5 C 1 t 0,01µF T t1 t 2 0,693 RA 2 RB C 26 13 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR VCO CON CI LM555 E VCC 8 4 RA 7 3 555 RB VC VO VO 6 2 5 C 1 E 27 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR RESUMEN CON CI CD4047 VDD 2 4 5 6 14 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 R 3 CD4047 C 1 7 8 T A osc OSC OUT 9 t Q t _ Q t 12 TA TA 4,4 RC TA osc 2,2 RC TA 2 TA osc 28 14 Oscilador de relajación con puertas CMOS Inicialmente VDD volt 1 V01 V02 2 0 volt R + - C Oscilador de relajación con cmos 29 Oscilador de relajación con puertas CMOS Finalmente 0 volt 1 V01 VDD volt V02 2 R + - C 30 15 Oscilador de relajación con puertas CMOS VC VT 0,5VDD 0V V01 VDD 0V V02 VDD T 0V 31 Oscilador de relajación con puertas CMOS CÁLCULO DE LA FRECUENCIA VT: Tensión de umbral de entrada de las puertas, que es prácticamente VT V DD 2 Los tiempos t1 y t2 vienen dados por: VCC VT t1 RC ln VT t 2 RC ln 2VCC VT VCC VT 32 16 Oscilador de relajación con puertas CMOS Operando con estos datos se deduce la fórmula que nos da la frecuencia de oscilación: V VCC CC 2 t1 RC ln VCC 2 3VCC RC ln 2 VCC 2 3 RC ln 2 RC ln 3 1 2 f t1 1,1RC V 2VCC CC 2 t 2 RC ln VCC VCC 2 3VCC RC ln 2 VCC 2 1 2,2 RC 3 RC ln 2 RC ln 3 1 2 t 2 1,1RC 33 Oscilador de relajación con puertas CMOS A veces se utiliza en este circuito una resistencia en la entrada de la puerta 1 , Rs, para minimizar la influencia de los diodos internos de protección de las entradas de la tensión umbral (VT). Philips indica en sus databook [1] un valor de Rs del orden de aproximadamente el doble de R (Rs 2R). 74HC04 1 2 V01 V02 R RS RS 2R C f 1/(2,2RC) 34 17 Oscilador de relajación con puertas CMOS • Ejemplo práctico de cálculo: • Para f = 1000 Hz, partiendo de R = 10 k, se deduce el valor del condensador C f 1 2,2 RC C C 1 2,2 R f 1 1 8 4 , 5 10 F 45nF 2,2 R f 2,2 10 4 103 35 Oscilador de relajación con puertas CMOS Circuito práctico de un generador de clock bifásico basado en CI HEF4011, de tecnología CMOS. 1 3 & 2 5,6k Ajuste de frecuencia 22k 8 5 & & 10 9 6 10k 4 47nF 12 & 11 13 36 18 APLICACIONES Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito 37 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito APLICACIONES DEL 555 Operación como SCHMITT TRIGGER VCC +15V 8 R3 4.7k R1 180 5k 6 +1 - 5 THRESHOLD ADJUST 3 OUTPUT 5k INPUT (senoidal) 0.1 F 2 ACTIVE PULLUP OPEN 3 COLLECTOR +2 - 5k 1 4 STROBE 38 19 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES +VCC R4 1k 8 4 7 555 R3 1k D1 2 Salida 3 6 1 D2 R1 R 2 10M 10M C CIRCUITO CON CONTROL DE CARGA Y DESCARGA EN FORMA INDEPENDIENTE (Control del ciclo de trabajo) 39 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES AJUSTE DE FRECUENCIA Y CICLO DE TRABAJO +VCC R3 1k 8 4 7 555 R2 1k D1 3 6 2 Salida 1 D2 R1 10M C 40 20 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES AJUSTE DE CICLO DE TRABAJO (con RP) Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito +VCC 3.3K Q1 Q2 R1 5.1K 4.7K RP 8 RB Ra 4 7 3 Salida 555 Rb 6 5 2 1 .01 C 41 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES FRECUENCIA DEL ASTABLE CONTROLADO POR CRISTAL Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito R 1k 100khz XTAL 3-12pF AJUSTE FINO DE FRECUENCIA +VCC 7 8 4 3 6 Salida 555 2 1 1M C .01 42 21 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES OSCILADOR DUAL (dos tonos) Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito +5V 4.7k 14 10 PUNTO A 13 1/2 556 7404 9 12 8 68k .01 5F 5F +5V 5 7404 4 PUNTO B 1 1/2 556 7 2 4.7k 68k 6 .02 43 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito C2 33F R1 +5V 8 R2 4 +5V R2 10 R5 R4 1k R3C1 5 sec 7 R3 555 6 1 2 C1 R1 R2 R5 1k SALIDA DIENTE DE SIERRA R1C1 10 R2C2 f 1 0,75R1 R2 0,69 R3 C1 44 22 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES GENERADOR DE FUNCIONES Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito Q1 D1 2.2k i1 i2 4.7k C Zener de 3.3V 8 f 4 6 3 4.7k 1 555 2 4.7k 75 C Q2 4.7k 8 Q3 Zener de 3.3V D2 45 GENERADOR DE ONDA CUADRADA Y TRIANGULAR CON EL IC 566 Tarea: Ver Data sheet y analizar el funcionamiento del siguiente circuito 46 23 GENERADOR DE ONDA CUADRADA, TRIANGULAR Y SENOIDAL CON EL ICL8038 47 GENERADOR DE FUNCIONES CON EL ICL8038 ONDA CUADRADA, TRIANGULAR Y SENOIDAL 48 24 Generadores de Pulsos 49 Índice • Generadores de Pulsos • Generador de Pulso Análogo: • AO Diferencial de Corriente • AO Diferencial de Tensión • Generador de Pulso Digital: • CI 555 • CI 555 como P.P.M. • CI 555 como P.W.M. • Aplicaciones y Ejercicios • Bibliografía 50 25 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito y encontrar expresiones Generadores de Pulso Análogo T = t1 + t2 = 1 / f AO Diferencial de Tensión: I carga R3 2R t1 R3C1* ln 1 1 R2 I descarga R4 +Vcc - 2R t2 R4C1* ln 1 1 R2 Vo + -Vss +Vcc C1 R2 t1 R1 t2 0 51 Generadores de Pulso Análogo AO Diferencial de Tensión: T = t1 + t2 = 1 / f 2R t1 R3C1* ln 1 1 R2 R3 Rp1 R4 Rp2 +Vcc 2R t2 R4C1* ln 1 1 R2 Vo + -Vss +Vcc C1 t1 R2 R1 0 t2 Con t1 y t2 variable 52 26 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito Generadores de Pulso Digital CI 555 como Generador de Pulso: +Vcc RA 4 reset 7 t1 t2 RA RB 8 +Vcc descarga t1 0.693 * RA * C 555 D1 6 RB 2 umbral Vo 3 t2 0.693 * RB * C disparo masa 1 C1 T = t1 + t2 = 1 / f V control 5 t1 t2 53 Tarea: Analizar el funcionamiento del siguiente circuito Generadores de Pulso Digital CI 555 como P.P.M.: (MODULADOR POR POSICIÓN DE PULSO) +Vcc RA 4 reset 7 8 +Vcc Ve descarga 555 RB 6 SALIDA umbral Vo t 3 Vo 2 C1 disparo masa 1 V control 5 t ENTRADA DE MODULACION (Ve) 54 27 Aplicación y Ejercicios Generadores de Pulso Análogo Generadores de Pulso Digital Circuitos de Aplicación Ejercicios Resueltos Hoja de Datos 556 – LM 741 – TCA 785 55 MULTIVIBRADORES MONOESTABLES Introducción • El circuito electrónico que más se utiliza tanto en la industria como en los circuitos comerciales, es el circuito temporizador o de retardo, cabe destacar el más económico y también menos preciso que consiste en una resistencia y un condensador. • Un temporizador básicamente consiste en un elemento que se activa o desactiva después de un tiempo más o menos preestablecido. De esta manera podemos determinar el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de temporizarse se detenga, empiece a funcionar o simplemente cierre un contacto o lo abra. 56 28 Circuito de Retardo (delay circuit) Vi D1 R1 ID IC C1 Simulación Temporizador Simple 57 Multivibradores Monoestable Poseen un inestable estado estable y uno Estado Inestable Estado Estable Disparo tm Disparo tm tm = tiempo del Monoestable tm • El tm es independiente del ancho del pulso. • Si durante el tm hay otro disparo este se suma si el monoestable es redisparable. Monoestable 58 29 Multivibrador Monoestable • Monoestable con Transistor : VCC RC R Vout1 R1 t 0.69 * RC1 R3 C1 R2 T1 Vout2 T2 Simulación Monoestable con Transistor C2 + 59 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : 8 4 Configuración 6 Comparador superior 5Kohm Interna Transistor de descarga 5 2/3VCC 5Kohm 7 FF GND 1/3VCC Trigger 2 5Kohm Comparador inferior Impulsador de salida Output 3 Reset 1 8 2 7 3 4 555 6 5 VCC Discharge Thershold VCO 1 60 30 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : tm 1,1 RA C VCC 8 4 RA 2 7 6 Vin Simulación 555 3 Monoestable con CI 555 VO C 5 1 0,01µF 61 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : +V 100 Trigger 0 1 Reset 10 M oh m m 0,01 0 VO 10 0K oh m 0,1 1M oh m VO 1 10 K oh 0 1K oh m VC C, Capacitancia (µF) 10 2/3VCC 10µs 100µs 1ms 10ms 100ms Tiempo de retardo (s) 1s 10s 100s 62 31 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI CD4047 : VDD 2 4 5 C 6 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 3 CD4047 C 1 7 8 9 14 R 14 R 1 12 Osc. out R-C común ______ Astable Retrigger _ Q CD 4047 Astable Q - Trigger VSS (GND) VDD Ext. RESET 7 8 + Trigger Configuración 63 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI CD4047 : 3 5 4 ASTABLE GATE CONTROL 6 8 MONOSTABLE CONTROL 1 2 13 C TIMING LOW POWER ASTABLE MULTIVIBRATOR RETRIGGER CONTROL 12 10 FREQUENCY DIVIDER (div 2) 11 9 14 7 Configuración Interna 64 32 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI CD4047 : VDD VCC GND Trigger Canto de Subida 4, 14 5, 6, 7, 9, 12 8 Canto de Bajada 4, 8, 14 5, 7, 9, 12 6 Subida y Bajada 4, 14 5, 6, 7, 9 8, 12 TRIGGER 2 8 4 14 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 R 3 CD4047 1 5 C 6 7 9 12 Monoestable con CD4047 65 APLICACIÓN AL MULTIVIBRADOR MONOESTABLE +VCC ESTE MULTIVIBRADOR SE DISPARA CUANDO ES ENERGIZADO. D 8 Ra 4 6 SU SALIDA ES ACTIVADA EN UN TIEMPO tm, DESPUÉS QUE ES ENERGIZADO 2 C +VCC 0V Salida 555 3 Salida 1 POWER ON tm 66 33 APLICACIÓN AL MULTIVIBRADOR MONOESTABLE +VCC SU SALIDA SE ACTIVA DESPUES DE UN TIEMPO DE RETARDO tm, DESPUÉS QUE ES ENERGIZADO 8 C ESTE MULTIVIBRADOR SE DISPARA CUANDO ES ENERGIZADO. 4 6 2 D Ra +VCC 0V Salida 555 3 Salida 1 POWER ON tm 67 TAREA • Diseñe un circuito detector de nivel de T°. • Cuando llegue la T° a 30 °C el circuito debe emitir una señal audible intermitente de 2 KHz y al mismo tiempo una señal luminosa intermitente sobre una baliza de 12 volt – 50 watt • Dibuje su Diagrama de Bloques • Dibuje y diseñe el circuito final 68 34