MULTIVIBRADORES 1. 2. 3. MULTIVIBRADOR BIESTABLE (dos estados estables) FLIP-FLOP SCHMITT TRIGGER MULTIVIBRADOR MONOESTABLE (un estado estable y un estado inestable) MULTIVIBRADOR ASTABLE (dos estados inestables) 1 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. 2 Circuito de Retardo (delay circuit) Vi D1 R1 ID IC C1 Simulación 1 Temporizador Simple 3 Multivibradores Monoestable Poseen un inestable estado estable y uno Estado Inestable Estado Estable tm Disparo tm Disparo tm tm = tiempo del Monoestable • El tm es independiente del ancho del pulso. • Si durante el tm hay otro disparo este se suma si el monoestable es redisparable. Monoestable 4 Multivibrador Monoestable • Monoestable con Transistor : VCC RC Vout1 R C1 R1 R3 R2 T1 Vout2 T2 C2 + t 0.69 * RC1 Simulación 2 Monoestable con Transistor 5 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : 8 5Kohm 4 6 Comparador superior Configuración Interna Transistor de descarga 5 2/3VC C 5Kohm 7 FF GND 1/3VC C 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 6 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : t m 1,1 RA C VCC 8 4 R 2 7 6 Vin 555 Simulación 3 3 VO C 5 1 Monoestable con CI 555 0,01µF 7 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI 555 : +V 100 Trigger 0 2/3VC C VC 0 VO 1 Reset C, Capacitancia (µF) 10 K 10 0,1 m oh m oh K 0 10 m oh 1M m oh M 10 0,01 0 VO m oh K 1 1 10µs 100µs 1ms 10ms 100ms 1s 10s 100s Tiempo de retardo (s) 8 Multivibrador Monoestable • Monoestable con CI CD4047 : VD D C 1 14 R 2 4 5 6 14 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 R 3 CD4047 C 1 7 8 9 12 Osc. out R-C común ______ Astable Retrigger _ Q CD 4047 Astable Q - Trigger VSS (GND) Configuración VD D Ext. RESET 7 8 + Trigger 9 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 10 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 C 1 5 6 7 9 12 Monoestable con CD4047 11 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 12 APLICACIÓN AL MULTIVIBRADOR MONOESTABLE +VCC C ESTE MULTIVIBRADOR SE DISPARA CUANDO ES ENERGIZADO. SU SALIDA SE ACTIVA DESPUES DE UN TIEMPO DE RETARDO tm, DESPUÉS QUE ES ENERGIZADO 8 4 6 2 D Ra +VCC 0V Salida 555 3 Salida 1 POWER ON tm 13 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 14 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 T2 VB2 VBEsat VBEsat - VCC Simulación 1 Astable con Transistor 15 Multivibrador Astable • Astable con Transistor Demostrar que: t1 0.69 R C1 Nivel Alto ( descarga de C1 ) t2 0.69 R C2 Nivel Bajo ( descarga de C2 ) T t1 t2 0,69 RC1 C2 Si el circuito es Simétrico, o sea, C1 = C2 = C T 1.38 RC 16 Multivibrador Astable • Astable con Amp-Op : Osc. Senoidal Comparador Vout VRef Comparador Integrador VRef Vout 17 Multivibrador Astable Oscilador de Relajación Astable con Amp-Op : I Rf + carga a C hasta VUT - VC + I + +V C + -V R1 Vo = +Vsat + - VUT R2 (a) Cuando Vo = +Vsat, VC se carga al valor VUT 18 Multivibrador Astable Rf - I carga a C desde V UT hasta VLT + VC - I - +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). 19 Multivibrador Astable T 2R f C Vo V0 = +Vsat 15 10 VUT T = 2RC = 1/f VC 5 0 -5 VLT -10 -15 Cuando: Tiempo t1 = RfC t2 = RfC V0 = -Vsat (c) Formas de onda R2 0.86R1 1 1 f T 2R f C 20 Multivibrador Astable Oscilador de Relajación Astable con Amp-Op : Demostrar que: VC V 1 e t1 R1C VC V 1 e t2 R1C Si t1 = t2 2 R2 T t1 t2 2 R1C ln 1 R3 21 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : 4 8 5Kohm 6 Comparador superior GND Transistor de descarga 5 2/3VC C 5Kohm Trigger 7 FF 1/3VC C 2 5Kohm Output Reset Comparador inferior Impulsador de salida 3 1 8 2 7 3 4 555 6 5 VCC Discharge Thershold VCO Astable con CI 555 1 22 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : Configuración VCC VCC 8 2/3 VCC 4 RA 1/3 VCC 7 3 555 RB VC 6 2 5 C VC 1 VO VO t1 t2 ton toff t VCC t 0,01µF 23 Multivibrador Astable Astable con CI 555 : A partir del gráfico anterior, demostrar que: t1 0,693 RA RB C Nivel Alto ( carga de C ) t2 0,693 RB C Nivel Bajo ( descarga de C ) T t1 t2 0,693 RA 2RB C Para obtener t1 = t2 , implica RB >> RA T 1,38 RB C 24 Multivibrador Astable • Astable con CI CD4047 Configuración VD D C 1 14 R 2 4 5 6 14 10 OSC OUT _ Q 11 Q 13 R 3 CD4047 C 1 7 8 9 12 Simulación 4 Osc. out R-C común ______ Astable Retrigger _ Q CD 4047 Astable Q - Trigger VSS (GND) VD D Ext. RESET 7 Astable con CI CD4047 8 + Trigger 25 Multivibrador Astable Astable con CI CD4047 Configuración Interna 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 26 Multivibrador Astable Astable con CI CD4047 : TA = Período de la señal Q o Q (complemento) TA osc = Período de la señal del Oscilador Interno TA osc OSC OUT TA 4.4 RC Q TA osc 2.2 RC _ Q TA 2 TA osc TA 27 GENERADORES DE FUNCIÓN • GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR • GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA • GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR • GENERADOR ESCALERA 28 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 29 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 30 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR T t1 t2 0,69 RC1 C2 CON TRANSISTOR VCC RC Vout1 T1 R C1 R RC C2 Vout2 Si el circuito es Simétrico, o sea, C1 = C2 = C T 1.38 RC T2 31 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR Conversor de frecuencia – voltaje Calcular f=1/T Dibujar en secuencia de fase VOUT1 , VOUT2 , VB1 y VB2 VCC VBB RC Vout1 T1 R C1 (VCO) R RC C2 Vout2 T2 32 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR CON AMPLICADOR OPERACIONAL VO R + VC V VC - V C R 1 VO VREF R2 t1 t2 2 R2 T t1 t2 2 R1C ln 1 R3 33 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR 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 t2 0,693 RA 2RB C 34 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR VCO CON CI LM555 E VCC 8 4 RA 7 555 RB VC 3 VO VO 6 2 5 C 1 E 35 GENERADOR DE ONDA CUADRADA O RECTANGULAR CON CI CD4047 VD D TA osc OSC OUT 2 4 5 6 14 13 R 3 CD4047 C 10 11 1 7 8 9 OSC OUT _ Q Q t Q t _ Q 12 t TA TA 4,4 RC TA osc 2,2 RC TA 2 TA osc 36 GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR) QD = 2N3904 ó 2N2222 RB = 10k QD -15V 301 + +15V C = 0.1F Ri = 10k Ei = -1V +15V 741 + -15V D Vo comp 10k 5k Vo ramp D 0-10k Vref = 10V Q1 (a) Circuito generador de onda diente de sierra La frecuencia de oscilación de este circuito es de 100 Hz. 37 GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR) Vo comp y Vo ramp (V) 15 Vref Vo comp Vo ramp (V) 10 Vref = 10 5 5 0 10 -5 -10 La rampa se eleva hasta alcanzar el voltaje pico definido por Vref 20 t (ms) Vo ramp Vo comp -15 (b) Salida de onda diente de sierra Vo ramp y salida del comparador 0 5 10 t (ms) La tasa de la subida está definida por: Ei /RiC = Vo ramp/t 1 Ei fo R V i ref 38 GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR) VC VO VC VO R1 puede ser un diodo zener T 39 GENERADOR BIPOLAR DE ONDA TRIANGULAR C = 0.05F pR = 28k Ri = 14k +15V 741 + -15V R = 10k VA +15V 301 + -15V VB (a) El circuito integrador 741 y el circuito comparador 301 se conectan para construir un generador de onda triangular El circuito generador de onda triangular bipolar en (a) produce las señales de un oscilador de onda cuadrada y triangular que se muestran en (b). La frecuencia de este generador es de 1kHz. 40 GENERADOR BIPOLAR DE ONDA TRIANGULAR VA y VB (V) 15 VB en función de t +Vsat 10 5 0 VA en función de t 1 2 3 -5 VUT t (ms) VLT p fo 4 Ri C -10 -Vsat -15 (b) Formas de onda 41 GENERADOR UNIPOLAR DE ONDA TRIANGULAR C = 0.05F pR = 28k Ri = 14k +15V 741 + -15V R = 10k VA D +15V 301 + -15V VB (a) Generador de onda triangular unipolar El diodo D convierte el generador de onda triangular bipolar en un generador de onda triangular unipolar. Este es un generador basico, la frecuencia de oscilación es de 1kHz. 42 GENERADOR UNIPOLAR DE ONDA TRIANGULAR VA y VB (V) 15 VB en función de t +Vsat 10 VA en función de t 5 0 1 2 3 -5 VUT t (ms) p fo 4 Ri C -10 -Vsat -15 (b) Formas de onda 43 APLICACIONES 44 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 45 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES +VCC R4 1k 8 4 7 555 R3 1k D1 3 6 2 Salida 1 D2 R1 R 2 10M 10M C CIRCUITO CON CONTROL DE CARGA Y DESCARGA EN FORMA INDEPENDIENTE (Control del ciclo de trabajo) 46 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 47 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES AJUSTE DE CICLO DE TRABAJO (con RP) +VCC 3.3K Q1 Q2 R1 5.1K 4.7K RP RB Ra Rb 8 4 7 3 Salida 555 6 5 2 1 .01 C 48 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES FRECUENCIA DEL ASTABLE CONTROLADO POR CRISTAL R 1k 100khz XTAL 3-12pF AJUSTE FINO DE FRECUENCIA +VCC 7 4 8 3 6 Salida 555 2 1 1M C .01 49 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES OSCILADOR DUAL (dos tonos) +5V 4.7k 14 10 PUNTO A 7404 13 1/2 556 9 12 8 68k .01 5F 5F +5V 5 7404 PUNTO B 4 7 1 1/2 556 2 4.7k 68k 6 .02 50 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA 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 51 APLICACIONES DE MULTIVIBRADORES ASTABLES GENERADOR DE FUNCIONES Q1 D1 2.2k i1 i2 4.7k C Zener de 3.3V 8 4 6 3 4.7k 1 555 2 4.7k 75 f C Q2 4.7k 8 Q3 Zener de 3.3V D2 52 GENERADOR DE ONDA CUADRADA Y TRIANGULAR CON EL IC 566 53 GENERADOR ESCALERA (STAIRCASE GENERATOR) VCC = 15V 10k R1 10k 10nF 7 R2 D D 2 61 8 5 5 5 5 10k 3 out 4 D 10k 6.8k 2. DIBUJE LAS FORMAS DE ONDA A LA SALIDA DE CADA BLOQUE 1F VCC 10k Ra Vo T1 Rb + V1 8.2k R 0.1F Vo TAREA: 1. ENMARQUE LOS BLOQUES QUE COMPONEN ESTE CIRCUITO Y PONGALE NOMBRE T2 D 0.1F + D V2 8.2k V3 6.8k 15k 15k 54 GENERADOR ESCALERA (STAIRCASE GENERATOR) VCC = 15V ASTABLE A INTEGRADOR 10k R1 10nF 7 R2 D D 2 61 8 5 5 5 5 10k 3 out 4 D V1 10k 6.8k 1F VCC 10k Ra Vo T1 Rb Vo + 8.2k R 0.1F ASTABLE B 10k T2 D 0.1F + D V2 8.2k V3 6.8k 15k 15k 55 GENERADOR ESCALERA (STAIRCASE GENERATOR) CLOCK RESET R1 4.7k +15V 1 -15V Q1 = 2N2222 R2 47k 3 LF398 4 6 Vo 5 8 CLOCK INPUT C1 0.01F R3 4.7k D D3 LM113 1.2V R5 P1 50k Rango de voltaje del escalón 11k 1N914 C2 300pF +15V -15V 1 4 3 5 LF398 6 8 7 C3 0.01F R4 8.2k TAREA: DIBUJAR EL DIAGRAMAS DE BLOQUES Y LAS FORMAS DE ONDA EN CADA BLOQUE R7 12k R8 3k R6 4.7k D2 1N914 C4 300pF 56 GENERADOR ESCALERA (STAIRCASE GENERATOR ) 57 TAREA SE PUEDE CONSTRUIR UN GENERADOR DE ESCALERA, TENIENDO COMO BASE UN CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO Y UN CONTADOR BINARIO 58 GENERADOR DE ONDA CUADRADA, TRIANGULAR Y SENOIDAL CON EL ICL8038 59 GENERADOR DE FUNCIONES CON EL ICL8038 ONDA CUADRADA, TRIANGULAR Y SENOIDAL 60