Diapositiva 1 - U. T. F. S. M.

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  RC1  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  RC1  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
5F
5F
+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
33F
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
0,75R1  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