15 PRACTICA Nº 3 EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
VICERRECTORADO BARQUISIMETO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
LABORATORIO II DE ELECTRÓNICA
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PRACTICA Nº 3
EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y MONOESTABLE
PREPARACION TEORICA
3.1 Introducción:
Como lo señala su nombre, el biestable es un tipo de multivibrador que solo
posee dos estados operativos estables; en cada uno de los cuales puede
permanecer por tiempo indefinido, por lo cual constituye un elemento de
memoria. Forzosamente, el cambio del biestable de un estado a otro, precisa
la aplicación de una señal externa (disparo) de características adecuadas,
proveniente de un circuito adicional.
Por otra parte un multivibrador monoestable, posee dos estados operativos. El
estado estable, en el que puede permanecer por tiempo indefinido, hasta que
sea activado o disparado mediante una señal externa de características
adecuadas. Y el otro estado, el inestable, que solo puede adoptar mediante un
tiempo limitado una vez que ha sido disparado, después de lo cual, retorna a su
condición estable.
3.2 Objetivos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Determinar los componentes básicos y las configuraciones típicas de un
multivibrador biestable.
Reconocer el mecanismo de funcionamiento y las formas de onda
asociadas a la operación del biestable.
Deducir las ecuaciones de diseño de un biestable con amplificador
operacional.
Diseñar un biestable con el operacional LM324
Establecer las características de las señales de disparo y los circuitos
usualmente empleados en la conmutación de biestables.
Reconocer configuraciones típicas con dispositivos integrados.
Establecer el mecanismo de funcionamiento e identificar tanto los
componentes básicos, como las formas de ondas asociadas a las
operaciones de un monoestable.
Determinar las ecuaciones de diseño de un monoestable con un LM555.
Comparar los resultados teóricos y prácticos e indicar posibles
aplicaciones prácticas de los circuitos estudiados.
3.3.1 Multivibrador Biestable con amplificador operacional
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En diversas ocasiones, especialmente cuando se desea obtener
una salida de polaridad dual, lograr una activación con tensiones
positivas y negativas y otras muchas ventajas, resulta conveniente
diseñar un multivibrador biestable con amplificadores operacionales, en
lugar de elementos discretos o circuitos lógicos integrados.
ACTIVIDADES
•
En la figura 1, se ilustra el esquema de un multivibrador biestable
basado en un amplificador operacional del tipo LM324, alimentado
dualmente con Vcc = ±12V Vref = 5 V. Si Vo = ±11V, Vz1 = Vz2 = 9 V y
la señal de disparo es un tren de pulsos rectangulares de 500 Hz,
aplicada ya sea a la entrada Vs o Vr. Explique el funcionamiento del
circuito y dibuje las correspondientes formas de onda
-V
Vref
Rs
Vr
Vs
R4
R3
R1
LM324
+
+V
D1
R2
D2
Fig 1. Multivibrador biestable con amplificador operacional
•
•
Explique el papel de la tensión Vr y determine su valor límite.
Deduzca las ecuaciones de diseño para determinar los valores de los
componentes del circuito.
3.3.2 Multivibrador monoestable con elementos integrados.
El avance en la fabricación de circuitos integrados ha hecho posible el
disponer de monoestable que requieren de muy pocos elementos extremos.
A modo de ejemplo, se tienen circuitos específicos en las distintas familias
lógicas comerciales, temporizados industriales (timers), amplificadores
operacionales y muchos otros.
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Actividades:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Investigue e ilustre dos configuraciones típicas de monoestables con
circuitos, integrados. Una con los circuitos temporizador LM555 y otro
con el amplificador operacional LM324.
Deduzca las ecuaciones de diseño correspondiente a los montajes
investigados.
Anexe formas de onda y explique detalladamente el funcionamiento de
las dos configuraciones estudiadas.
Diseñe dos monoestables con las configuraciones estudiadas que
satisfagan las siguientes condiciones:
VCC = 10V T1 = 10 segundos T2=60 segundos
Diseñe un circuito de acoplamiento para conectar en cascada los dos
diseños monoestables diseñados.
Bibliografía.
1. Millman y Taub
Circuitos de pulsos digitales y de conmutación.
McGraw-Hill, 1965.
2. Millman-Halkias.
Integrated Electronics.
McGraw-Hill, 1972.
3. Robert Coughlin.
Circuitos Integrados Liniales.
Prentice-Hall 1987.
4. Scout and Kaufman.
Operatonal Amplifier Circuit Design.
McGraw-Hill, 1976
5. Nacional.
Manuales técnicos.
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PRACTICA Nº 3
EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y MONOESTABLE
TRABAJO DE LABORATORIO
3.1 Objetivos:
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•
•
•
•
•
•
•
Diseñar un multivibrador biestable basado en un amplificador
operacional LM324.
Estudiar y comparar el funcionamiento del biestable con elementos
integrados.
Comparar resultados prácticos y predicciones teóricas.
Utilizar las ecuaciones de diseño, deducidas en la preparación teórica,
para calcular los valores de los componentes de un multivibrador
monoestable.
Verificar el funcionamiento del monoestable diseñado.
Determinar las limitaciones para disparos sucesivos de los
monoestables y correspondientes formas de onda.
Establecer las limitaciones para disparos sucesivos del monoestable y
las condiciones de inicialización.
Establecer posibles aplicaciones prácticas de los circuitos estudiados.
3.2 Material requerido:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Multímetro electrónico
Cables y demás elementos.
Un circuito integrador LM324.
Un circuito integrador LM555.
2 diodos zener de 9V
Resistencias de 0.25W según valores de diseño.
Una fuente dual.
Un generador de pulso (DATAPULSE).
Un osciloscopio dual con accesorios.
Un protoboard.
Un multímetro electrónico.
Cables y demás elementos de conexión.
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3.3.1 Multivibrador biestable con amplificador operacional
En la figura (2) se muestra un biestable basado en el amplificador operacional
LM324:
-V
Vref
Rs
Vr
Vs
R4
R1
LM324
+
R3
+V
D1
R2
D2
Fig 2. Multivibrador biestable con amplificador operacional
Actividades:
•
•
•
•
A : r2_2
Monte el circuito biestable indicado en la figura (2) con los valores
calculados en su preparación teórica.
Dibuje el correspondiente circuito con sus valores comerciales.
Verifique la correcta operación del circuito para activación en forma
manual.
Compruebe que el biestable con AO puede emplear señales de disparo
con polaridad dual para propósitos de activación. A tal efecto, emplee el
circuito con zona muerta de la práctica anterior para obtener la señal
esbozada en la figura (3) y aplique esta onda a la entrada Vs.
10.00 V
7.500 V
5.000 V
2.500 V
0.000 V
-2.500 V
-5.000 V
-7.500 V
-10.00 V
0.000ms
0.500ms
1.000ms
1.500ms
2.000ms
2.500ms
3.000ms
3.500ms
4.000ms
4.500ms
5.000ms
Fig 3. Forma de onda deseada a la salida del circuito con zona muerta.
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Dibuje en forma secuencial las formas de onda asociadas a la activación
del biestable con la onda de la figura 3 inyectada por Vs.
Determine los rangos de la señal de disparo y de las fuentes de
polarización que aseguran la correcta operación del biestable de la
figura (2)
Señale algunas posibles aplicaciones de los circuitos estudiados
3.3.2 Multivibrador monoestable con elementos integrados.
Diversos circuitos integrados se pueden emplear para obtener efectos
tipo monoestable, con un considerable ahorro del número de componentes
externos requeridos.
En la figura 4 se muestra el esquema de un multivibrador monoestable
con el amplificador operacional LM324.
R2
C1
V1
0/5V
R1
D2
R3
10mHz
+10V
C2
1
U1
LM324
Vo
-10V
1
2
D1
+
11
4
3 +
2
3
R4
RP
Fig. 4 Multivibrador monoestable con el AO.
Actividades:
ƒ Monte el monoestable de la figura #4 con los valores de los
componentes calculado en la preparación teórica, que satisfacen las
siguientes condiciones:
Vcc =±10V Duración del pulso =10 segundos.
ƒ Verifique la operación del circuito usando la función Single Pulse del
DATAPULSE.
ƒ Tome nota de los resultados experimentales y compárelos con los datos
teóricos de su preparación teórica. Explique las diferencias.
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ƒ
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Monte otro monoestable según el esquema de la figura #5, que utiliza el
circuito integrado LM555, con los datos calculados en su preparación
teórica para satisfacer las siguientes condiciones:
Vcc = 10V Duración del pulso = 60 segundos.
+V
D1
R1
1 Gnd
2 Trg
3 Out
4 Rst
Vcc 8
Dis 7
Thr 6
Ctl 5
Vo
+
10mHz
R
U1
C2
+V
V1
+V
R2
C1
C3
D2
Fig. 5 Multivibrador monoestable con LM555.
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Verifique la correcta operación de este segundo monoestable y sus
condiciones de inicialización usando la función Single Pulse del
DATAPULSE. Utilice redes Resistencia-diodo LED para visualizar las
operaciones.
Diseñe y monte una red adecuada para acoplar ambos monoestables,
de modo que operen secuencial mente y así; 10 segundos después de
disparar el primero con el DATAPULSE, se activa el segundo
monoestable durante 60 segundos. Construida esta secuencia, el
sistema retorna a su condición inicial.
Explique el funcionamiento del conjunto interconectado dibuje la
correspondientes formas de ondas.
Compare resultados prácticos y teóricos e indique posibles aplicaciones
de los circuitos estudiados.