Multivibrador Astable a Transistores

MULTIVIBRADOR ASTABLE A TRANSISTORES Nelson Leonardo Muñoz Gómez Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA CEET) [email protected] En la electrónica análoga dentro del análisis de los elementos de un circuito encontramos de relevante importancia al transistor. Este dispositivo semiconductor que hace transferencia de resistencia permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña; Puede ser configurado de varias maneras (emisor común, base común, colector común, Darlington, etc.) Las funciones que puede tener un transistor son variadas, ya que puede amplificar, conmutar, rectificar y hacer de oscilador, aplicaciones dentro de las cuales podemos encontrar al multivibrador astable. Análogo Aplicación Astable Base Colector Configuración Corte Dispositivo Emisor Ganancia Multivibrador Oscilador Región activa Región de trabajo Resistencia Saturación Semiconductor Señal Transistor

Court Device Emitter Gain Multivibrator Oscillator Active Working Resistance Saturation Semiconductor Signal Transistor

region region

INTRODUCCIÓN En electrónica, un multivibrador es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Según su funcionamiento, los multivibradores se pueden dividir en dos clases: 1.

2.

De funcionamiento continuo, astable o de oscilación libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentación. De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su estado de reposo.

En su forma más simple son dos transistores realimentados entre sí. Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden definir los periodos de inestabilidad.

CUERPO DEL INFORME

In analog electronics in the analysis of the circuit elements are of significant importance to the transistor. This semiconductor device which allows the transfer of resistance control and regulation of a large current through a very small signal, can be configured in various ways (common emitter, common base, common collector, Darlington, etc.) The functions that can be a transistor are varied, as it can amplify, switch, correct and make oscillator applications in which we find the astable multivibrator.

El presente trabajo se desarrolla en cinco secciones principales dentro de las cuales se hace una explicación minuciosa del funcionamiento del circuito a base de transistores, se establece relación con otro tipo de circuito que realiza la misma función y se proponen las diferentes aplicaciones que se le pueden dar al conjunto.

Analogue Application Astable Base Collector Settings

Profundizar en el conocimiento del dispositivo electrónico Transistor, mediante el análisis y montaje de una de sus aplicaciones más comunes como es el multivibrador astable, para ofrecer al aprendiz una visión más clara de este elemento que ha revolucionado ampliamente en la electrónica.

OBJETIVO

I.

QUE ES UN MULTIVIBRADOR?

Un multivibrador (MV) es un circuito generador de pulsos que produce una salida de onda rectangular.

II.

IV.

FUNCIONAMIENTO

El astable con dos transistores NPN es de los primeros circuitos que se estudian cuando se habla de transistores en conmutación. Figura 4.

CLASES DE MULTIVIBRADORES

Se clasifican en: astables, biestables o monoestables.

2.1 Los MV astables también se denominan " multivibradores autónomos ", el MV astable genera un flujo de pulsos continuos Figura 1.

Figura 4 Figura 1 2.2 Los MV biestables también se pueden llamar " flip-flops” flip-flops”.. El MV biestable está siempre en uno de dos estados estables (set o reset). La idea básica de un MV biestable es que el pulso de entrada produzca en la salida un cambio cambio de nivel BAJO al ALTO Figura 2.

4.1 Estado 1: Q1 conduce, Q2 en corte Un astable tiene dos estados, y ambos son inestables, de forma que el circuito alterna continuamente uno con otro. Al comienzo del estado 1:   



Figura 2 2.3 Los MV mono estables también se denominan "multivibradores de un disparo". Cuando se dispara el monoestable, este produce un pulso de corta duración Figura 3.

Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7. C2 está cargado negativamente (el terminal + está a menos tensión que el -) con un potencial de -0.7V.

Como Q2 está en corte vamos a considerar que no pasa corriente por sus terminales. Así imaginariamente sacamos Q2 del circuito. Como Q1 está en conducción, su unión Base-Emisor es como un diodo polarizado en directo (sustituimos esta unión por un diodo); y al estar saturado suponemos que la pérdida de tensión EmisorColector es mínima (sustituiremos esta por un conductor).

Figura 3 III.

MULTIVIBRADOR ASTABLE

El multivibrador astable provoca dos etapas de funcionamiento que se reemplazan espontáneamente. Los blocajes no son de origen electromagnético, como en el caso del oscilador, sino que estos dispositivos utilizan las propiedades que presentan dos transistores donde el desbloqueo de uno asegura el bloqueo del otro, de modo que se turnan en estas posiciones.

Figura 5

C2 va a cargarse a través de R4 y la base de Q1. Así  pues C2, que empezó con -0.7V va a cargarse hasta Vcc-0.7V (no llega a Vcc porque 0.7V es la caída de tensión B-E de Q1). Y además esta carga será muy rápida porque R1 y R4 serán de un valor muy bajo comparadas con R2 y R3. Mientras tanto C1, que partía con Vcc-0.7 voltios positivos, ahora está conectado del revés. Así que empieza a descargarse (o a cargarse negativamente, da igual) a través de R2. Esta carga será más lenta. Desde los Vcc-0.7 hasta... en teoría hasta -V (pongo el menos para indicar que está invertido), pero no va a llegar ahí. Porque cuando C1 alcanza los -0.7V, su terminal + está a masa y el - tiene ya 0.7V, y este último está conectado a la base de Q2. ¿Qué pasa cuando cuando a un NPN le aplicamos a su base 0.7 voltios más que a su emisor? La tensión BE de Q2 es 0.7 más o menos, mientras la tensión en la base esté por debajo de ese valor no va a conducir. En el momento en que se alcanza esa tensión ya sí conduce. La base de Q2 queda polarizada a través de R2. Recordemos que a estas alturas C2 se había cargado completamente hasta Vcc-0.7. Pues cuando Q2 pasa a conducción conecta a masa el terminal + de C2, mientras el - sigue aplicado a la base de Q1. Es como si se aplicara el condensador, invertido, a Q1. La base de Q1 recibe de golpe -(Vcc-0.7) que lo lleva inmediatamente al corte. Pudiendo incluso provocar una ruptura de la unión por avalancha. En estas condiciones entramos al estado 2.

Estado

2:

Q1

en

corte,

Q2

Figura 6 Vemos que C1 va a ir desde -0.7V hasta los Vcc-0.7V, rápidamente pues R1 es pequeña. C2 va a (des)cargarse lentamente a través de R3 desde los Vcc-0.7V hasta los -Vcc, ¡MENTIRA! sólo va a llegar hasta -0.7V. Porque cuando llegue ahí Q1 va a conducir, va a llevar a masa el + de C1 y va a aplicar a la base de Q2 toda la carga de C1 invertida, llevándolo al corte. Y provocando el estado 1 de nuevo. Vemos que cuando eso pase tendremos:   



Q1 está en conducción. Q2 está en corte. C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7V. C2 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V.

Que son justamente las condiciones iniciales que dimos para el estado 1. Así el ciclo se repite indefinidamente.

conduce

Tal como hicimos para el estado 1, vamos a describir las condiciones iniciales del estado 2. Que son las del párrafo anterior.

Al comienzo del estado 2:   



Q1 está en corte. Q2 está en conducción. C1 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V. C2 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7.

Haciendo lo mismo que antes, vamos a eliminar Q1 del circuito y vamos a sustituir Q2 por un diodo y un puente:

Figura 7 V.

CALCULAR LOS COMPONENTES

Para empezar, nos interesa que los condensadores se cargen por R1 y R4 más rápidamente de lo que se descargan por R2 o R3. Porque cuando ocurra la transición queremos que el otro ya esté cargado. Así  que R1 < R2 y R4 < R3. Por simplicidad haremos R1 = R4. Pero no nos interesa que la corriente que fluye Emisor-Colector durante la carga queme los transistores. Dependidiendo de la tensión de alimentación, un valor entre 100ohm y 1k estaría bien. Recordad cumplir las condiciones anteriores.

El tiempo que tarda en conmutar del estado 1 al estado 2 viene dado por lo que le lleva a C1 descargase desde los Vcc-0.7V hasta los -0.7V. Lo hace a través de R2, y usando la ecuación de carga de un condensador tenemos:

V=V(t)=E+(Vo  – E)e-t/RC E)e-t/RC Donde:   

Tensión inicial: V0 = Vcc-0.7 Tensión en bornes: E = - Vcc Tensión final: V = -0.7

t=RC In (Vo  – E/V E/V  –  E)

6.4 Frecuencia: Así como hay un límite superior del periodo, también hay un límite inferior. Puede pasar que queramos un periodo tan bajo que usemos condensadores y resistencias muy pequeños. Entonces al conectar el circuito se cargarán ambos casi al instante, para los dos transistores. Así el circuito queda en un estado estable y no oscila. Por no hablar de que a esas frecuencias si oscilara sería muy inestable, variando la frecuencia sólo con acercar o alejar la mano. Si queremos frecuencias de MHz tendremos que usar otros osciladores, a ser posible sintonizados por un cristal de cuarzo.

VII.

t=RC In (2Vcc-0.7 / Vcc  –  0.7) RC In (2) Este último valor es el que suele darse habitualmente. La aproximación tiene un margen de error que es menor cuanto mayor sea la tensión de alimentación. Con 5V el error es de un 10%, como es del mismo orden que la tolerancia de los componentes se admite tal aproximación.

VI.

LIMITES

6.1 Transistores: Cuando el transistor que estaba en corte pasa a conducir, aplica a la base del otro una tensión negativa de -(Vcc-0.7V). La tensión inversa de ruptura de la unión BE viene a ser -5 voltios. Si alimentamos este circuito con más de 5V fácilmente la superaríamos. Para evitar esto a veces se colocan dos diodos en la base de Q1 y Q2 que permitan la carga pero impidan que circule corriente en sentido inverso.

6.2 Condensadores: Para un cerámico o uno de poliéster no hay problema, pero en un electrolítico invertir los terminales para cargarlo del revés puede destruirlo. Si bien es cierto que aquí sólo se llegan a cargar invertidos hasta los 0.7V.

6.3 Tiempo: El tiempo viene determinado por la capacidad de C1 y C2 así como por R2 y R3. Mientras más altos sean estos valores más durará cada estado. Pero si usamos unos condensadores demasiado grandes, puede que tengan demasiadas pérdidas y el circuito no empiece a oscilar. Igualmente para las resistencias, si aumentamos demasiado el valor de R2 por ejemplo, puede que no pase corriente bastante para polarizar la base de Q2 una vez se alcance la tensión de disparo. Si no puede llevarlo a conducción, no se alcanzará nunca el estado 2. Si se necesitan retardos mayores se puede optar por transistores Darlington, aunque dado el coste de los condensadores de la capacidad necesaria es mejor optar por otros temporizadores como el NE555 o el CD4060.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Por el trabajo realizado y la teoría tratada, podemos concluir que este tipo de circuito presenta tanto ventajas como desventajas.

Como ventajas:

Podríamos considerar la posibilidad de conectar dos cargas simultáneamente. Como desventajas: La dificultad de obtener bajas frecuencias y alta duración de cada cada estado. Además, dado el coste de los condensadores de la capacidad necesaria es mejor optar por otros temporizadores como el NE555 o el CD4060. La dificultad de alcanzar altas frecuencias debiendo optar por otros dispositivos electrónicos como los cristales de cuarzo.

VIII.

REFERENCIAS

Tomado de las páginas web, web, disponibles a la fecha del 7 de Noviembre de 2010. ladelec.com/teoría/electrónica-digital/197multivibradores.html electronicayciencia.blogspot.com/2010/04/multivibrado r-astable-transistores.html www.areaelectronica.com/circuitosbasicos/multivibrador-astable.html

Nelson Leonardo Muñoz Gómez: aprendiz del Centro de Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones SENA Regional Distrito Capital.