UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA MULTIVIBRADORES TRANSISTORIZADOS. 1. GENERALIDADES Los multivibradores son circuitos que cambian de estado en su funcionamiento. Los circuitos multivibradores trabajan con transistores en conmutación, disponiendo de dos posibles estados en la salida (VS1, VS2). Con ellos se puede realizar circuitos para diversas aplicaciones: Generadores de onda, temporizadores, comparadores, etc. En su forma más simple son dos sencillos transistores realimentados entre sí, usando redes de resistencias y capacitores. Se podrían hacer circuitos multivibradores no necesariamente solo con transistores, sino, utilizando alguna otra técnica electrónica. Se puede encontrar tres configuraciones distintas de circuitos multivibradores: ο· ο· ο· EL BIESTABLE EL AESTABLE EL MONOESTABLE 2. EL BIESTABLE: CIRCUITO Y FUNCIONAMIENTO El circuito biestable es un elemento básico de memoria, el cual dispone de dos posibles estados estables, pudiendo permanecer en cualquiera de ellos indefinidamente. El cambio de un estado a otro se realiza mediante una excitación exterior. Al multivibrador biestable se le conoce también con los nombres de circuito binario, disparador y FLIP – FLOP. El circuito utilizando BJT es el siguiente: ELECTRONICA ANALOGICA 2020 1 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Uno de los transistores debe empezar cerrado. Para conseguir esto se debe dar al transistor que deseamos que empiece cerrado, mayor corriente a la base que al otro transistor. Para tener más corriente de base se debe dar mayor garantía a este transistor en el momento del cálculo. Como se puede ver en el circuito, este posee dos salidas (VS1, VS2) que pueden ser utilizadas de diferentes maneras ya que con estas podemos comandar a más transistores y así obtener diferentes circuitos de aplicación. O se podrían colocar las cargas directamente en los colectores de cada transistor. Para el análisis de todo circuito, siempre es conveniente ir haciendo gráficos parciales de la parte de la cual vamos deduciendo su funcionamiento, hasta completar poco a poco el circuito, así se comprenderá más fácilmente el funcionamiento del mismo. 2.1 FUNCIONAMIENTO DEL BIESTABLE Uno de los transistores debe empezar cerrado (mayor garantía), en este caso y para la explicación nos imponemos uno cualquiera, en este caso Q2. Con Q2 cerrado el circuito queda de la siguiente manera: ELECTRONICA ANALOGICA 2020 2 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Al estar cerrado Q2, la base de Q1 está conectada a tierra a través de Q2, ya que este se comporta como un interruptor cerrado, por lo tanto existe 0 V a la base de Q1, no hay circulación de corriente por lo que este transistor Q1 está abierto. Para que el transistor Q2 se abra hay que quitarle la corriente de base, esto lo hacemos accionando el pulsante b2 que desvía la corriente de base de Q2, esto es suficiente para que Q2 se abra. Al abrirse Q2 en seguida circula una corriente Ib1 a través de Rc2 y Rb1 que hace que el transistor Q1 se cierre, haciendo que a la base de Q2 llegue 0 V, por lo que este transistor se abre. Si se vuelve a pulsar b2 no sucede nada ya que Q2 está abierto y es esta la razón por la que se llama circuito de memoria. ELECTRONICA ANALOGICA 2020 3 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Hace falta pulsar una sola vez b2 para que cambie de estado de funcionamiento el circuito y memorice el nuevo estado (biestable). Para que el transistor Q1 se abra hay que pulsar b1 que le quita la corriente de base Ib1, permitiendo al mismo tiempo que vuelva a circular una corriente Ib2 a través de Rc1 y Rb2, que hace que se cierre Q2, regresando nuevamente al estado inicial. EN RESUMEN: UN TRANSISTOR EMPIEZA CERRADO (MAYOR GARANTIA), MIENTRAS EL OTRO TRANSISTOR ESTA ABIERTO, AL DESVIAR LA CORRIENTE DE BASE DEL TRANSISTOR CERRADO ESTE SE ABRE PERMITIENDO QUE EL OTRO SE CIERRE Y ASI PERMANECE HASTA ACCIONAR EL OTRO PULSANTE Y REGRESAR AL ESTADO INICIAL DEL CIRCUITO. ELECTRONICA ANALOGICA 2020 4 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 2.2 CÁLCULO DEL BIESTABLE Para realizar el cálculo de este tipo de circuitos se debe proceder de la misma manera que en el análisis de funcionamiento; es decir, calculando el circuito por partes y en los instantes que funciona cada uno de los transistores. Para el circuito de la siguiente figura, si deseamos que Q1 empiece cerrado, se da mayor garantía que a Q2, cuando se calcula la corriente de base y el resto del cálculo es la simple ley de Ohm que la hemos utilizando. Ejemplo de cálculo: Diseñar y calcular un circuito biestable de manera que se encienda un foco cuando funcione cada transistor. DATOS: Hfe=100 Focos=12V,2W G1=8 G2=3 Si los focos son de 12 V la tensión de alimentación debe ser de 12 V. Cuando Q1 funciona Q2 no funciona por lo tanto no tiene nada que ver en el cálculo de Q1. ELECTRONICA ANALOGICA 2020 5 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Calculamos Ic1 πΌπ1 = πΌππππ = π⁄π = 2 π ⁄12 π = 0.166 π΄ = 166ππ΄ Calculamos πΌπ1π ππ‘ πΌπ1π ππ‘ = πΌπ1 166ππ΄ × πΊ1 = × 8 = 13,28 ππ΄ π»ππ 100 Calculamos la resistencia de base total de Q1 (Rt); si Rb1 está en serie con el foco, el cual tiene cierto valor de resistencia Rf, podemos calcular la resistencia total serie. π π‘ = π π1 + π π π π‘ = π π = (πππ−πππ1) πΌπ1π ππ‘ = (12−0.6 π) 13,28 ππ΄ = 0,858 πβ¦ πππ 12 π = = 72,29 Ω πΌπ 0,166 π΄ π π1 = π π‘ − π π = 858 − 72,29 = 785,51 Ω El valor de resistencia más cercano es de 820β¦. Si colocamos este valor disminuiremos un poco la garantía pero no en su totalidad, por lo que puede quedar esta valoración. Si queremos ser más exactos tenemos que hacer series y paralelos de resistencia para lograr el valor calculado. Una vez calculada la primera parte procedemos a calcular el circuito del transistor Q2 de la misma manera que Q1. El foco no hace falta calcular ya que tiene las mismas características. Directamente calculamos πΌπ2π ππ‘ . (note que cambia la garantía) ELECTRONICA ANALOGICA 2020 6 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA πΌπ2π ππ‘ = πΌπ2 166ππ΄ × πΊ2 = × 3 = 4,98 ππ΄ π»ππ 100 Calculamos directamente Rb2 π π2 = (πππ − πππ2) (12 − 0.6 π) − π π = = 2216,8 = 2,216 πΩ πΌπ2π ππ‘ 4,98 ππ΄ El valor de resistencia más cercano es de 2,2 πΩ. Si en el circuito existen más transistores, simplemente hay que tomar en cuenta los que funcionan y cuáles no, observar hacia donde circula la corriente y aplicar la ley Ohm. 3. EL MULTIVIBRADOR AESTABLE 3.1 ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO DEL AESTABLE El multivibrador aestable es un circuito oscilador, o generador de onda cuadrada, que puede ser de frecuencia fija o variable. A continuación se muestra una onda cuadrada cuyos valores característicos son el “tiempo en alto” (t1), “tiempo en bajo” (t2), que al sumarlos nos da el periodo T de la onda; los tiempos t1 y t2 no necesariamente son iguales. La onda tiene una amplitud de voltaje Vcc (voltaje de alimentación). El esquema del circuito aestable es: ELECTRONICA ANALOGICA 2020 7 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Este circuito es un aestable de frecuencia fija. Partiendo de este se puede obtener algunos otros tipos. Considerando que este es un circuito oscilador, no interesa cuál de los transistores se cierra primero, pero si deseamos que uno de ellos lo esté, lo único que debemos hacer es calcularlo con una mayor garantía que el otro. Por ello el cálculo de este tipo de multivibrador es muy sencillo. La forma de onda cuadrada se obtiene en los colectores de los transistores (Q1 y Q2. Si queremos comandar cargas pequeñas solamente sustituimos las resistencias de colector de los transistores (Rc1 y Rc2) por las cargas, o podrían ser también sustituidas por las bobinas de un relé que a su vez comande otro tipo de cargas. En el instante en el que C2 se carga en el otro sentido, C1 se vuelve a cargar a través de Rc1 y está listo a funcionar en el instante en que se cierre Q1. Lo mismo sucede cuando C1 se carga en el otro sentido, de manera que C2 está listo a trabajar cuando se cierre Q2. El tiempo que demoren los transistores abiertos o cerrados dependerá del que se tarden los condensadores C1 y C2 en cargarse y descargarse. Este tiempo se puede determinar de la siguiente manera: π‘ = π β πΆ β 0,7 t = tiempo de carga de un condensador (t1 o t2) R = resistencia que está en serie al condensador C = Capacidad del condensador ELECTRONICA ANALOGICA 2020 8 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA UNIDADES: t = segundos R = ohmios C = faradios De aquí se pueden deducir las subunidades. El tiempo que demore Q1 cerrado y Q2 abierto depende del condensador C1. Así: ππ = πΉππ β πͺπ β π, π El tiempo que demore Q2 cerrado y Q1 abierto depende del condensador C2. ππ = πΉππ β πͺπ β π, π La suma de estos dos tiempos (t1 y t2) nos da el período. π = π‘1 + π‘2 πΉ = 1⁄π T = período F= frecuencia De estas fórmulas se puede despejar y calcular el valor de los condensadores. El resto de elementos del circuito se calculan como en el caso del biestable. EN RESUMEN EL AESTABLE ES UN CIRCUITO OSCILADOR GENERADOR DE ONDA CUADRADA AUTOMATICO, CUYA OSCILACION DEPENDE DE LA CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES. LA ONDA CUADRADA SE OBTIENE EN LOS COLECTORES DE LOS TRANSISTORES Y SON OPUESTAS. ELECTRONICA ANALOGICA 2020 9 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 3.2 CÁLCULO DEL AESTABLE Diseñar y calcular un circuito de manera que se encienda un foco por 2 segundos y cuando este se apague, se encienda otro por 1 segundo. Los bombillos son de 24 V, 2W. DATOS: π»ππ = 200 πΊ1 = πΊ2 = 8 πΉππππ = 24π / 2π π‘1 = 2 π π‘2 = 1 π CIRCUITO: Dado que las cargas y las características de los transistores son iguales, las corrientes tanto de colector como de base de ambos transistores serán idénticas y en consecuencia las resistencias de base Rb1 y Rb2. Calculamos las resistencias de base. πΌπ1 = πΌπ2 = πΌπ»1 = πΌπ»2 = πΌπ1π ππ‘ = π π1 = ππ»1 2 π = = 0,0833 π΄ = 83,3 ππ΄ ππ»1 24 π πΌπ1 83,3 ππ΄ ×πΊ = × 8 = 3,33 ππ΄ π»ππ 200 πππ − ππ΅πΈ 24 π − 0,6 π = = 7,02 πΩ πΌπ1π ππ‘ 3,33 ππ΄ ELECTRONICA ANALOGICA 2020 10 UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA El valor comercial más cercano es de 6,8 πΩ π π1 = π π2 = 6,8 πΩ ; 1⁄2 π Ahora debemos calcular el valor de los condensadores. πΆ1 = π‘1 2π = = 0,42 ππ 0,7 β π π2 6,8πΎ β 0,7 πΆ1 = 420 ππΉ πΆ2 = π‘2 1π = = 0,21 ππΉ 0,7 π π1 6,8πΎ β 0,7 πΆ2 = 210 ππΉ Los valores comerciales más cercanos son: πΆ1 = 390 ππΉ, 25π πΆ2 = 220 ππΉ, 25π ¿Cuánto es la frecuencia de este oscilador diseñado? ¿Qué sucedería si los tiempos t1 y t2 fuesen iguales? ¿Qué sucede si colocamos condensadores en paralelo? El colocar valores diferentes a los cálculos afectará el funcionamiento; pero si los valores son bastante aproximados este error será mínimo. Si deseamos mayor precisión, debemos tratar de obtener los valores calculados mediante series y paralelos de resistencias y condensadores. ELECTRONICA ANALOGICA 2020 11
