COMPENDIO DE ELECTRONICA I I.O.S. 8

mjohnny261
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COMPENDIO DE ELECTRONICA I I.O.S. 8

Mensaje por mjohnny261 » Mié Jun 19, 2019 6:01 pm

EL OSCILADOR HARTLEY
La principal característica de estos circuitos osciladores es que no utilizan una bobina auxiliar para la
realimentación, sino que aprovechan parte de la bobina del circuito tanque, dividiéndose esta en dos
mitades, L1 y L2. Colocamos dos resistencias para polarizar adecuadamente el transistor. Hay dos
formas de alimentar al transistor: en serie y en paralelo. La alimentación serie se produce a través
de la bobina L2, circulando por ella una corriente continua. La alimentación en paralelo se efectúa a
través de la resistencia del colector, quedando, en este caso, perfectamente aislados el componente
de continua y el componente de alterna de señal. La reacción del circuito se obtiene a través de la
fuerza electromotriz que se induce en la bobina L1, y que se aplica a la base del transistor a través
de un condensador. En estos circuitos, la frecuencia de oscilación depende de la capacidad C y de
las dos partes de la bobina, L1 y L2, del circuito oscilante. Según donde se coloque la toma
intermedia de la bobina, se va a producir una amplitud de tensión u otra, pudiendo llegar a
conectarse o desconectarse el circuito.
EL OSCILADOR COLPITTS
Este oscilador es bastante parecido al oscilador de Hartley. La principal diferencia se produce en la
forma de compensar las pérdidas que aparecen en el circuito tanque y la realimentación, para lo
cual se realiza una derivación de la capacidad total que forma el circuito resonante. Una parte de la
corriente del circuito oscilante se aplica a la base del transistor a través de un condensador,
aunque también se puede aplicar directamente. La tensión amplificada por el transistor es
realimentada hasta el circuito oscilante a través del colector. Como en todos los circuitos que tengan
transistores, necesitamos conectar resistencias para polarizarlos. La tensión de reacción se obtiene
de los extremos de uno de los condensadores conectados a la bobina en paralelo.
EL OSCILADOR EN PUENTE DE WIEN
Hasta ahora hemos visto los osciladores tipo LC, vamos a ver ahora un oscilador tipo RC, el
denominado oscilador en puente de Wien. Cuando trabajemos en bajas frecuencias no vamos a
poder usar los osciladores tipo LC, debido a que el tamaño de la bobina y de la resistencia tendrían
que ser demasiado grandes y caros. Para sustituirlos vamos a usar una red desfasadora formada por
RC, es decir, resistencias y condensadores, como es el caso del ya mencionado oscilador en
puente de Wien. Está constituido por una etapa oscilante y dos etapas amplificadoras formadas
por dos transistores. El circuito está conectado en emisor común y al tener dos etapas en cascada,
la señal es desfasada 360º y después vuelve a ser realimentada al circuito puente. La señal de
salida del segundo transistor se aplica al circuito puente constituido por dos resistencias y también
es aplicada a la entrada del puente de Wien, que es el circuito oscilante formado por una resistencia
y un condensador. La frecuencia de oscilación viene determinada por los valores de la resistencia
y del condensador que forman el puente de Wien. Este tipo de circuitos presenta una gran
estabilidad a la frecuencia de resonancia. Aparte de esta, tiene como ventajas su fácil construcción,
un gran margen de frecuencias en las que trabaja perfectamente y la posibilidad de obtención de una
onda sinusoidal pura cuando tiene la suficiente ganancia como para mantener las oscilaciones.
Dentro de sus inconvenientes, podemos mencionar que se pueden producir pérdidas en las
resistencias y una salida variable con la frecuencia de resonancia.
EL CUARZO
Muchas son las veces que hemos oído hablar del cristal de cuarzo como elemento imprescindible en
gran variedad de aparatos electrónicos. Así, por ejemplo, raro es encontrarse un reloj que no lleve en
su interior tan preciado cristal. La razón de la utilización masiva del cuarzo radica en una propiedad
electromecánica, conocida como efecto "piezoeléctrico", la cual es, como veremos, de una gran
utilidad en los osciladores. El cuarzo tiene la propiedad de deformarse mecánicamente, es decir,
aumentar o disminuir su volumen cuando se le aplica una diferencia de potencial entre sus extremos.
Además, este efecto piezoeléctrico es reversible, por lo que, si de alguna forma somos capaces de
oprimir un cristal de cuarzo, podríamos observar cómo, durante el tiempo en que el cristal está
reduciendo su tamaño, produciría una diferencia de potencial entre sus caras opuestas. Este efecto
reversible es parecido al de un motor eléctrico, el cual comienza a girar si le aplicamos una diferencia
de polaridad, pero si, por el contrario, lo hacemos girar manualmente, se produciría una diferencia de
potencial entre sus dos conexiones.
El cuarzo es uno de los minerales más abundantes en la naturaleza, formado por anhídrido de silicio.
Se encuentra en la naturaleza en diferentes formas, principalmente como cuarzo ı, que se obtiene a
alta temperatura y es hexagonal, y como cuarzo ı, que existe a temperatura ordinaria. Sin embargo,
para su utilización en circuitos, la única variedad que nos interesa es la formada por cristales
prismáticos hexagonales.
Volviendo al efecto piezoeléctrico, diremos que un cristal de cuarzo tiene una frecuencia natural de
oscilación. Supongamos que conectamos un cristal de cuarzo a una diferencia de potencial,
provocando, por tanto, que este se deforme; si, a continuación, dejamos de aplicarle la diferencia de
potencial, el cristal tenderá a su forma original ya que ha cesado la causa que lo deformaba. Durante
su "vuelta" al estado original, el cristal, comienza a oscilar, aumentando y disminuyendo su tamaño
hasta que, al cabo de cierto tiempo, se detendrá definitivamente. Este aumento y disminución de
tamaño son oscilaciones propias del cristal y a una frecuencia fija que depende exclusivamente del
cristal y es lo que llamamos frecuencia natural de oscilación.
Para comprender mejor esta oscilación del cristal de cuarzo, pensemos en el clásico globo inflado de
aire. Supongamos que cogemos el globo de un extremo y lo estiramos sin llegar a explotarlo: el globo
se deforma. Pues bien, si, a continuación, lo soltamos, el globo evidentemente, va a volver a su
posición original. Pero esta "vuelta" a su posición original no es instantánea sino que, aunque apenas
se aprecie debido a la velocidad con que ocurre, el globo, una vez que hemos dejado de estirarlo,
vuelve a su posición oscilando, es decir, primero se hace más pequeño que inicialmente, luego más
grande, de nuevo más pequeño y así sucesivamente hasta que termina por adoptar su tamaño
original. Esto lo hace en un tiempo que podría ser del orden de 0,2 segundos y depende del material
con que esté hecho el globo. Para hacernos una idea aproximada de las oscilaciones del cristal de
cuarzo pensemos que este puede oscilar con frecuencias del orden de MHz, es decir, de millones de
veces por segundo.
OSCILADOR DE CRISTAL
Con lo visto sobre el efecto piezoeléctrico, parece lógico poder aplicar las propiedades de este
material, el cuarzo, para producir oscilaciones. En efecto, si a un cristal de cuarzo le aplicamos sobre
sus caras opuestas una diferencia de potencial, y el dispositivo está montado adecuadamente,
comenzarían a producirse fuerzas en las cargas del interior del cristal. Estas fuerzas entre sus cargas
provocarían deformaciones en el cristal y darían lugar a un sistema electromecánico que comenzaría
a oscilar. Sin embargo, vuelve a ocurrir lo mismo que en los circuitos formados por un condensador
y por una inductancia. Esto es, las oscilaciones del cristal no duran indefinidamente, ya que se
producen rozamientos en la estructura interna que hacen que se vayan amortiguando hasta llegar a
desaparecer. Por tanto, necesita de un circuito externo que mantenga las oscilaciones, compensando
las pérdidas producidas por el rozamiento.
El comportamiento eléctrico del cuarzo se puede asemejar al de una inductancia, una resistencia
y un condensador conectados en paralelo con otro condensador. Por lo tanto, es equivalente
colocar un circuito con estos componentes a poner un cristal de cuarzo.
CONOSCAMOS A LOS OSCILADORES
Aunque a primera vista no lo parezca, el oscilador es un circuito tan frecuente e importante en
el mundo de la electrónica como lo pueda ser el amplificador.
Existen situaciones en nuestra vida cotidiana en las que, sin darnos cuenta, estamos interactuando o
utilizando de una u otra forma algún tipo de oscilador. Imaginemos una situación tan familiar para
nosotros como es el cambio de sintonía de nuestro receptor de radio. En realidad, lo que estamos
haciendo es variar la frecuencia de trabajo de un oscilador interno en la radio. El resultado de este
cambio de frecuencia se traduce en el cambio de la emisora sintonizada.
Hay una gran diversidad de circuitos en función del tipo de utilización y de los requerimientos del uso
que le queramos dar. Según el tipo de aplicación, necesitaremos un montaje diferente, y
generaremos una clase distinta de onda. Por ejemplo, para circuitos digitales se usarán osciladores
de onda cuadrada; sin embargo, para radio, utilizaremos osciladores sinusoidales. También variará
la frecuencia de funcionamiento de estos según el uso que hagamos de ellos. Un oscilador de Baja
Frecuencia lo podremos utilizar para verificar o probar un amplificador de audio, ya que la Baja
Frecuencia es audible y si la hacemos pasar por un amplificador, oiremos un pitido, uno de estos
tipos de osciladores se denominan "inyectores de señal" y son muy conocidos por los técnicos de
reparación de receptores de radio y equipos de audio, ya que son de gran utilidad como señal de
prueba. Sin embargo, para realizar un transmisor de radio, necesitaremos un oscilador de Alta
Frecuencia que nos servirá como portadora de la señal que queremos transmitir.
Hay osciladores que utilizan circuitos resonantes y, otros, circuitos RC. Todos ellos producen una
baja señal de salida, por lo que necesitan etapas posteriores de amplificación. Un oscilador se
compone básicamente de un pequeño amplificador con una realimentación positiva de su salida a la
entrada, y un circuito resonante. Esto se puede comprobar fácilmente si disponemos de un
amplificador con un micrófono y un altavoz conectados. Cuando subimos el volumen del amplificador
o acercamos el micrófono al altavoz, se produce un fuerte pitido. En realidad lo que está ocurriendo
es que se realimenta el amplificador y entra en estado de oscilación. En ese momento, el amplificador
se está comportando como un circuito oscilador.
EL TRANSISTOR COMO OSCILADOR
El transistor es el elemento amplificador más simple, de modo que si aprovechamos sus cualidades
amplificadoras, y le añadimos ciertos elementos, podremos construir con facilidad un circuito
oscilador. Dentro de los osciladores con circuitos resonantes, existen varios modelos que se
diferencian básicamente según el punto donde se colocan los elementos resonantes. Los tres
modelos principales toman sus nombres de los personajes que los diseñaron: el modelo Armstrong,
el modelo Hartley y el modelo Colpitts. La diferencia entre ellos es la forma de hacer resonar el
circuito.
Hay otro método para realizar un circuito oscilador, pero sin elementos resonantes, son los llamados
osciladores de relajación. Estos se basan en redes de resistencias y condensadores,
aprovechando la característica de la carga y descarga del condensador para crear una oscilación.
Estos circuitos no suelen tener una onda de salida sinusoidal como los anteriores, sino que
generalmente entregan una onda cuadrada o en diente de sierra; aunque éstas se pueden
"redondear" posteriormente con algún filtro.
OSCILADOR DE DESFASE
Está compuesto por un transistor como amplificador en emisor común. Como ya sabemos, este tipo
de amplificador tiene un desfase de 180 grados entre la entrada y la salida. De forma que para
realimentar la señal necesitaremos desfasarla a su vez otros 180 grados. Recordemos que la
realimentación debe ser positiva, y para ser positivo es necesario que la entrada y la salida estén en
fase.
De modo que para conseguir desfasar la señal, colocamos un circuito RC formado por tres secciones,
cada una de las cuales introduce un desfase de 60 grados. Así conseguimos una señal de
realimentación positiva.
La frecuencia de un oscilador de desfase puede alterarse entre ciertos límites utilizando un
condensador variable múltiple o resistencias variables múltiples en el circuito RC.
Cuando conectamos la alimentación del circuito, cualquier ruido transitorio, o del propio transistor,
provoca las oscilaciones. Un mínimo cambio en la corriente de base produce una variación de la
corriente de colector amplificada y desfasada 180 grados. La señal que regresa a la base se invierte
en 180 grados por la acción del desplazador de fase RC, haciendo regenerativo el circuito. A la salida
se obtiene una onda prácticamente sinusoidal.
Cuando el desplazamiento de fase varía 180 grados, la realimentación se hace negativa y el
transistor no oscila. Este tipo de oscilador debe emplear transistores de elevada ganancia para
compensar las elevadas pérdidas que se producen en el circuito.
EL OSCILADOR ASTABLE
Los circuitos osciladores generadores de ondas de salida no sinusoidal utilizan circuitos de
realimentación equipados con componentes RC o LR, que introducen determinadas funciones de
conmutación al circuito.
El tiempo de carga o descarga de los elementos reactivos sirve para conseguir formas de onda de
salida en diente de sierra, cuadradas o en forma de impulsos. El multivibrador astable, o de
estado libre, lleva dos transistores acoplados en emisor común.
Este multivibrador consta de dos pasos de tal forma que, mientras un transistor conduce, el otro
está en corte.
Este proceso de oscilación de dos pasos se utiliza generalmente para producir una señal de salida
cuadrada.
Las oscilaciones en el circuito se inician en el momento en que se aplica la tensión de alimentación
al circuito, manteniéndose mientras siga alimentado con la batería.
El primer paso del multivibrador se acopla a la entrada del segundo paso mediante un
condensador y la salida de éste a la entrada del primero a través de otro condensador similar.
Sabemos que, en un amplificador a transistores en emisor común, la señal de salida en el circuito
de colector está en oposición de fase con la entrada del mismo paso. Para que se generen
oscilaciones, es necesario que el transistor reciba una mínima realimentación positiva. Ello se obtiene
aplicando a la base parte de la señal de colector con fase opuesta.
De este modo, cada transistor recibe la fracción requerida de realimentación mediante la
amplificación del otro paso, el cual invierte por segunda vez la fase de la señal.
Si un paso invierte la señal y el siguiente la vuelve a invertir, el resultado es un desfase nulo. De esta
forma, en la base de cada transistor se obtiene la señal en fase requerida para que exista
realimentación positiva.
Las condiciones de polarización y alimentación son iguales en ambos pasos. La forma operativa del
multivibrador depende de la carga y descarga de sus condensadores de acoplo y de las constantes
de tiempo. Durante el ciclo operativo hay un intervalo en el que el transistor 1 conduce y el 2 está
en el corte, y otro en el que sucede al revés. Debido a que por la propia construcción de los
transistores, estos no pueden ser exactamente iguales, se pone uno de ellos en funcionamiento
antes que el otro, por ejemplo el 1. En ese momento el condensador C1 comienza su carga a través
de la unión base-emisor del transistor 1.
Mientras el transistor 1 conduce, el 2 está bloqueado y el condensador C1 se carga. En el intervalo
siguiente se invierte el proceso y se descarga el condensador C1 a través del circuito colectoremisor
de T2. En este intervalo C2 se carga.
Ahora, veamos cómo se produce la conducción y el bloqueo de los transistores. Al conectar la
batería, y suponiendo que T1 es el que conduce primero, su corriente de colector aumenta, su
tensión disminuye y, por tanto, C2 se carga.
La base de T2 recibe un impulso de polarización positiva que bloquea el paso de corriente por el
circuito emisor-colector. La tensión de colector crece y el condensador C1 se carga. En estas
circunstancias, T1 recibe un impulso de polarización directa y conduce. C1 adquiere su máxima carga
y C2 se ha descargado. En esta situación, T1 entra en saturación y T2 en el corte. Entonces C1
empieza a descargarse y comienza la polarización positiva de la base de T1, disminuyendo su
conducción. Esta variación negativa se transmite a la base de T2 por el condensador C2, que se
carga. Su base recibe entonces una tensión negativa y comienza la conducción de T2. A partir de
este momento se repite la operación con la conducción de T2, estando bloqueado T1.
LOS MULTIVIBRADORES
Los multivibradores se utilizan para producir ondas cuadradas. Son circuitos constituidos por
dos transistores que sólo trabajan en conmutación, es decir, o se encuentran en estado de
saturación o están bloqueados. Dependiendo del tipo de multivibrador, los transistores se van
a encontrar en un estado o en otro.
Los osciladores eran dispositivos capaces de producir ondas sinusoidales a una frecuencia
determinada, que dependía de los elementos que introdujéramos en el circuito. Se podría decir que
las señales sinusoidales son las "naturales" en la electrónica. No obstante, existe otro tipo de
osciladores, los osciladores no sinusoidales, que producen, como su nombre indica, ondas no
sinusoidales. Estos osciladores no sinusoidales también se conocen con el nombre de
"multivibradores". Los multivibradores son osciladores cuyas salidas son ondas de lo más variadas.
Así, por ejemplo, existen multivibradores que producen ondas cuadradas, otros producen ondas en
forma de dientes de sierra, etc. Estas ondas no son tan "naturales" como las producidas por los
osciladores, ya que "fuerzan" más a los elementos de los dispositivos. Al decir que los fuerzan más,
nos referimos a que los hacen pasar, por ejemplo, de un estado de corte, donde no circula
prácticamente ninguna corriente, a un estado de saturación, donde el paso de corriente es el
máximo posible. Este paso se hace bruscamente, en apenas fracciones de milésimas de segundo, y
se puede considerar prácticamente instantáneo.
TIPOS DE SEÑALES
Las ondas que se generan a la salida de un oscilador no siempre son sinusoidales como hemos
visto. Dentro de las ondas periódicas, las que se repiten cada cierto período de tiempo, puede haber
varios tipos. Las más conocidas son las ondas sinusoidales, que tienen aproximadamente la forma de
una semicircunferencia en la parte positiva, seguida de otra semicircunferencia en la negativa, y esta
figura se va a repetir periódicamente mientras se esté emitiendo la señal.
Otro tipo de ondas que se utilizan muy a menudo en electrónica son las ondas cuadradas o
rectangulares; cuando crecen muy deprisa, estas ondas tienen una forma cuadrada, como su
nombre indica. Crecen muy deprisa verticalmente formando una línea perpendicular con el eje, en el
caso ideal, después se mantienen constantes durante algún tiempo y vuelven a descender
perpendicularmente hasta llegar a la parte negativa, manteniéndose de nuevo constantes para
después volver a subir a la parte positiva.
Como toda onda periódica, las ondas cuadradas repiten su forma cada cierto tiempo, denominado
período. Por último, analizaremos las ondas denominadas de diente de sierra, debido a que su forma
recuerda los dientes de una sierra. Estas ondas van creciendo lentamente para luego caer
rápidamente, aunque no perpendiculares como las cuadradas, sino con una cierta pendiente. Esto se
va ir repitiendo a lo largo del tiempo. Algunas veces también se las denomina ondas triangulares.
Un impulso es un cambio brusco de alguna magnitud, por ejemplo de tensión, y puede ser positivo o
negativo, dependiendo de los valores que tome la tensión. En los impulsos que se producen, por
ejemplo, en la entrada de los circuitos, hay que distinguir tres parámetros, primero el tiempo que tarda
en alcanzarse el impulso deseado, después la duración de dicho impulso y, por último, la frecuencia
con la cual se repite el impulso, es decir, el número de impulsos que se producen en una unidad de
tiempo, por ejemplo en un segundo. Los multivibradores funcionan normalmente por impulsos de
tensión que reciben en la entrada y, según estos impulsos, los transistores que los componen van a
cambiar de estado, de conducción a bloqueo y al revés.
ESTABILIDAD
Según el modo de funcionamiento y las características de los multivibradores, se pueden dividir
básicamente en tres grandes grupos: multivibradores monoestables, multivibradores biestables y
multivibradores astables. Como podemos ver, esta clasificación hace referencia a su estabilidad.
Veamos, pues, qué se entiende por estabilidad. La palabra "estabilidad" hace referencia a una
característica física propia de innumerables fenómenos que se dan en la naturaleza, así como de
una gran cantidad de máquinas creadas por el hombre.
Por ejemplo, si habláramos de una bicicleta y la estuviésemos comparando con un triciclo, sería muy
fácil decidir cuál de ambos vehículos es más estable; evidentemente el triciclo. En este caso nos
estaríamos refiriendo a la estabilidad en general, la cual es bastante sencilla de comprender. No
obstante, la que a nosotros nos ocupa no es la estabilidad en general sino la estabilidad en la
electrónica. Este concepto, aunque no resulta complicado, es algo más "rebuscado" que la
simplicidad de la bicicleta y el triciclo. Cuando hablamos de que un elemento electrónico es estable,
queremos decir que sus propiedades y características de funcionamiento se mantienen "más o
menos" constantes ante variaciones externas que pudieran causar alteraciones. Ciertos elementos
electrónicos, como por ejemplo el transistor, se verían considerablemente afectados por cambios de
temperatura. Estos cambios podrían, incluso, llegar a variar por completo sus características de
funcionamiento. Otros "apuntes externos" que pueden alterar de forma considerable el
funcionamiento de los dispositivos electrónicos son los cambios en la diferencia de potencial aplicada.
Así, un elemento diseñado para trabajar en un margen de voltajes de unos 10 voltios, podría llegar a
estropearse si se le aplicase una diferencia de potencial superior. No obstante, en la electrónica, casi
más importante que la estabilidad de un elemento concreto por separado, se suele hablar de la
estabilidad de un circuito compuesto por un cierto número, más o menos elevado, de elementos:
transistores, resistencias, condensadores, inductancias, etc. Así, una de las primeras características
que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar un circuito es su estabilidad frente a variaciones
que lo pudieran alterar. Pensemos lo útil que sería diseñar cualquier dispositivo si no fuese estable
frente a algo tan usual como son las variaciones de temperatura. Tendríamos entonces un dispositivo
que únicamente funcionaría de forma correcta a una temperatura determinada pero, en cuanto nos
saliéramos de su margen de temperaturas, su funcionamiento no estaría garantizado y su repuesta
sería impredecible.
MULTIVIBRADOR MONOESTABLE
A los multivibradores se les califica como osciladores de relajación que, como hemos dicho,
producen ondas rectangulares, no sinusoidales. Los multivibradores se dividen normalmente en tres
tipos: monoestables, biestables y astables. Los multivibradores monoestables son un circuito de
relajación que tiene un estado estable, mediante un impulso podemos hacerlo pasar a otro estado
inestable pero, transcurrido cierto tiempo, vuelve automáticamente a su estado original.
Un multivibrador monoestable está formado por un circuito en el que hay dos transistores. Cuando el
circuito está en funcionamiento siempre se encuentra un transistor cortado, mientras el otro conduce.
En el estado de reposo, conduce el transistor situado en segundo lugar, ya que la base tiene una
tensión negativa y al colector se le aplica prácticamente toda la tensión de la fuente de alimentación
debido a que la resistencia que los separa es pequeña. En la base del primer transistor se aplica una
tensión positiva. Cuando el circuito no está en reposo, el transistor que conduce es el primero,
mientras que el segundo permanece cortado. Si aplicamos un impulso negativo a la base del primer
transistor a través del condensador que tenemos conectado, se va a establecer un pequeño período
de tiempo durante el cual va a circular corriente entre la base y el emisor de este primer transistor. La
corriente de colector de este transistor va a aumentar, haciendo que disminuya la tensión en la
resistencia que tiene aplicada, lo que va a provocar que se produzca un impulso positivo en la base
del segundo transistor a través de otro condensador lo que, a su vez, va a provocar que la corriente a
través de este transistor disminuya; al circular menos corriente por el segundo transistor, su corriente
de colector también va a ser menor y la caída de tensión también va a disminuir: por lo tanto, a la
base del primer transistor, a la que le llega la tensión que sale del segundo, le va a llegar una
tensión negativa y, en consecuencia, el primer transistor va a conducir. El condensador que está
conectado al segundo transistor se va cargando en sentido opuesto y, cuando la placa de este
condensador, que está directamente unida al segundo transistor se hace un poco negativa, el
segundo transistor vuelve a conducir y se vuelve así al estado de reposo. El estado inestable tiene
una duración igual a lo que tarda en descargarse el condensador conectado al segundo transistor.
Cuando a la entrada del circuito aplicamos una señal sinusoidal de frecuencia y magnitud adecuada,
a la salida del multivibrador monoestable vamos a obtener una señal rectangular y de frecuencia igual
a la de la señal de entrada.
A este tipo de multivibradores, a los monoestables, también se les denomina multivibradores de
disparo, debido a que es necesario "excitar" la entrada con una determinada polarización o disparo
para que los dos transistores basculen y alcancen los estados inversos. Este tipo de multivibradores
es uno de los más usados debido a su simplicidad. Se utilizan para controlar la temperatura de
cualquier elemento, como controlador de la luminosidad, como contador de piezas, como alarma de
incendio o robo, como relevador fotoeléctrico. Resumiendo, lo podemos utilizar con cualquier
magnitud que pueda transformarse en tensión con un captador y pueda controlarse con un circuito
de disparo.
MULTIVIBRADOR BIESTABLE
Como su nombre indica, va a tener dos estados estables. Si el circuito se encuentra en un estado
estable y le aplicamos un impulso, va a pasar a otro estado igualmente estable hasta que no le
volvamos a aplicar otro impulso, en cuyo caso pasaría de nuevo al primer estado estable.
Al igual que en los circuitos monoestables, los circuitos biestables están formados por dos
transistores aunque conectados de diferente forma. El circuito es prácticamente simétrico, siendo
iguales las conexiones de los dos transistores, así como las resistencias y condensadores que tienen
conectados; la diferencia para que no sea exactamente simétrico es la forma de conectar la fuente
de alimentación. En los multivibradores biestables la base del primer transistor va a estar conectada
directamente al colector del segundo transistor mediante una resistencia y la base del segundo
transistor va a estar conectada al colector del primero mediante otra resistencia. Estas resistencias
están conectadas a su vez con dos condensadores en paralelo y su principal misión es transferir los
impulsos de conmutación, es decir, los impulsos que cambian de estado. El circuito tiene otras
resistencias cuya misión es polarizar a los transistores. La señal de salida puede tomarse
directamente desde cualquiera de los dos colectores de los dos transistores. Para ver cómo funciona
este multivibrador biestable colocamos una señal de entrada que circula directamente a través de
dos condensadores colocados a la entrada y, después, atraviesa los dos diodos que están
conectados a las bases de los dos transistores; estos diodos impiden el paso de señales negativas a
las bases. Los impulsos positivos que van llegando de la entrada bloquean alternativamente los
transistores, es decir, cada vez hay un transistor conduciendo y otro en corte. Aplicamos un impulso
positivo a la entrada, si en ese momento está conduciendo el transistor uno, al aplicar dicho impulso
pasa a través del condensador y del diodo hasta llegar a la base del transistor primero y éste queda
cortado. Al quedar bloqueado el primer transistor, la corriente de su colector se reduce y se produce
una caída de tensión. Esta caída de tensión va a llegar a la base del segundo transistor que, a partir
de este momento, va a empezar a conducir, ya que hasta ahora estaba cortado. Al empezar a
conducir el segundo transistor, su corriente de colector va a aumentar; este incremento va a
provocar un aumento en la tensión que va a llegar hasta la base del transistor uno, por estar
directamente conectada al colector del segundo transistor, y esto va a provocar que se produzca
completamente el corte del primer transistor, que, hasta este momento, estaba conduciendo. El
circuito va a permanecer en este nuevo estado hasta que se vuelva a aplicar un impulso positivo en la
entrada, momento en el cual el transistor dos dejará de conducir y pasará a hacerlo el transistor uno.
Los multivibradores biestables también son denominados flip-flop, ya que, como hemos visto, al
aplicar los impulsos positivos alternativamente a cada una de las bases de los transistores, se
produce una basculación de la tensión en los colectores, lo que va a producir una onda cuadrada,
cuya frecuencia va a ser la mitad que la de los impulsos. Debido a esta propiedad, los
multivibradores biestables son un elemento esencial en los contadores, ya que dividen por dos los
impulsos de entrada. También son utilizados en las memorias como células elementales, ya que
pueden contener una información de tipo binario, es decir, de dos estados.
MULTIVIBRADOR ASTABLE
El tercer tipo de multivibrador se denomina multivibrador astable o inestable, no tiene ningún
estado estable y, al aplicar una señal, oscila entre dos posiciones de conexión.
Al igual que los otros dos multivibradores que acabamos de ver, multivibrador monoestable y
multivibrador biestable, el multivibrador astable es un circuito compuesto por dos transistores que
están acoplados por el colector. Vamos a suponer que el segundo transistor está en conducción, la
tensión de su colector va a ser positiva; como el colector está conectado directamente con la base del
primer transistor, a dicha base se le va a aplicar una tensión positiva a través de un condensador, lo
que va a provocar que el primer transistor quede en corte. Cuando el primer transistor queda
bloqueado, la tensión en su colector se hace negativa y esta tensión va a ser aplicada en la base del
segundo transistor a través de otro condensador, esto va a hacer que este segundo transistor
empiece a conducir y que se cargue el condensador que está conectado a la base del primer
transistor. Cuando ya está cargado, actúa la tensión negativa aplicada sobre la base del transistor
uno, de manera que este transistor empieza a conducir y su tensión de colector empieza a hacerse
más positiva. Este impulso positivo se aplica a la base del segundo transistor a través del
condensador que tiene conectado, lo que provoca el bloqueo del segundo transistor, que, hasta este
momento, estaba conduciendo. La tensión del segundo transistor se va a hacer negativa y se va
aplicar a la base del transistor uno haciendo que el primer transistor empiece a conducir. A partir de
este instante, el transistor que está conectado al colector del primer transistor y a la base del segundo
empieza a descargarse hasta que la base del segundo transistor se hace lo suficientemente negativa
y empieza de nuevo a conducir.
Aparte del que acabamos de explicar, hay otros circuitos que también constituyen un multivibrador
astable. Uno de ellos es casi igual al anterior, las diferencias están en la polarización de los
transistores y, en este caso, las vamos a realizar mediante unos divisores de tensión que van a
polarizar la base de cada uno de los transistores. Además, en este caso, vamos a utilizar transistores
NPN en lugar de los PNP que habíamos usado hasta ahora, por lo que la tensión del colector deberá
conectarse ahora a una tensión positiva.
La salida de un multivibrador astable es el colector de uno de los dos transistores, obteniéndose
una onda cuadrada cuya frecuencia dependerá de los valores de los condensadores y sus
resistencias de carga y descarga. Este tipo de multivibradores suelen ser usados como generadores
de impulsos cuadrados. Tienen muchísimas aplicaciones, entre las que cabe destacar su uso en
circuitos retardadores de tiempos, cronometradores, interruptores electrónicos, etc.
Tanto los osciladores como los multivibradores son circuitos que, en la actualidad, suelen utilizarse
mucho y, debido a que se fabrican como circuitos integrados, se ajustan perfectamente en los
nuevos diseños electrónicos.
LOS MULTIVIBRADORES (APLICACIONES)
Los multivibradores son un tipo de osciladores que, por su importancia a nivel práctico,
merecen un capítulo especial para analizar sus características y los diferentes tipos que se
pueden construir.
EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE
Este tipo de osciladores tiene dos estados estables, pasando de uno a otro estado al aplicarles un
impulso exterior. Están formados, básicamente, por dos inversores iguales realimentados entre sí, de
tal manera que las dos bases de los transistores están polarizadas a un potencial negativo mediante
la tensión Vbb, y a un potencial positivo mediante las tensiones colector-emisor aplicadas a los
divisores de tensión R5, R3 y R2, R4.
En el momento de conectar el circuito a la fuente de alimentación Vcc, las corrientes por los
colectores de ambos transistores serán aproximadamente iguales pero, debido a las tolerancias de
fabricación de los componentes del circuito, una de ellas será ligeramente superior a la otra.
Si, inicialmente, la corriente por el transistor 1 es ligeramente mayor que por el 2, la tensión colectoremisor
del transistor 2 será mayor que la del 1. En estas condiciones, la tensión negativa aplicada
entre base y emisor por medio de R5 y R3 será mayor. Esto favorece aún más la conducción por el
transistor 1 y, como este hecho produce una reducción de la tensión colector-emisor disminuirá la
tensión negativa aplicada a la base del transistor 2.
Este efecto es acumulativo, llegando el transistor 1 a un estado de saturación y el 2 a un estado de
corte, es decir, la tensión base-emisor del transistor 1 resulta algo negativa y la del 2 fuertemente
positiva.
Para pasar al otro estado estable, habrá que aplicar un impulso capaz de llevar el transistor 1 al
estado de corte y el 2 al estado de saturación. Los condensadores C3 y C4 sirven para acelerar la
acción regenerativa de la conmutación.
Cuando el transistor 1 está en saturación, el condensador C3 estará descargado. El transistor 2
estará en estado de corte y su tensión colector-emisor será grande, por lo que el condensador C4 se
habrá cargado.
Esta condición es uno de los estados estables del multivibrador. Pero, si ahora aplicamos un
impulso positivo de duración muy pequeña a los bornes de R3 y R4, el transistor 1 deja de conducir
bruscamente y el condensador C3 se carga a través de R4 y R1, apareciendo en R4 una fuerte
tensión negativa que hace conducir a saturación el transistor 2. Si, mientras se carga C3, el impulso
de disparo ha cesado, el transistor 2 conduce a saturación y el 1 queda en el corte. En tal situación,
el condensador C4, que se hallaba cargado al iniciar la conducción el transistor 2, queda sin tensión y
se descarga a través de R3. Aparece entonces una tensión positiva entre los extremos de R3, que
favorece aún más el estado de corte del transistor 1.
Un nuevo impulso de entrada volvería a establecer las condiciones iniciales de funcionamiento, y así
sucesivamente.
EL MULTIVIBRADOR MONOESTABLE
Estos multivibradores se caracterizan por tener un solo estado estable de funcionamiento, bien en
la región de saturación o bien en la de corte. Si se aplica un impulso exterior, se produce el disparo
del transistor de una región a otra, pero el circuito vuelve a su estado primitivo tras un intervalo de
tiempo que depende de la constante de tiempo de los componentes del circuito. En general, este
multivibrador transforma un impulso, generalmente de corta duración y de frente muy escarpado, en
otro rectangular constante y de mayor duración.
En principio, un multivibrador monoestable consta de un circuito inversor y de otro amplificador,
ambos realimentados entre sí.
El transistor 1 está en el circuito inversor y tiene polarizada su base a potencial positivo respecto al
emisor. Está, por lo tanto, en estado de corte.
El transistor 2 está en el circuito amplificador y tiene polarizada su base a un potencial negativo
respecto al emisor, gracias al divisor de tensión formado por R2 y por su resistencia interior baseemisor.
De modo que está en estado de saturación.
El condensador C2 queda cargado por medio de R1 y de la resistencia base-emisor del transistor 1.
Este será, pues, el estado estable.
Al aplicar una tensión exterior negativa,
V0 > Vbb, a través del condensador de acoplamiento C1, el transistor 1 comienza a conducir.
Aumenta entonces la tensión en R1, que tenderá a descargar el condensador C2, para cargarlo con
la polaridad inversa que aparece en bornes de dicha resistencia. Pero, como todo aumento de la
tensión de R1 aparece en el primer instante a través de C2, en bornes de R2, convierte en positiva la
tensión de base-emisor del transistor 2, pasando éste del estado de saturación al de corte. Así pasa
el multivibrador del estado estable al inestable.
El multivibrador queda en el estado inestable, aunque el impulso exterior haya cesado. En efecto, al
estar el transistor 2 en corte, su tensión colector-emisor es muy grande y, a través del divisor de
tensión R4 y R3, contrarresta la tensión de polarización Vbb, manteniendo al transistor 1 saturado.
Sin embargo, al ir descargándose C2 a través de R2, la tensión positiva base-emisor del transistor 2
va disminuyendo, pasa por cero y, al hacerse negativa, comienza a conducir nuevamente. Se
establece así el estado estable, en el cual permanecerá hasta aplicar un nuevo impulso o disparo
exterior.
4.3 EL OSCILADOR 555
EL OSCILADOR 555
A pesar de todos los circuitos analizados anteriormente, cuando estamos interesados en diseñar un
oscilador de onda cuadrada o un temporizador, generalmente no recurrimos a los transistores. Para
estas funciones existen un tipo de circuitos integrados pensados únicamente para ello. Son los
llamados temporizadores. Este tipo de circuitos se puede configurar como oscilador libre o como
generador de impulsos, según se conecten determinadas patillas. Probablemente, el mayor
exponente de este tipo de temporizadores es el conocido 555.
Este circuito se caracteriza por su gran estabilidad a la hora de generar tiempos de oscilación o de
retraso muy precisos. Su frecuencia de trabajo se puede controlar o ajustar sencillamente con
resistencias y condensadores exteriores. Dispone de una patilla de disparo para su configuración
como multivibrador monoestable.
EL 555 COMO MONOESTABLE
En este modo de funcionamiento, el condensador externo se encuentra inicialmente descargado por
un transistor interno del temporizador. Cuando se aplica un impulso de disparo negativo menor de
1/3 Vcc al terminal 2, el multivibrador se ajusta, con lo cual libera el cortocircuito a través del
condensador y hace que la salida pase a nivel alto.
Entonces, el voltaje a través del condensador se incrementa exponencialmente por un periodo
t=1,1*RA*C, al final del cual el voltaje es igual a 2/3 Vcc. Entonces el comparador reinicia al
multivibrador, el cual a su vez descarga el condensador y hace pasar a estado bajo la salida.
EL 555 COMO ASTABLE
Conectando el circuito, el circuito se dispara a sí mismo y oscilará. El condensador externo se carga
a través de RA+RB y se descarga a través de RB. Por tanto, el ciclo de trabajo puede ajustarse
exactamente por la relación entre estas dos resistencias.
EL CHIP TIMER 555
El 555 es un circuito integrado comúnmente llamado “timer” ya que la mayoría de sus aplicaciones
están dirigidas hacia el control o medición del tiempo. Externamente el 555 posee 8 terminales
ordenados de la siguiente manera.
1.- Conexión de tierra.
2.- Entrada de disparo.
3.- Salida.
4.- Reset.
5.- Control.
6.- Umbral..
7.- Descarga.
8.- Conexión de alimentación.
INTERNAMENTE EL 555 CONTIENE CUATRO SECCIONES PRINCIPALES:
1.- Un divisor de tensión compuesto por tres resistencias iguales, que divide el voltaje de la
alimentación en tres partes iguales.
2.- Dos comparadores.
3.- Un flip flop S-R.
4.-Un transistor que controla la descarga.
La siguiente figura presenta el diagrama de bloques de la estructura interna del 555.
La operación de los modos mas conocidos pueden explicarse a través de la siguiente tabla de
funcionamiento.
La siguiente figura muestra la apariencia física del timer 555.
APLICACIONES DEL 555
1.- Ejemplo de un oscilador digital realizado en base ala configuración astable del chip timer 555.
.TIMER 555 EN MODO ASTABLE.
En el modo astable el 555 produce un patrón de oscilador periódica apropiada para usarse como
señal de reloj. La siguiente figura presenta la configuración del 555 astable.
FUNCIONAMIENTO.
Cuando el capacitor esta descargado el umbral esta a un nivel por debajo de 2/3 Vcc y el disparo esta
por debajo de 1/3Vcc en esta condición la salida esta en alto y la descarga esta abierta. Esto produce
que le capacitor se encargue a través de R1 y de R2. Cuando el voltaje de carga del capacitor
sobrepase 2/3 Vcc el Umbral estará a un nivel mayor que 2/3 Vcc y el disparo estará por encima de
1/3 Vcc en esta condición la salida esta en cero y la descarga esta puesta a tierra. Esto produce que
el capacitor se descargue a través de R2. Cuando el voltaje de descarga del capacitor este por
debajo de 1/3 Vcc el proceso vuelve y se repite cíclicamente en forma indefinida. En la salida del 555
se produce una señal periódica apropiada para servir como base de tiempo para sistema digital.
SEÑAL DE SALIDA.
A continuación la señal de salida del 555 astable
En la ilustración anterior se presenta arriba el perfil de la onda de voltaje que se produce a la salida
del 555 (terminal 3), mientras que abajo se presentan el perfil de la onda de voltaje que resulta en los
terminales de umbral y disparo producida por la carga y la descarga del capacitor, los parámetros de
la señal de salida están dado por:
Talto = 0.693 * (R1 + R2) * c
Talto = 0.693 * R2 * C
T = 0.693 * (R1 + R2) * C
Ejemplo de un generador de señal de reset con una duración de 1.1ms usando la configuración
monoestable del chip timer 555.
TIMER 555 EN MODO MONOESTABLE.
En modo monoestable el 555 produce un pulso de pendiente positiva en su terminal de salida.
Este pulso constituye el estado inestable cuya duración la define una red R-C. En el estado estable la
salida esta en abajo y la descarga esta a tierra.
A continuación el 555 alambrado en configuración monoestable.
FUNCIONAMIENTO.
Supóngase que el capacitor esta cargado el Umbral esta a un nivel por encima de 2/3 Vcc y el
disparo esta por encima de 1/3 Vcc en esta condición la salida esta bajo y la descarga esta puesta a
tierra. Esto produce que el capacitor se descargue poniendo en el Umbral un nivel por debajo de los
2/3 Vcc y el Disparo por encima de 1/3 Vcc, esto mantiene un nivel bajo en la salida y la Descarga a
tierra por lo tanto el estado es estable. Cuando en la entrada de Disparo se estable
momentáneamente un nivel bajo de voltaje entonces el Umbral esta debajo de 1/3 Vcc y el Disparo
esta por debajo de 1/3 Vcc lo que produce que la Salida cambie a alto y la Descarga este abierta. El
capacitor se empieza a cargar elevando paulatinamente el voltaje en el Umbral según la constante de
tiempo de la red R-C Eventualmente el voltaje del capacitor sobrepasa 1/3 Vcc ubicado el Umbral por
encima de los 2/3 Vcc y el Disparo por encima de 11/3 Vcc esto pone la salida en bajo y la Descarga
a tierra descargando el capacitor y reinstaurando el estado estable.
SEÑAL DE SALIDA:
A continuación la señal de salida del 555 Monoestable
En la ilustración anterior se presenta arriba el perfil de la onda de voltaje que se produce ala
salida del 555 (terminal 3), mientras que abajo se presentan el perfil de la onda que se usa
como Disparo del estado inestable.
Los parámetros de la señal de salida están dado por:
Tbajo = 1.1 * R * C
MULTIVIBRADOR MONOESTABLE CON UN OPERACIONAL
Un multivibrador monoestable realizado con un amplificador operacional consiste, básicamente, en
un comparador inversor en el que la tensión de entrada se obtiene de la carga de un condensador a
través de una resistencia.
En la ilustración correspondiente se puede ver el esquema típico de un oscilador de este tipo. La
tensión de referencia se obtiene a través de un divisor de tensión formado por R1 y R2.
En condiciones normales, C se encuentra descargado siendo, por tanto, la tensión del terminal no
inversor aproximadamente 0 voltios y como, por otra parte, el terminal inversor se encuentra a un
potencial de +V/2, el resultado es que la salida se encontrará en saturación negativa. Si, en estos
momentos, cerramos el interruptor S, la tensión del terminal inversor pasará a ser,
momentáneamente, inferior a la del terminal no inversor y la salida del operacional basculará a
saturación negativa, aumentando la tensión del terminal no inversor, sin ser necesario mantener
cerrado el interruptor para que la salida continúe en este estado, comenzando a cargarse C a través
de R3.
Después de un tiempo aproximadamente igual a 0,69*R3*C, el condensador habrá adquirido tal
carga que la tensión del terminal no inversor bajará de +V/2 y, como el terminal inversor ha
recuperado su tensión igual a +V/2, esto hará bascular al operacional a saturación negativa. A partir
de este momento, el condensador se descargará muy rápidamente a través del diodo y del propio
operacional.
TEMA COMPLEMENTARIO:
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE CIRCUITOS IMPRESOS



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