UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Laboratorio de Sistemas Digitales
PRE INFORME: INFORME: ASTABLES ASTABLES Y MONOSTABLES CURSO: CURSO: SISTEMAS DIGITALES GRUPO HORARIO: HORARIO: PROFESOR: PROFESOR: ALUMNO: ALUMNO:
92G
Ing. UTRILLA SALAZAR DARIO CANGALAYA RIOS PEDRO DANIEL
CODIGO: CODIGO: 1223220446
2014-B
V. PARA EL INFORME PREVIO 1. Describir el concepto de circuito multivibrador astable, analice su funcionamiento y mencione los parámetros característicos de los pulsos y analizar los circuitos utilizados multivibradores astables.
Un multivibrador astable es un circuito capaz de generar ondas a partir de una fuente de alimentación continua. Teniendo en cuenta dicho gráfico podemos decir que la frecuencia de las ondas generadas, dependerán de la carga y descarga de los condensadores C1 y C2, que serán provocadas por la conmutación de los transistores TR-1 y TR-2. Si dividimos el circuito por la mitad verticalmente, tendremos R1, R2, C1 y TR1 por un lado, y por otro lado tendremos R3, R4, C2 y TR2. Para conseguir una forma de onda simétrica, debemos asegurarnos que el circuito es simétrico en cuanto a valores de sus componentes, es decir, R1=R4, R2=R3, C1=C2 y TR1=TR2. Dado que no dispongo de los componentes y que la finalidad es entender el funcionamiento del circuito, es más sencillo verlo en un simulador que montado en una protoboard, así que he hecho el video siguiente donde se ve el funcionamiento del circuito simulado en Livewire. Es también conocido como multivibrador de carrera libre o circuito de reloj, no tiene estados estables, pero posee dos estados casi estables, entre los que conmuta su salida sin necesidad de señal de entrada. Debido a la ausencia de señal de entrada, es la propia composición del circuito la que determina el periodo de la señal de salida. La salida resultante convierte al dispositivo en un oscilador, llamado oscilador de relajación para diferenciarlo de otros osciladores. Las señales de entrada y salida que caben esperarse del astable son las siguientes:
Como puede verse en la imagen, la salida alterna entre los dos estados casi estables, sin que dicha alternancia guarde ninguna relación con la señal de entrada (en este caso inexistente).
Astable construido con Timer 555 Este tipo de funcionamiento de temporizador 555 se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito y que se repite en forma continua. El esquema de conexión y las formas de onda de entrada y salida del multivibrador astable se muestran en los gráficos más adelante. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración, tanto en nivel alto como en nivel bajo, dependen de los valores de las resistencias R1 y R2 y del capacitor C1.
Los tiempos de los estados alto y bajo de la onda de salida se muestran en las siguientes fórmulas: T1=0.693x(R1+R2)xC1 (en segundos) T2=0.693xR2xC1 (en segundos) La frecuencia de oscilación de la onda de salida está dada por la fórmula: f = 1 / [0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)] Sabiendo que el período es: T = 1/f Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal, desde un punto cualquiera en la forma de onda de la salida hasta que éste se vuelve a repetir. 2. Describir el concepto de circuito multivibrador monostable, analice su funcionamiento y describa los tipos de monostables y sus características, así como los circuitos monostables.
Este circuito se caracteriza por presentar un único estado estable en régimen permanente, y mediante una excitación externa se genera una perturbación que lo aparta de este estado estable de lo cual el circuito evoluciona en un estado no estable que provoca un cambio en la salida y al cabo de un cierto tiempo predeterminado volver al estado estable. En régimen permanente el circuito permanece en el estado estable. La conmutación al estado semiestable es forzada mediante una excitación externa adecuada, en su presencia el circuito inicia un régimen transitorio para una vez transcurrido el tiempo de duración del estado no estable retorna al estado estable. El tiempo que el circuito permanece en el estado no estable, comúnmente denominado periodo
semiestable, queda determinado por los valores de algunos elementos pasivos que componen el circuito. Circuito monoestable con transistores El circuito monoestable más sencillo es el que se muestra en la figura. Se implemente con dos transistores acoplados por colector que en el estado estable están en corte y en conducción respectivamente. Cuando se conecta la alimentación del circuito, independientemente de algún transistor inicial donde ambos transistores conducen uno de los transistores (en este caso Q2) entra en conducción más rápidamente y provoca el corte del otro transistor
Monostable construido con Timer 555 El multivibrador monostable entrega a su salida un solo pulso de un ancho o tiempo de duración. El esquema de conexión y las formas de onda de la entrada y salida se muestran en los siguientes gráficos. El tiempo en nivel alto de la salida de multivibrador monostable depende del resistor R1 y el capacitor C1. La fórmula para calcular el tiempo de duración, es decir, la duración en nivel alto, se calcula: T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)
3. De los manuales técnicos obtener las características de los IC 555, 556, 7555, 74121, 74122, 74123, 74221, CD 4047B; que realizan la función de multivibradores, analice su tabla de verdad y funcionamiento. IC 555 Características: Reemplazo directo para SE555 / NE555. El tiempo de microsegundos por horas. Funciona tanto en modo astable y monoestable. Ciclo de trabajo ajustable. Producción y suministro TTL compatible. Estabilidad de temperatura, mejor que 0.005% / °C. Aplicaciones: Tiempo de precisión. Generación de pulso. Tiempo secuencial. Generación de retardo. Pulso de amplitud modulada. Generador de rampa lineal.
LM556 Características: Frecuencia máxima e funcionamiento superior a 500 KHz. Tiempo de microsegundos. Opera tanto en astable y monoestables. Alta corriente de salida con fuente o sumidero 200mA. Ciclo de trabajo regulable. TTL compatible. Temperatura de estabilidad de 0.005% / °C.
Aplicaciones: Sincronización de precisión Generación de pulsos Sincronización secuencial Tiempo de generación de retardo Modulación del ancho Posición de modulación por impulsos Generador de rampa lineal
IC 7555 Características: Baja corriente de alimentación (80 µA). Extremadamente bajo gatillo, el umbral y a s corriente de reposición (20 pA) Operación de alta velocidad (500KHz garantizado). Rango de tensión de alimentación de funcionamiento ancha garantizada 3V a 16V respecto a las temperaturas de automoción completo. de reinicio normal, sin crowbarring de suministro durante la Función transición de salida. Se puede utilizar con elementos de temporización de alta impedancia que el NE / SE555 por constantes de tiempo más largos. El tiempo de microsegundos. Funcionamiento tanto en modo astable y monoestable. Ciclo de trabajo ajustable. Estabilidad de la temperatura típica de 0.005% / °C. Salidas de Carril a Carril. Aplicaciones: Sincronización de precisión. Generación de impulsos. Sincronización secuencial. Generación de retardo. Modulación de ancho de pulso. Pulso de posición y modulación. Falta de detector de impulsos.
IC 74121 Características: Se activa de activo-ALTO transición o activa-BAJA entradas de transición Ancho de pulso variable de 30 ns a 28 segundos Entrada Schmitt-trigger libre Jitter Excelente inmunidad al ruido típicamente 1.2V Ancho de pulso estable hasta el ciclo de trabajo del 90% Compensados por variaciones VCC y temperatura Diodos de fijación de entrada.
IC 74122 e IC 74123 Características: Compensado para VCC y temperatura variable. Pulsos de salida muy largo, hasta 100% ciclo de trabajo. Resistencias de tiempo interno sobre 74LS122.
IC 74221 Características: Operación de alta velocidad. Alta corriente de salida. Tensión de funcionamiento: VCC = 2 a 6 V. Baja corriente de entrada.
CD4047B Características: Características Multivibrador monoestable: Disparador positivo o negativo Ancho de pulso de salida independiente de la duración del pulso de disparo. Circuito de reposición de encendido interno Anchos de pulso largo posible el uso de pequeños componentes RC por medio de la provisión de contador externo Tiempo de recuperación rápido esencialmente independiente de ancho de pulso. Exactitud por ancho de pulso mantiene en ciclos de trabajo se aproxima al 100%
Astables Características Multivibrador: Ciclo de trabajo del 50% Salida del oscilador disponible estabilidad de frecuencia: Desviación de la frecuencia: = ± 2% + 0,03% / ° C @ 100 kHz = ± 0,5% + 0,015% / ° C @ 10 kHz (circuitos "recortados" a VDD frecuencia = 10 V ± 10%)
Aplicaciones: Equipo digital donde la disipación de baja potencia y / o alta inmunidad al ruido son los requisitos de diseño principales: Detección de envolvente Frecuencia multiplicación División de frecuencia
Discriminadores
de frecuencia. Circuitos de temporización. Aplicaciones Tiempo de retardo. 4. Cuál es la diferencia entre un astable y monoestable; así como la diferencia entre un monoestable redisparable y no redisparable; muestre circuitos prácticos para explicarlos. ASTABLE También conocido como oscilador de carrera libre. Se trata de un circuito capaz de cambiar de un estado a otro sin intervención externa. Una vez conectado, automáticamente comienza su ciclo permaneciendo en un estado por cierto tiempo, cambiando al otro estado y permaneciendo en este el mismo tiempo que el estado anterior. Esto equivale a decir que posee un ciclo activo del 50%. Un buen ejemplo de esto es circuito integrado 555, conectado como multivibrador astable, con el cuál puede lograrse este efecto.
MONOESTABLE Este circuito tiene la característica de que necesita de un pulso externo para cambiar de estado, pasado un período de tiempo, este regresa al estado anterior, es imposible mantener el estado activo indefinidamente. A este circuito comúnmente se le conoce como "Timer", Un buen ejemplo de esto, es nuevamente el circuito integrado 555, conectado como Multivibrador Monoestable.
Diferencias entre Redisparable y No Redisparable Monoestable redisparable: Es aquel que si recibe la generación de un pulso, un nuevo flanco que habilite el disparo del mismo, a partir de ese momento, el pulso se alargara un tiempo TW más igual al definido por los componentes externos R y C y la tensión VDD (si es CMOS). Digamos que se tiene un temporizador de 4 ms, pero a los 2 ms de iniciado el pulso se realiza un nuevo disparo; la duración que se obtiene es de 2 + 4 = 6 ms Monoestable no redisparable: Es aquel que su luego de recibir a su entrada una transición que genere un pulso (por ejemplo un flanco ascendente), si durante la duración del mismo se produce un flanco del mismo tipo (para el ejemplo, también ascendente) la salida del monoestable lo ignorara y terminara dicho p ulso en el tiempo definido por R, C y VDD (si es CMOS). Es decir, en el ejemplo anterior ignoraría el segundo disparo y se obtendría un pulso de 4 ms solamente.
5. Analice el funcionamiento del cristal de cuarzo; investigar sus características, ventajas y desventajas. Analice circuitos prácticos generadores de pulsos con cristal de cuarzo.
El cristal de cuarzo es utilizado como componente de control de la frecuencia de circuitos osciladores convirtiendo las vibraciones mecánicas en voltajes eléctricos a una frecuencia especifica. El efecto “piezoeléctrico” es el causante de dicho comportamiento. Al hablar de piezoelectricidad, es denominar a la electricidad creada por una presión mecánica. En un material piezoeléctrico, al aplicar una presión mecánica sobre un eje, dará como consecuencia la creación de una carga eléctrica a lo largo de un eje ubicado en un ángulo recto respecto al de la aplicación de la presión mecánica. En algunos materiales, se encuentra que aplicando un campo eléctrico según un eje, produce una deformación mecánica según otro eje ubicado a un ángulo recto respecto al primero. Es así que el cuarzo es el material más apropiado para fabricar dispositivos con frecuencia bien controlada. Debemos especificar que cada corte en el cristal tiene propiedades piezoeléctrixas distintas.
Es de importancia conocer que cuando se incrementa la frecuencia solicitada, el espesor del cuerpo del cristal disminuye y por supuesto existe un límite en el proceso de fabricación. Debido a que el corte “ AT” (uno de los cortes más populares) resonará a números enteros impares múltiplos de la frecuencia fundamental, es necesario especificar el orden del sobretono deseado para cristales de altas frecuencias. El envejecimiento se refiere a los cambios acumulativos en la frecuencia del cristal con el transcurrir del tiempo. Los factores que interviene son: exceso en la potencia disipada, efectos térmicos, fatiga en los alambres de armado y pérdidas en la elasticidad del cristal. 6. Describir las características de los multivibradores CMOS, cuáles son sus ventajas y desventajas.
Las compuertas CMOS pueden ser útiles para muchas aplicaciones dadas su alta impedancia de entrada, su bajo consumo de potencia, alta velocidad, bajo costo y su excursión de salida desde ambos extremos de la fuente de alimentación. Este tipo de osciladores los encontraremos con bloque central sobre el cual se construye un multivibrador con múltiples funciones como el CD4551 y el CD4047. En la siguiente figura vemos un circuito típico de un oscilador astable con compuertas CMOS inversoras.
Supongamos que al conectar el circuito V2 queda en estado alto. Luego debido a la acción inversora de I2 la salida Vo estará baja. El capacitor C comenzará a cargarse de forma exponencial a través de R y V3 evolucionará de forma exponencial tendiendo a VDD. Al llegar V3 al valor VT el inversor I1 conmuta ha estado bajo. Consecuentemente el inversor I2 conmuta a estado alto. L a tensión en el capacitor no puede cambiar instantáneamente es por eso que se da el salto de tensión en Vo que se ve trasladado a V3 cuya tensión sufre un salto de VDD alcanzando el valor VT + VDD y comienza su descarga exponencial a través de R hacia su valor final, en este caso hasta 0V.
Continuando con el análisis cuando V3 llega al valor VT en su descarga exponencial, hace que I1 conmute a estado alto y consecuentemente I2 conmutara ha estado bajo. Nuevamente este salto de tensión se traslada a V3 a través del capacitor, alcanzando en este caso el valor VT – VDD y comienza a evolucionar exponencialmente hacia VDD. Nuevamente al alcanzar el valor de VT se inicia un nuevo ciclo del astable.
