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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMATICA E.A.P INGENIERIA DE SISTEMAS
LABORATORIO 2 DE SISTEMAS DIGITALES Informe Previo Tema:
Astables y Monoastables.
Profesor:
Ing. Utrilla Salazar, Dario.
Alumna:
Peña de la Cruz, Grace Denisse.
Código:
07200104.
Lima – Abril 2014
LABORATORIO 2 DE SISTEMAS DIGITALES
Sistemas Digitales Informe Previo 2
TEMA: ASTABLES Y MONOSTABLES PROFESOR: ING. UTRILLA SALAZAR DARIO
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. La frecuencia de estas ondas dependerá de la carga y descarga de los condensadores. La Figura N° 1 ofrece la configuración básica de un multivibrador astable. Si dividimos el circuito en dos, verticalmente, se puede observar que es un circuito simétrico, desde el punto de vista geométrico. Si hacemos T1 = T2 , R1 = R4 , R2 = R3 y C1 = C2 , la forma de onda de cualquiera de las salidas será simétrica, es decir, la duración de ambos niveles de tensión de cada ciclo será idéntica. La frecuencia de salida viene determinada por los valores de C1 , C2 , R2 y R3 ; si se rompe la igualdad, expuesta anteriormente, entre dichos componentes, la forma de onda de salida será asimétrica.
Figura N° 1
Funcionamiento Si consideramos un instante en el que T2 esté en saturación y T1 en corte, C1 se empezará a cargar a través de T2 y R1, y, como el punto de unión de C1 y R2 está conectado a la base de T2, llegará un momento en que la tensión en la base de T2 es insuficiente para que T2 permanezca saturado, con lo que al conducir menos la tensión Vo2 aumentará, iniciando el proceso descrito anteriormente pero en sentido contrario, es decir, llevando a T1 a saturación y T2 al corte. Mientras C1 adquiría carga para provocar tal cambio, C2 se va descargando.
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Este proceso se mantiene mientras estemos suministrando tensión al circuito de esta forma: Las condiciones iniciales son estas: C1 estaba prácticamente descargado. C2 estaba totalmente cargado. T1 estaba en corte T2 estaba en saturación En estas circunstancias, C2 encuentra un camino de descarga a través de R3 y T2 y C1 se carga a través de la unión base-emisor de T2 y de R1. Momentáneamente, la base de T1 se encuentra sometida a un potencial de -Vcc, aproximadamente, respecto a masa. Obsérvese la polaridad con que se había cargado C2, al conectar su terminal positivo a masa a través de T2, al inicio de la descarga, en la base de T1 se reflejan -Vcc voltios, aproximadamente, que es la carga de C2. A partir del instante en que T2 pasa a saturación, C2 se empieza a descargar; tardará un tiempo T2 = 0.69 · C2 · R3 En un tiempo menor se habrá cargado C1, ya que C1 = C2 y R1 << R3 Una vez que C2 se ha descargado totalmente empezará a cargarse en sentido contrario, esto es, el punto de unión de C2 y R3 será ligeramente positivo, por lo que también se aplicará polarización directa a la base de T1, que provocará el basculamiento del circuito y que sitúa a T1 en saturación y a T2 en corte, comenzado entonces C2 a cargarse a través de su circuito de carga y C1 a descargarse a través de R2 y T1. De forma análoga al proceso anterior, la base de T2 se encuentra en el instante de la conmutación sometida a un potencial negativo próximo a -Vcc que va disminuyendo según se descarga C1; lo hará en un tiempo T1 = 0.69 · R2 · C1 Por la razón expuesta anteriormente, C2 se cargará en un tiempo menor que T1. Una vez extinguida la carga de C1, éste adquiere una pequeña carga en sentido contrario, que hará de nuevo conmutar al circuito, pasando T2 a saturación y T1 a corte, con lo que se inicia un nuevo ciclo. Por todo esto se deduce que un ciclo tendrá un periodo UNMSM - FISI
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T = t2 + t1 como C1 = C2 y R2 = R3, tendremos que
t = 2 · (0.69 · R2 · C1) = 1.38 · R2 · C1
Esta expresión es cierta sólo en el caso de circuitos simétricos; en caso contrario, la duración de un ciclo será T = t1 + t2 = 0.69 · R2 · C1 + 0.69 · R3 · R2 por lo que, en cualquiera de los casos, la frecuencia de oscilación es conocida con facilidad. 2. Describir el concepto de circuito multivibrador monoestable, analice su funcionamiento y describa los tipos de monoestables y sus características, así como los circuitos monoestables.
Multivibrador monoestable. La sustitución del condensador C2 por la resistencia R3 es lo que le permite que el circuito permanezca en un estado concreto, esto es, T1 en corte y T2 en saturación, luego, Vo1 = Vcc y Vo2 = 0V. Cuando se aplica un impulso a Vd, T1 pasa a conducir y T2 al corte; en este estado estará un tiempo determinado por R2 y C1, y volverá de nuevo al estado primitivo. Si la señal Vd es una señal que se repite a intervalos constantes, la señal de salida ofrecerá una frecuencia constante. Funcionamiento Si suponemos inicialmente T2 en saturación, debido a la ausencia de tensión en la base de T1, éste permanecerá en corte ya que Vo2 = 0. En estas circunstancias, C1 se carga a través de R1 y de la unión base-emisor de T2 y el circuito permanece en esta situación indefinidamente. Si aplicamos un impulso de amplitud suficiente en Vd, T1 pasará a saturación, por lo que Vo1 se hará prácticamente 0 y en la base de T2 se reflejará una tensión negativa de valor próximo a -Vcc que hará que T2 pase al corte; por ello Vo2 tomará un valor próximo a Vcc y la base de T1 permanezca en saturación. Desde el instante en que T1 pasa a saturación, C1 comienza a descargarse a través de R2 y T1 y lo hará en un tiempo T = 0.69 · R2 · C1 Una vez descargado empezará a cargarse en sentido contrario, esto es, la placa conectada a la base de T2 se hará positiva y una vez alcanzada tensión suficiente en ese punto, T2 pasará a saturación, por lo que Vo2 se hace 0 y, de nuevo, T1 pasa al corte hasta la aparición de un nuevo impulso de disparo en Vd. La parte digital les añade distintas prestaciones, produciendo diversos tipos de monoestables:
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Restaurable o resetable: Una entrada de reset permite interrumpir el pulso en cualquier momento, dejando el dispositivo preparado para un nuevo disparo.
Redisparable (retriggerable): Permite reiniciar el pulso con un nuevo disparo antes de completar la temporización. 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. Los monoestables no redisparables sólo permiten el disparo cuando no existe ninguna temporización en curso. Es decir, en el ejemplo anterior ignoraría el segundo disparo y se obtendría un pulso de 4 ms solamente.
Monoestable-Multivibrador: Son monoestables dobles (Dos, normalmente independientes) en la misma cápsula que permiten su conexión de forma que el fin del pulso generado por uno de ellos dispara al otro. Permiten el control preciso e independiente de los tiempos alto y bajo de la señal de salida.
Para temporizaciones largas, se añaden contadores a un multivibrador que prolongan la duración del pulso. Por ejemplo, el ICM7242.
3. De los manuales técnicos obtener las características de los IC 555, 556, 7555, 74121, 74122, 741º23, 74221, CD 4047B; que realizan la función de multivibradores, analice su tabla de verdad y funcionamiento. IC 555
Es uno de los Circuitos Integrados más famosos, de los más utilizados. Según el tipo de fabricante recibe una designación distinta tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque se lo conoce como "el 555" y ya todos saben de que se está hablando. Respecto al formato o encapsulado, puede ser circular metálico, hasta los SMD, pasando por los DIL de 8y14patillas. Existen versiones de bajo consumo con el mismo patillaje y versiones dobles, es decir que contienen 2 circuitos iguales en su interior, que comparten los terminales de alimentación y se conocen con la designación genérica de 556, observa la siguiente imagen...
Características generales: El circuito puede alimentarse con tensión continua comprendida entre 5 y 15 voltios, aunque hay versiones que iten tensiones de alimentación hasta 2 V., pero no son de uso corriente. Si se alimenta a 5V es compatible con la familia TTL. UNMSM - FISI
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La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200mA., muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitar directamente relés y otros circuitos de alto consumo sin necesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC. Necesita un número mínimo de componentes exteriores, la frecuencia de oscilación se controla con dos resistencias y un condensador. Cuando funciona como monoestable el retardo se determina con los valores de una resistencia y de un condensador. 4. Cuál es la diferencia entre un astable y monostable; así como la diferencia entre un monostable redisparable y no redisparable; muestre circuitos prácticos para explicarlos.
Diferencia entre un astable y monoestable
Circuitos Monoestables: Estos circuitos cambian de estado sólo si se mantiene la señal de entrada (nivel alto o bajo), si ésta se quita, la salida regresa a su estado anterior. Conclusión: Poseen un sólo estado estable y otro metaestables.
Circuitos Astables o Aestables: Son circuitos gobernados por una red de tiempo R-C (Resistencia-Capacitor) y un circuito de realimentación, a diferencia de los anteriores se puede decir que no poseen un estado estable sino dos metaestables.
Diferencia entre monostable redisparable y no redisparable
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5. Analice el funcionamiento del cristal de cuarzo; investigar sus características, ventajas y desventajas. Analice circuitos prácticos generadores de pulsos con cristal de cuarzo.
Los cristales de cuarzo son ampliamente utilizados en los equipos que utilizamos los radioaficionados. Basta dar una rápida ojeada al esquema de cualquiera de nuestros transceptores para encontrar varios de ellos. Estos dispositivos están formados por una fina lámina de cuarzo situada entre dos electrodos. Como es sabido, el cuarzo, también llamado cristal de roca, es un mineral compuesto por silicio y oxígeno, (óxido anhidro de silicio, bióxido de silicio o anhídrido silícico, SIO2) cuyos cristales tienen forma de prisma hexagonal terminado por dos romboedros que parecen una bipirámide hexagonal. El cuarzo es el mineral más difundido en la corteza terrestre, bien en forma de cristales o formando parte otras rocas, como el granito (cuarzo, feldespato y mica). En la figura número uno se puede ver un grupo de cristales de cuarzo tal como aparecen en la naturaleza. Circuito equivalente para señal El capacitor CO o capacidad en paralelo, representa en total la capacidad entre los electrodos del cristal más la capacidad de la carcaza y sus terminales. R1,C1 y L1 conforman la rama principal del cristal y se conocen como componentes o parámetros motional donde: L1 representa la masa vibrante del cristal, C1 representa la elasticidad del cuarzo y R1 representa las pérdidas que ocurren dentro del cristal.
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figura 4 Cuando el cristal de la figura, 4, no está vibrando, es equivalente a una capacitancia Co por estar compuesto de dos placas de metal separadas por un dieléctrico. Co recibe el nombre de capacitancia del encapsulado. Cuando el cristal está vibrando, el circuito equivalente se hace más interesante. Un cristal que vibra actúa como un circuito sintonizado. En la figura 4b, se observa el circuito equivalente se observa el circuito equivalente para señal alterna de un cristal vibra a su frecuencia fundamental o cerca de ella. Los valores característicos son L en henrios, C1 en fracciones de pico faradio, R1 en cientos de ohmio y Co en pico faradios. Además los valores de el corte, el espesor y el montaje de la lamina influyen en esos valores. Los cristales tienen una Q increíblemente alta. Para los valores de L=3H, C1=0.05pF, R1=2K y CO=10pF, podemos calcular una Q de más de 3.000. La de los cristales puede fácilmente estar alrededor de 10.000. La Q extremadamente alta de un cristal genera osciladores con frecuencias muy estables. Este hecho puede corroborarse empleando la ecuación anteriormente vista: fr=(1/2pi*"(LC)) Cuando Q tiende a infinito, como sucede en un cristal, la frecuencia de resonancia se aproxima al valor ideal determinado por L y C. Estos valores de L y C están determinados exactamente en un cristal. En cambio, el circuito tanque LC normal tiene una L y una C con grandes tolerancias, por lo que su frecuencia no se controla con precisión, como sucede con un oscilador de cristal. La frecuencia de resonancia paralelo fP de un cristal es la frecuencia a la cual la corriente de lazo de la figura 4b alcanza su valor máximo. Puesto que esta corriente debe circular a través de la combinación en serie de C1 y de CO, Clazo equivalente es Clazo = C OC 1/(C1+CO) La frecuencia de resonancia en paralelo es fR=(1/2*"(LClazo)) Dos capacidades en serie siempre producen una capacidad menor que cualquiera de las dos. En consecuencia Clazo es menor C1 y fp es mayor que fs. En cualquier cristal, C1 es mucho menor que Co . Por ejemplo, con los valores dados anteriormente, C1 fue de 0.05pF y Co fue de 10pF. Debido a esto, la ecuación de Clazo, esta da un valor ligeramente menor que C1. Ello significa que fp es ligeramente menor que fs. Cuando se utilice un cristal en un circuito equivalente para señal alterna como el de la figura 5, las capacidades adicionales del circuito aparecen en paralelo con Co. Por esta causa, la frecuencia de oscilación estará entre fs y fp. Esta es la ventaja de conocer los valores de fs y f p; estos fijan los límites inferior y superior de la frecuencia de oscilación. 6. Describir las características de los multivibradores CMOS, cuáles son sus ventajas y desventajas.
Multivibrador básico con compuertas CMOS: Las compuertas CMOS pueden ser útiles para muchas aplicaciones dada 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 (“rail to rail”). UNMSM - FISI
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Este tipo de osciladores los vamos a encontrar como el bloque central sobre el cual se construye un multivibrador con múltiples funciones como el CD4551 y el CD4047 que veremos luego. Para entender el funcionamiento básico de este tipo de oscilador veremos un ejemplo con la compuerta más simple, el inversor. El circuito interno está compuesto por dos transistores MOS complementarios, como muestra la siguiente figura:
La salida de la compuerta proporciona un valor Vo = VDD para Vi < VT y Vo = 0 para Vi >VT. VT normalmente es el punto medio entre VDD y 0 es decir VT = VDD / 2 Los diodos de protección D1 y D2 impiden que Vi se eleve por encima de VDD + Vd o por debajo de para (– Vd). Con lo cual protegen a los MOSFET contra descargas electrostáticas. La función transferencia será entonces:
En la siguiente figura vemos un circuito típico de un oscilador astable con compuertas CMOS inversoras.
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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. Recordemos que el circuito tiene alta impedancia y que en este momento no hay corriente por R1, entonces V1 = V 3. Al llegar V3 al valor VT el inversor I1 conmuta a estado bajo. Consecuentemente el inversor I2 conmuta a estado alto. Como la tensión en el capacitor no puede cambiar instantáneamente el salto de tensión en Vo 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 0V. Observemos que R1 (llamada resistencia de desacoplamiento), esta para que los tiempos de carga y descarga no se vean alterado por los diodos de protección D1 y D2 que enclavan los valores de tensión de V1 en VDD + Vd y (– Vd) respectivamente como podemos observar en la grafica. Para que los tiempos no se vean alterados debe ser R1 >> R, en la práctica es suficiente tomar R1 aproximadamente 10 R. 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 a 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. Si consideramos
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luego resulta:
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Una observación importante a destacar es que el cálculo de estos tiempos es muy dependiente del VT de los transistores de los inversores que conforman el oscilador, además por su puesto de la tolerancia del capacitor y la resistencia de la constante de tiempo. Para el cálculo asumimos que: pero en la práctica este puede variar entre un 33 % al 67 % de VDD por lo que finalmente deberá hacerse un ajuste a través de un preset en serie con la R de la constante de tiempo para obtener la frecuencia o el tiempo deseados. Esto vale por su puesto para todos los circuitos integrados que veremos luego que tienen como base este tipo de osciladores con compuertas CMOS.
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Ing. Utrilla Salazar, Dario.
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TEMA: ASTABLES Y MONOSTABLES PROFESOR: ING. UTRILLA SALAZAR DARIO
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. La frecuencia de estas ondas dependerá de la carga y descarga de los condensadores. La Figura N° 1 ofrece la configuración básica de un multivibrador astable. Si dividimos el circuito en dos, verticalmente, se puede observar que es un circuito simétrico, desde el punto de vista geométrico. Si hacemos T1 = T2 , R1 = R4 , R2 = R3 y C1 = C2 , la forma de onda de cualquiera de las salidas será simétrica, es decir, la duración de ambos niveles de tensión de cada ciclo será idéntica. La frecuencia de salida viene determinada por los valores de C1 , C2 , R2 y R3 ; si se rompe la igualdad, expuesta anteriormente, entre dichos componentes, la forma de onda de salida será asimétrica.
Figura N° 1
Funcionamiento Si consideramos un instante en el que T2 esté en saturación y T1 en corte, C1 se empezará a cargar a través de T2 y R1, y, como el punto de unión de C1 y R2 está conectado a la base de T2, llegará un momento en que la tensión en la base de T2 es insuficiente para que T2 permanezca saturado, con lo que al conducir menos la tensión Vo2 aumentará, iniciando el proceso descrito anteriormente pero en sentido contrario, es decir, llevando a T1 a saturación y T2 al corte. Mientras C1 adquiría carga para provocar tal cambio, C2 se va descargando.
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Este proceso se mantiene mientras estemos suministrando tensión al circuito de esta forma: Las condiciones iniciales son estas: C1 estaba prácticamente descargado. C2 estaba totalmente cargado. T1 estaba en corte T2 estaba en saturación En estas circunstancias, C2 encuentra un camino de descarga a través de R3 y T2 y C1 se carga a través de la unión base-emisor de T2 y de R1. Momentáneamente, la base de T1 se encuentra sometida a un potencial de -Vcc, aproximadamente, respecto a masa. Obsérvese la polaridad con que se había cargado C2, al conectar su terminal positivo a masa a través de T2, al inicio de la descarga, en la base de T1 se reflejan -Vcc voltios, aproximadamente, que es la carga de C2. A partir del instante en que T2 pasa a saturación, C2 se empieza a descargar; tardará un tiempo T2 = 0.69 · C2 · R3 En un tiempo menor se habrá cargado C1, ya que C1 = C2 y R1 << R3 Una vez que C2 se ha descargado totalmente empezará a cargarse en sentido contrario, esto es, el punto de unión de C2 y R3 será ligeramente positivo, por lo que también se aplicará polarización directa a la base de T1, que provocará el basculamiento del circuito y que sitúa a T1 en saturación y a T2 en corte, comenzado entonces C2 a cargarse a través de su circuito de carga y C1 a descargarse a través de R2 y T1. De forma análoga al proceso anterior, la base de T2 se encuentra en el instante de la conmutación sometida a un potencial negativo próximo a -Vcc que va disminuyendo según se descarga C1; lo hará en un tiempo T1 = 0.69 · R2 · C1 Por la razón expuesta anteriormente, C2 se cargará en un tiempo menor que T1. Una vez extinguida la carga de C1, éste adquiere una pequeña carga en sentido contrario, que hará de nuevo conmutar al circuito, pasando T2 a saturación y T1 a corte, con lo que se inicia un nuevo ciclo. Por todo esto se deduce que un ciclo tendrá un periodo UNMSM - FISI
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T = t2 + t1 como C1 = C2 y R2 = R3, tendremos que
t = 2 · (0.69 · R2 · C1) = 1.38 · R2 · C1
Esta expresión es cierta sólo en el caso de circuitos simétricos; en caso contrario, la duración de un ciclo será T = t1 + t2 = 0.69 · R2 · C1 + 0.69 · R3 · R2 por lo que, en cualquiera de los casos, la frecuencia de oscilación es conocida con facilidad. 2. Describir el concepto de circuito multivibrador monoestable, analice su funcionamiento y describa los tipos de monoestables y sus características, así como los circuitos monoestables.
Multivibrador monoestable. La sustitución del condensador C2 por la resistencia R3 es lo que le permite que el circuito permanezca en un estado concreto, esto es, T1 en corte y T2 en saturación, luego, Vo1 = Vcc y Vo2 = 0V. Cuando se aplica un impulso a Vd, T1 pasa a conducir y T2 al corte; en este estado estará un tiempo determinado por R2 y C1, y volverá de nuevo al estado primitivo. Si la señal Vd es una señal que se repite a intervalos constantes, la señal de salida ofrecerá una frecuencia constante. Funcionamiento Si suponemos inicialmente T2 en saturación, debido a la ausencia de tensión en la base de T1, éste permanecerá en corte ya que Vo2 = 0. En estas circunstancias, C1 se carga a través de R1 y de la unión base-emisor de T2 y el circuito permanece en esta situación indefinidamente. Si aplicamos un impulso de amplitud suficiente en Vd, T1 pasará a saturación, por lo que Vo1 se hará prácticamente 0 y en la base de T2 se reflejará una tensión negativa de valor próximo a -Vcc que hará que T2 pase al corte; por ello Vo2 tomará un valor próximo a Vcc y la base de T1 permanezca en saturación. Desde el instante en que T1 pasa a saturación, C1 comienza a descargarse a través de R2 y T1 y lo hará en un tiempo T = 0.69 · R2 · C1 Una vez descargado empezará a cargarse en sentido contrario, esto es, la placa conectada a la base de T2 se hará positiva y una vez alcanzada tensión suficiente en ese punto, T2 pasará a saturación, por lo que Vo2 se hace 0 y, de nuevo, T1 pasa al corte hasta la aparición de un nuevo impulso de disparo en Vd. La parte digital les añade distintas prestaciones, produciendo diversos tipos de monoestables:
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Restaurable o resetable: Una entrada de reset permite interrumpir el pulso en cualquier momento, dejando el dispositivo preparado para un nuevo disparo.
Redisparable (retriggerable): Permite reiniciar el pulso con un nuevo disparo antes de completar la temporización. 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. Los monoestables no redisparables sólo permiten el disparo cuando no existe ninguna temporización en curso. Es decir, en el ejemplo anterior ignoraría el segundo disparo y se obtendría un pulso de 4 ms solamente.
Monoestable-Multivibrador: Son monoestables dobles (Dos, normalmente independientes) en la misma cápsula que permiten su conexión de forma que el fin del pulso generado por uno de ellos dispara al otro. Permiten el control preciso e independiente de los tiempos alto y bajo de la señal de salida.
Para temporizaciones largas, se añaden contadores a un multivibrador que prolongan la duración del pulso. Por ejemplo, el ICM7242.
3. De los manuales técnicos obtener las características de los IC 555, 556, 7555, 74121, 74122, 741º23, 74221, CD 4047B; que realizan la función de multivibradores, analice su tabla de verdad y funcionamiento. IC 555
Es uno de los Circuitos Integrados más famosos, de los más utilizados. Según el tipo de fabricante recibe una designación distinta tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C, MC1455, NE555, LM555, etc. aunque se lo conoce como "el 555" y ya todos saben de que se está hablando. Respecto al formato o encapsulado, puede ser circular metálico, hasta los SMD, pasando por los DIL de 8y14patillas. Existen versiones de bajo consumo con el mismo patillaje y versiones dobles, es decir que contienen 2 circuitos iguales en su interior, que comparten los terminales de alimentación y se conocen con la designación genérica de 556, observa la siguiente imagen...
Características generales: El circuito puede alimentarse con tensión continua comprendida entre 5 y 15 voltios, aunque hay versiones que iten tensiones de alimentación hasta 2 V., pero no son de uso corriente. Si se alimenta a 5V es compatible con la familia TTL. UNMSM - FISI
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La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200mA., muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitar directamente relés y otros circuitos de alto consumo sin necesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC. Necesita un número mínimo de componentes exteriores, la frecuencia de oscilación se controla con dos resistencias y un condensador. Cuando funciona como monoestable el retardo se determina con los valores de una resistencia y de un condensador. 4. Cuál es la diferencia entre un astable y monostable; así como la diferencia entre un monostable redisparable y no redisparable; muestre circuitos prácticos para explicarlos.
Diferencia entre un astable y monoestable
Circuitos Monoestables: Estos circuitos cambian de estado sólo si se mantiene la señal de entrada (nivel alto o bajo), si ésta se quita, la salida regresa a su estado anterior. Conclusión: Poseen un sólo estado estable y otro metaestables.
Circuitos Astables o Aestables: Son circuitos gobernados por una red de tiempo R-C (Resistencia-Capacitor) y un circuito de realimentación, a diferencia de los anteriores se puede decir que no poseen un estado estable sino dos metaestables.
Diferencia entre monostable redisparable y no redisparable
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5. Analice el funcionamiento del cristal de cuarzo; investigar sus características, ventajas y desventajas. Analice circuitos prácticos generadores de pulsos con cristal de cuarzo.
Los cristales de cuarzo son ampliamente utilizados en los equipos que utilizamos los radioaficionados. Basta dar una rápida ojeada al esquema de cualquiera de nuestros transceptores para encontrar varios de ellos. Estos dispositivos están formados por una fina lámina de cuarzo situada entre dos electrodos. Como es sabido, el cuarzo, también llamado cristal de roca, es un mineral compuesto por silicio y oxígeno, (óxido anhidro de silicio, bióxido de silicio o anhídrido silícico, SIO2) cuyos cristales tienen forma de prisma hexagonal terminado por dos romboedros que parecen una bipirámide hexagonal. El cuarzo es el mineral más difundido en la corteza terrestre, bien en forma de cristales o formando parte otras rocas, como el granito (cuarzo, feldespato y mica). En la figura número uno se puede ver un grupo de cristales de cuarzo tal como aparecen en la naturaleza. Circuito equivalente para señal El capacitor CO o capacidad en paralelo, representa en total la capacidad entre los electrodos del cristal más la capacidad de la carcaza y sus terminales. R1,C1 y L1 conforman la rama principal del cristal y se conocen como componentes o parámetros motional donde: L1 representa la masa vibrante del cristal, C1 representa la elasticidad del cuarzo y R1 representa las pérdidas que ocurren dentro del cristal.
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figura 4 Cuando el cristal de la figura, 4, no está vibrando, es equivalente a una capacitancia Co por estar compuesto de dos placas de metal separadas por un dieléctrico. Co recibe el nombre de capacitancia del encapsulado. Cuando el cristal está vibrando, el circuito equivalente se hace más interesante. Un cristal que vibra actúa como un circuito sintonizado. En la figura 4b, se observa el circuito equivalente se observa el circuito equivalente para señal alterna de un cristal vibra a su frecuencia fundamental o cerca de ella. Los valores característicos son L en henrios, C1 en fracciones de pico faradio, R1 en cientos de ohmio y Co en pico faradios. Además los valores de el corte, el espesor y el montaje de la lamina influyen en esos valores. Los cristales tienen una Q increíblemente alta. Para los valores de L=3H, C1=0.05pF, R1=2K y CO=10pF, podemos calcular una Q de más de 3.000. La de los cristales puede fácilmente estar alrededor de 10.000. La Q extremadamente alta de un cristal genera osciladores con frecuencias muy estables. Este hecho puede corroborarse empleando la ecuación anteriormente vista: fr=(1/2pi*"(LC)) Cuando Q tiende a infinito, como sucede en un cristal, la frecuencia de resonancia se aproxima al valor ideal determinado por L y C. Estos valores de L y C están determinados exactamente en un cristal. En cambio, el circuito tanque LC normal tiene una L y una C con grandes tolerancias, por lo que su frecuencia no se controla con precisión, como sucede con un oscilador de cristal. La frecuencia de resonancia paralelo fP de un cristal es la frecuencia a la cual la corriente de lazo de la figura 4b alcanza su valor máximo. Puesto que esta corriente debe circular a través de la combinación en serie de C1 y de CO, Clazo equivalente es Clazo = C OC 1/(C1+CO) La frecuencia de resonancia en paralelo es fR=(1/2*"(LClazo)) Dos capacidades en serie siempre producen una capacidad menor que cualquiera de las dos. En consecuencia Clazo es menor C1 y fp es mayor que fs. En cualquier cristal, C1 es mucho menor que Co . Por ejemplo, con los valores dados anteriormente, C1 fue de 0.05pF y Co fue de 10pF. Debido a esto, la ecuación de Clazo, esta da un valor ligeramente menor que C1. Ello significa que fp es ligeramente menor que fs. Cuando se utilice un cristal en un circuito equivalente para señal alterna como el de la figura 5, las capacidades adicionales del circuito aparecen en paralelo con Co. Por esta causa, la frecuencia de oscilación estará entre fs y fp. Esta es la ventaja de conocer los valores de fs y f p; estos fijan los límites inferior y superior de la frecuencia de oscilación. 6. Describir las características de los multivibradores CMOS, cuáles son sus ventajas y desventajas.
Multivibrador básico con compuertas CMOS: Las compuertas CMOS pueden ser útiles para muchas aplicaciones dada 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 (“rail to rail”). UNMSM - FISI
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Este tipo de osciladores los vamos a encontrar como el bloque central sobre el cual se construye un multivibrador con múltiples funciones como el CD4551 y el CD4047 que veremos luego. Para entender el funcionamiento básico de este tipo de oscilador veremos un ejemplo con la compuerta más simple, el inversor. El circuito interno está compuesto por dos transistores MOS complementarios, como muestra la siguiente figura:
La salida de la compuerta proporciona un valor Vo = VDD para Vi < VT y Vo = 0 para Vi >VT. VT normalmente es el punto medio entre VDD y 0 es decir VT = VDD / 2 Los diodos de protección D1 y D2 impiden que Vi se eleve por encima de VDD + Vd o por debajo de para (– Vd). Con lo cual protegen a los MOSFET contra descargas electrostáticas. La función transferencia será entonces:
En la siguiente figura vemos un circuito típico de un oscilador astable con compuertas CMOS inversoras.
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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. Recordemos que el circuito tiene alta impedancia y que en este momento no hay corriente por R1, entonces V1 = V 3. Al llegar V3 al valor VT el inversor I1 conmuta a estado bajo. Consecuentemente el inversor I2 conmuta a estado alto. Como la tensión en el capacitor no puede cambiar instantáneamente el salto de tensión en Vo 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 0V. Observemos que R1 (llamada resistencia de desacoplamiento), esta para que los tiempos de carga y descarga no se vean alterado por los diodos de protección D1 y D2 que enclavan los valores de tensión de V1 en VDD + Vd y (– Vd) respectivamente como podemos observar en la grafica. Para que los tiempos no se vean alterados debe ser R1 >> R, en la práctica es suficiente tomar R1 aproximadamente 10 R. 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 a 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. Si consideramos
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luego resulta:
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Una observación importante a destacar es que el cálculo de estos tiempos es muy dependiente del VT de los transistores de los inversores que conforman el oscilador, además por su puesto de la tolerancia del capacitor y la resistencia de la constante de tiempo. Para el cálculo asumimos que: pero en la práctica este puede variar entre un 33 % al 67 % de VDD por lo que finalmente deberá hacerse un ajuste a través de un preset en serie con la R de la constante de tiempo para obtener la frecuencia o el tiempo deseados. Esto vale por su puesto para todos los circuitos integrados que veremos luego que tienen como base este tipo de osciladores con compuertas CMOS.
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