configuracion de multivibradores
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CONFIGURACION DE MULTIVIBRADORES
11°A
BRAULIO GONAZALEZ
YOPAL - CASANARE
2 0 1 5
CONFIGURACION DE MULTIVIBRADORES
Christian Leonardo Peña Jaspe
11°A
Modalidad Electrónica
BRAULIO GONAZALEZ
YOPAL - CASANARE
2 0 1 5
CIRCUITO INTEGRADO 555
Todos saben que el 555 es un circuito integrado bastante utilizado y conocido por todos ya que
tiene cientos de aplicaciones. El temporizador 555 es un dispositivo versátil y muy utilizado,
porque puede ser configurado de dos modos distintos, bien como multivibrador monoestable o
como multivibrador astable (ósea como oscilador). Un multivibrador astable no tiene estado
estable y varia, por tanto una y otra vez entre dos estados inestables, sin utilizar un circuito de
disparo externo.
En la siguiente figura se muestra la configuración del integrado.
Funcionamiento como monoestable
Para configurar un 555 como monoestable no redisparable, se utilizan una resistencia y un
condensador externo, tal como se muestra en el siguiente diagrama, el periodo de salida se
determina mediante la constante de tiempo (Ct), que se calcula a partir de R1 y C1, como lo
describe la siguiente ecuación:
Ct = 1.1*R1*C1
Se utiliza un condensador de desacoplo C2, para evitar la aparición de ruido que pudiera
afectar los niveles umbral y de disparo, como podemos encontrar en el datasheet del circuito se
utiliza un capacitor de 0.01µF, se debe mencionar que se activa con flancos de bajada.
Como se aprecia en el circuito anterior se utiliza un capacitor de 10µF y una resistencia de
1MΩ. Sustituyendo en nuestra ecuación tenemos que: Ct = (1.1) (1MΩ) (10µF) = 11seg. Que
es el tiempo que tardara encendido nuestra carga conectada en la salida antes de cambiar de
estado.
El multivibrador monoestable entrega a su salida un solo pulso de un ancho
establecido por el diseñador (tiempo de duración).El esquema de conexión y las
formas de onda de la entrada y salida se muestran en los siguientes gráficos. Ver
que el tiempo en nivel alto de la salida de multivibrador monoestable depende del resistor R1 y el capacitorC1.
La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel alto) es:
T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)
Conexión y onda de salida del multivibrador monoestable con temporizador 555
Observar que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el PIN # 2 del circuito integrado para iniciar la señal de salida.
-FUNCIONAMIENTO DEL 555:
La tensión de funcionamiento del 555 va de 5V a 20V. Interiormente, en la
patilla 8 va conectado un divisor de tensión mediante 3 resistencias.
La patilla 6 es una de las importantes, sale del comparador superior y cuando
la tensión de referencia, en la patilla 6, sea mayor a dos tercios de Vcc,
entonces este comienza a funcionar llegando al flip flop y sacando un uno,
donde llega a un transistor que en este momento actúa como un interruptor
cerrado y también llega a la salida invirtiendo esta señal que entra y
transformándola en 0.
La patilla 5 es la entrada negativa del comparador superior.
La patilla 2 es la entrada negativa del comparador inferior, cuando este tiene
una tensión de referencia inferior a un tercio de Vcc, entonces el comparador
inferior empieza a funcionar, dando un impulso al flip flop saliendo de el un 0,
entonces llega al transistor que al no llegar tensión a la
Base de este, funciona como interruptor cerrado, y llegando a la salida que
invirtiéndolo saca un 1 ósea vcc.
La patilla 1 va directamente a masa.
La patilla 7 es la de descarga del condensador.
La patilla 3 es la salida.
La patilla 4 es el reset.
La patilla 8 es +VCC.
*ESQUEMA INTERNO DEL 555:
*FUNCIONAMIENTO:
El multivibrador moestable tiene dos estados en uno su salida nos da 0V pero
cuando pulsamos P1 la salida sacara +VCC durante el tiempo que hallamos
calculado una vez transcurrido ese periodo el circuito volverá a tener en la
salida 0V.
Cuando le aplicamos una VCC el circuito permanece a nivel alto sacando a la
salida que invierte un 0 es decir que la salida la tenemos a nivel bajo y C1
permanece descargado. Cuando le aplicamos un impulso con P1 la tensión en
V2 baja de 1/3de VCC activando el comparador inferior a la salida del flip flop
tendremos un 0 y la salida lo invertirá sacando un uno pero no indefinidamente
por que desde el momento en que hemos aplicado el impulso C1 comienza a
cargarse por R1 y al llegar a 2/3 de VCC el comparador superior se activa
dando al flip flop un 1 entonces la salida vuelve a su estado inicial sacan do un
0 y el condensador se descarga por TR14 que actúa como un interruptor que
cuando el flip flop da 1 permanece saturado y conduce impidiendo la carga de
C1 y cuando el flip flop da 0 permanece en circuito abierto permitiendo que C1
se cargue hasta 2/3 de VCC que será cuando la base de TR14 se sature de
nuevo y C1 se descargara por medio de el directamente a masa.
*ESQUEMA:
*PROCEDIMIENTO:
Primeramente vamos a hacer los cálculos del circuito para un tiempo de 45s
después procederemos a su diseño y montaje en una placa lo mas reducida
posible.
Cuando este montado y funcionando realizaremos las medidas en los puntos
cave del circuito con el osciloscopio.
*CALCULOS REALIZADOS:
Datos del fabricante: Cálculos:
R1=10K mas o menos. T= 45S
C2=10K C2=100 F
T=1,1xR2x C1 45S=1,1xR2x100 F;
R2=45S/1,1x100 F=409K=390K
*MATERIAL UTILIZADO:
1. Resistencias: -R1=10K
-R2=390K
2. Condensadores: -C1=100 F
-C2=10K
3. Pulsador: -P1
4. Integrado: -IC1=NE555
*OPINION PERSONAL:
En esta practica hemos trabajado con un integrado lo que nos muy útil para
aprender a diseñar bien. También hemos medido von el osciloscopio lo cual es
muy importante dominar.
*MEDIDAS EN C1:
T (s) V
0 0
5 1.48
10 2.58
15 3,69
20 4.59
25 5.39
30 6.07
35 6.72
40 7,21
45 7,75
48 7,95
EJEMPLO:
La duración del estado alto
de la señal de salida estará determinada por la resistencia R1 y el capacitor C1
a través de la siguiente formula:
Podemos calcular fácilmente R1 y C1 para obtener un pulso de tiempo
deseado con la aplicación “NE555 monoestable” que puedes descargar aquí.
IMPLEMENTACIÓN EN EL PROTOBOARD.
En la siguiente figura podemos ver la implementación en el protoboard del CI
555 configurado como monoestable.
Usaremos una resistencia R1 de 38 kilo Ohms, un capacitor electrolítico C1 de
100 microfaradios (16 Volts) y para introducir la señal de disparo o trigger un
pulsador S1. El capacitor C2 de 10 picofaradios (0.01 microfaradios) se
implementa cuando la patilla 5 (control de voltaje) del CI 555 no se utiliza.
Pasamos a determinar la duración del estado alto de la señal de salida
Por lo que nuestro LED estará
encendido aproximadamente 4 segundos por cada pulso en el push button.
Funcionamiento como astable
En la siguiente imagen se ve un 555 conectado como multivibrador astable. Observe que, en
este caso, la entrada (Pin # 2) está conectada a la entrada de disparo (Pin # 6). Los
componentes externos R1, R2, y C1 conforman la red de temporización que determina la
frecuencia de oscilación. El condensador C2 de 0.01uF conectado a la entrada de control (Pin
# 5) sirve únicamente para desacoplar y no afecta en absoluto al funcionamiento del resto del
circuito, si se desea se puede omitir.
La frecuencia de oscilación viene dada por la siguiente fórmula:
F= 1.44/ [(R1 + 2*R2)*C1]
El ciclo de trabajo depende de los valores de R1 y R2 y puede ser ajustado seleccionando
diferentes resistencias, dado que C1 se carga a través de R1 + R2 y se descarga únicamente a
través de R2, se puede conseguir ciclos de trabajo de un mínimo del 50% aproximadamente, si
R2>>R1, de forma que los tiempos de carga y descarga sean aproximadamente iguales.
El funcionamiento:
Al aplicar la tensión de alimentación (Vcc), los dos transistores iniciaran la conducción, ya
que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias R-2 y R-3, pero
como los transistores no serán exactamente idénticos, por el propio proceso de fabricación
y el grado de impurezas del material semiconductor, uno conducirá antes o más rápido que
el otro.
Supongamos que es TR-1 el que conduce primero. En estas condiciones el voltaje en su
colector estará próximo a 0 voltios, por lo que el C-1 comenzará a cargarse a través de R-
2. Cuando el voltaje en C-1 alcance los 0,6 V, TR-2 comenzará a conducir, pasando la
salida a nivel bajo (tensión próxima a 0V). C-1, que se había cargado vía R-2 y unión base-
emisor de TR-2, se descargará ahora provocando el bloqueo de TR-1.
C-2 comienza a cargarse vía R-3 y al alcanzar la tensión de 0,6 V provocará nuevamente
la conducción de TR-1, la descarga de C-1, el bloqueo de TR-2 y el pase a nivel alto
(tensión próxima a Vcc (+) de la salida Y).
A partir de aquí la secuencia se repite indefinidamente, dependiendo los tiempos de
conducción y bloqueo de cada transistor de las relaciones R-2/C-1 y R-3/C-2. Estos
tiempos no son necesariamente iguales, por lo que pueden obtenerse distintos ciclos de
trabajo actuando sobre los valores de dichos componentes.
En modo astable, el capacitor externo se carga a través de RA y RB y se
descarga solamente a través de RB por lo que el ciclo de trabajo se establece a
través de la relación de estas dos resistencias.
Así, su salida es un pulso repetitivo rectangular que oscilan entre 2 niveles
lógicos; el tiempo que el oscilador dura en cada estado lógico depende de
los valores de R y C. (O sea, que podemos variar los valores tanto de las
resistencias como del capacitor para obtener el pulso con la frecuencia
deseada).
t1 = ln2 RB C
t2 = ln2 (RA + RB) C
T = t1 + t2
Frecuencia = 1 / T
Ciclo de trabajo = t2 / T
RA = 1 KΩ, RA + RB = 6.6 MΩ, C = 500 pF
Los intervalos t1 y t2 no pueden ser iguales a menos que RA sea igual a cero.
Esto no puede hacerse pues circularía una corriente excesiva a través del
dispositivo. Esto nos indica que es imposible producir como salida una onda
cuadrada perfecta con 50% de ciclo de trabajo. Sin embargo, es posible
obtener un ciclo de trabajo muy cercano al 50% al hacer RB >> RA (manteniendo
RA mayor a 1 KΩ) de forma que t1 ≈ t2.
Dado a que el valor de RB es muy grande, y el valor de RA es muy pequeño,
podemos decir que el valor de éste último es "despreciable" por llamarlo así, lo
que nos ayudará a hacer que el valor de t1 tienda a ser "semejante" al valor de
t2.
La frecuencia, depende los valores de RA, RB y CT y se evalúa mediante la
siguiente fórmula:
Para que se cumpla esta expresión, el valor de RB debe ser menor de RA/2,
sino el circuito no puede oscilar, porque el voltaje en el pin 2 (TRIGGER) del
555 nunca alcanzaría el nivel de disparo (1/3 de Vcc).
En este circuito, el ciclo de trabajo depende de los valores de RA y RB y se
calcula así:
En este circuito, no es posible alcanzar una onda simétrica pura. Lo que se
puede hacer para alcanzar una onda cuyo ciclo de trabajo sea lo más cercano
al 50%, RA debe ser una resistencia mucho mayor al de RB.
Si se desea obtener ciclos de trabajo del 50%, se deben conectar dos diodos,
tal como se muestra en la siguiente figura:
El condensador Ct, se carga ahora solamente a través de RA porque el diodo
D1 cortocircuita a la resistencia RB durante el tiempo de carga del
condensador. La descarga de Ct se realiza a través de RB únicamente. En
estas condiciones, el ciclo de trabajo del circuito está dado por:
Así en este circuito, para obtener un ciclo de trabajo de 50%, RA debe ser igual
a RB.
Ahora, para producir las distintas frecuencias, se deben escoger los
condensadores apropiados:
Para 1 Hz escogemos un condensador de 100
F.
Para 10 Hz escogemos un condensador de 10
F.
Para 100 Hz escogemos un condensador de 1
F.
Para 1 KHz escogemos un condensador de 0.1
F.
Luego, los valores de las resistencias serán:
Estos son los resultados obtenidos en el laboratorio:
TEORICO PRACTICO
FRECUENCIA FRECUENCIA CICLO DE TRABAJO
1 Hz 0.9Hz "50%
10Hz 10.1Hz "50%
100Hz 98Hz "50%
1 KHz 1.09KHz "50%
El ciclo de trabajo, en todo momento, se mantuvo estable y muy aproximado al
50%, esto debido, a que las resistencias no eran exactamente iguales.
Otra configuración alternativa para obtener un circuito de ciclo de trabajo del
50%, propuesto por National Semiconductors es:
El circuito completo capaz de seleccionar entre las cuatro frecuencias distintas
es el siguiente:
La parte del multivibrador, ya ha sido estudiada, entonces nos queda la parte
que selecciona los distintos condensadores. Para esto se utilizó un selector
digital: el 4051B, el cual es un Mux/Demux que puede manejar señales
analógicas y cuyo funcionamiento está ampliamente explicado en su datasheet
incorporado al final de este informe.
Para seleccionar los datos, mediante este 4051, se utilizó un contador binario
de cuatro bits, el 74LS161 el cual se limitó a dos bits, mediante un inversor de
la salida Q2 al reset del integrado. Para la entrada de este integrado, se
acondicionó un pulsador libre de rebote, con dos compuertas NOR, y un
inversor. Entonces, siendo necesario sólo cuatro compuertas: dos NOR y dos
inversores, se utilizó un solo integrado el 4001 que consiste en cuatro
compuertas NOR.
Para mostrar qué frecuencia se estaba seleccionando, sin necesidad de
medirla, se utilizó cuatro monitores lógicos, consistentes en cuatro LEDS,
interfasados mediante un Demux el 74LS138, conectado al contador. Así,
cuando se seleccionaba una frecuencia distinta, se prendía un led distinto.
El término “astable” se refiere a que ambos estados lógicos (alto y bajo)
oscilan durante un tiempo t.
La señal de salida
tendrá un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2, los
cuales variaran de acuerdo a los valores de R1, R2 y C1. El capacitor C2 de
0.01 uF (10 picofaradios) se implementa cuando la patilla 5 de control de
voltaje del CI 555 no se utiliza.
Para el análisis del circuito usaremos las siguientes formulas:
Duración de los niveles lógicos:
Frecuencia:
Periodo:
IMPLEMENTACIÓN EN EL PROTOBOARD.
Para esta práctica utilizaremos las resistencias de 6.68 y 8.21 kilo Ohms
(valores reales) para R1 y R2 respectivamente, un capacitor electrolítico C1 de
100 microfaradios (16 Volts), un capacitor C2 de 10 picofaradios (o.o1
microfaradios) y un resistor R3 de 220 Ohms, que nos limitará la corriente para
que el Led trabaje adecuadamente.
A continuación calcularemos:
La duración de los niveles lógicos de la señal de salida.
La frecuencia.
Y el periodo. Por lo que nuestro Led, aproximadamente
estará encendido un segundo y apagado medio segundo durante un número de
ciclos determinado por el diseñador del circuito.
Nota: En esta práctica hemos utilizado una fuente de alimentación de 5 Volts.