El documento trata sobre los multivibradores, circuitos electrónicos analógicos que generan señales cuadradas. Existen varios tipos de multivibradores clasificados según el número de estados estables, como los astables (sin estados estables), biestables (dos estados estables) y monoestables (un estado estable). Los multivibradores astables generan ondas cuadradas sin necesidad de señal de entrada, mientras que los biestables y monoestables requieren una señal de entrada para cambiar de estado. Los multivibradores

1. MULTIVIBRADORES
El multivibrador es un circuito de electrónica analógica con dos estados que genera
una señal cuadrada.
CARACTERÍSTICAS
La principal característica de este dispositivo es su lazo de retroalimentación, lo que le
convierte en un circuito regenerativo. Este lazo de retroalimentación posee una
ganancia de voltaje muy alta cuando todos los dispositivos que lo componen se
encuentran en regiones activas, llegando a alcanzar valores de hasta varios miles.
Por otra parte, esa misma ganancia puede descender hasta valores cercanos a cero
cuando alguno de los dispositivos del lazo no está en su región activa. Esta situación
tiene lugar al encontrarse el multivibrador en su estado estable o casi estable.
Un hecho importante es la independencia de la salida respecto a la entrada, es decir, la
tensión de salida no es directamente dependiente de la entrada, por ser el
multivibrador un circuito de señal grande.
Los elementos más representativos de este tipo de circuitos son dos transistores
conectados entre sí, los cuales forman el anteriormente mencionado lazo de
retroalimentación.
Otros componentes del multivibrador son resistencias y condensadores, encargados
de controlar el periodo de corte de los transistores durante la recepción de la señal de
entrada
APLICACIONES
El multivibrador, al ser un dispositivo de conmutación, se utiliza principalmente como
temporizador en circuitos digitales y analógicos. Otra importante aplicación de este
tipo de dispositivos es la de generación de formas de onda.
Determinados multivibradores son empleados frecuentemente como sistemas de
cómputo.
Los multivibradores monoestables, debido a la salida que generan, suelen utilizarse
para establecer retrasos entre dos eventos de longitud determinada.
TIPOS DE MULTIVIBRADORES
Existen varios tipos de multivibradores. Su clasificación se establece en función del
número de estados estables asociados a cada uno de ellos. Debido a esta
característica, los multivibradores se dividen en astables, biestables y monoestables.
Por otra parte, estos tipos de dispositivos pueden agruparse en multivibradores de
funcionamiento continuo u oscilación libre y de funcionamiento impulsado,
dependiendo de la necesidad o no de señal de entrada para generar la señal cuadrada
de salida.
MULTIVIBRADORES DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO U OSCILACIÓN LIBRE
Este tipo de multivibradores se caracteriza por generar ondas a partir de la fuente de
alimentación, sin necesitar de ningún otro tipo de entrada para tal fin. El dispositivo de
oscilación libre también es conocido como astable.
Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 Año
Materia: Digitales

2. ASTABLE
El multivibrador astable, 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).
EJEMPLO DE ASTABLE
Se puede construir un circuito astable con dos inversores conectados con
realimentación RC.
Ejemplo de astable con dos inversores.
Al comienzo se supone la salida del inversor #1 con valor lógico 0, la del inversor #2
con valor 1, y el condensador descargado, dando lugar a un estado casi estable. A
continuación, el condensador se carga hasta que vx = VDD, cumpliéndose que
vx(t) = VDD(1-e-t/(RC))
MULTIVIBRADORES DE FUNCIONAMIENTO IMPULSADO
Estos multivibradores, a diferencia de los de oscilación libre, requieren de una señal de
entrada para abandonar el estado estable. Atendiendo a su número de estados
estables asociados, pueden dividirse en biestables y monoestables.
BIESTABLE
El biestable se caracteriza por tener dos estados estables. Su salida cambia de un
estado estable a otro ante la aplicación de una señal de entrada, esto es, una primera
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3. señal de entrada marcará el cambio de estado, y volverá al original cuando reciba una
segunda señal.
Un tipo de biestable muy utilizado en electrónica es el flip-flop.
Las señales de entrada y salida que caben esperarse del biestable son las siguientes:
Tal como muestran ambas gráficas, el primer pulso de entrada provoca que la salida
conmute del estado estable actual al otro, manteniéndose esta situación hasta la
aparición de un segundo pulso de entrada que provoca un retorno al estado original.
EJEMPLO DE BIESTABLE
Un sencillo ejemplo de biestable lo constituye el Flip-Flop RS, el cual genera una salida
y su complementaria gracias a una realimentación mediante puertas NAND. La
actividad comienza durante la excitación, en la que R = S =0, y Qn+1 = Qn, situación en
la que el estado actual y el siguiente son iguales. Los valores de R y S determinarán
entonces el valor de Qn+1: si R = 0 y S = 1, Qn+1 = 0; y si R = 1 y S = 0, Qn+1 = 1. En este
caso, no puede darse la combinación R = S = 1, ya que la salida correspondiente sería
indeterminada.
MONOESTABLE
El multivibrador monoestable es un dispositivo que posee un estado estable y otro casi
estable. Normalmente se encuentra en un estado estable, y es el pulso de entrada el
encargado de conmutar su estado a casi estable. Así, el monoestable permanece en
dicho estado durante un periodo T, cuya duración está determinada por la
configuración del dispositivo, para después retornar de forma espontánea a su estado
estable. En definitiva, el multivibrador monoestable produce un pulso de salida de
duración determinada ante un pulso de entrada arbitrario.
Las señales de entrada y salida que caben esperarse del multivibrador monoestable
son las siguientes:
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4. Según la gráfica, dos pulsos de entrada provocan un cambio en el dispositivo del
estado estable al casi estable, volviendo a alcanzarse el estado estable tras un periodo
T.
En este caso no se incluirá un ejemplo, por ser el modelo de análisis un multivibrador
monoestable.
ANÁLISIS DE UN MULTIVIBRADOR MONOESTABLE CON ACOPLAMIENTO COLECTOR
BASE
El multivibrador monoestable es un circuito de conmutación cuya principal
característica es una realimentación positiva de colector y base entre sus dos
transistores. Dispone de un estado estable y un estado casi estable. Este último estado
depende del condensador y la resistencia R. Además de estos dos estados, también
existe un tercer estado. Éste tiene lugar en la situación en la que el circuito debería
estar en un estado estable, sin que el condensador se encuentre en el estado inicial
(cargado), con valor Vcc – Vbe. Este estado no se va a analizar, aunque sí se calculará
su duración.
Multivibrador astable a transistores: explicación
El astable con dos transistores NPN es de los primeros circuitos que se estudian
cuando se habla de transistores en conmutación. Como su esquema es tan simple, es
de esas cosas pequeñas que te crees que las entiendes, hasta que te das cuenta de que
tú también habrías colocado los condensadores del revés. Voy a explicar despacio
cómo funciona, y veréis que aunque parece sencillo su funcionamiento es interesante.
Estado 1: Q1 conduce, Q2 en corte
Un astable tiene dos estados, y ambos son inestables,
de forma que el circuito alterna continuamente uno
con otro. Empecemos por el estado 1. Al contrario de
otras explicaciones que veréis, yo no voy a partir de
cuando se aplica tensión. Mejor os cuento cómo está
el circuito justo al empezar el estado 1, como si
acabara de conmutar desde el estado 2. De momento tendréis que creerme estas
condiciones iniciales, pero al final del artículo entenderéis por qué.
Al comienzo del estado 1:
Q1 está en conducción.
Q2 está en corte.
C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7.
C2 está cargado negativamente (el terminal + está a menos tensión que el -)
con un potencial de -0.7V.
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5. Como Q2 está en corte vamos a considerar que no pasa corriente por sus terminales.
Así imaginariamente sacamos Q2 del circuito. Como Q1 está en conducción, su unión
Base-Emisor es como un diodo polarizado en directo (sustituimos esta unión por un
diodo); y al estar saturado suponemos que la pérdida de tensión Emisor-Colector es
mínima (sustituiremos esta por un conductor).
Recoloquemos los componentes para verlo más claro.
C2 va a cargarse a través de R4 y la base de Q1. Así pues C2,
que empezó con -0.7V va a cargarse hasta Vcc-0.7V (no llega
a Vcc porque 0.7V es la caída de tensión B-E de Q1). Y
además esta carga será muy rápida porque R1 y R4 serán de
un valor muy bajo comparadas con R2 y R3.
Mientras tanto C1, que partía con Vcc-0.7 voltios positivos,
ahora está conectado del revés. Así que empieza a
descargarse (o a cargarse negativamente, da igual) a través
de R2. Esta carga será más lenta. Desde los Vcc-0.7 hasta... en teoría hasta -V (pongo el
menos para indicar que está invertido), pero no va a llegar ahí. Porque cuando C1
alcanza los -0.7V, su terminal + está a masa y el - tiene ya 0.7V, y este último está
conectado a la base de Q2. ¿Qué pasa cuando cuando a un NPN le aplicamos a su base
0.7 voltios más que a su emisor?
La tensión BE de Q2 es 0.7 más o menos, mientras la tensión en la base esté por
debajo de ese valor no va a conducir. En el momento en que se alcanza esa tensión ya
sí conduce. La base de Q2 queda polarizada a través de R2.
Recordemos que a estas alturas C2 se había cargado completamente hasta Vcc-0.7.
Pues cuando Q2 pasa a conducción conecta a masa el terminal + de C2, mientras el -
sigue aplicado a la base de Q1. Es como si se aplicara el condensador, invertido, a Q1.
La base de Q1 recibe de golpe -(Vcc-0.7) que lo lleva inmediatamente al corte.
Pudiendo incluso provocar una ruptura de la unión por avalancha. En estas condiciones
entramos al estado 2.
Estado 2: Q1 en corte, Q2 conduce
Tal como hicimos para el estado 1, vamos a describir las condiciones iniciales del
estado 2. Que son las del párrafo anterior.
Al comienzo del estado 2:
Q1 está en corte.
Q2 está en conducción.
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6. C1 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V.
C2 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7.
Haciendo lo mismo que antes, vamos a eliminar Q1 del circuito y vamos a sustituir Q2
por un diodo y un puente:
Vemos que C1 va a ir desde -0.7V hasta los Vcc-0.7V,
rápidamente pues R1 es pequeña.
C2 va a (des)cargarse lentamente a través de R3 desde los
Vcc-0.7V hasta los -Vcc, ¡MENTIRA! sólo va a llegar hasta -
0.7V. Porque cuando llegue ahí Q1 va a conducir, va a llevar a
masa el + de C1 y va a aplicar a la base de Q2 toda la carga de
C1 invertida, llevándolo al corte. Y provocando el estado 1 de
nuevo.
Vemos que cuando eso pase tendremos:
Q1 está en conducción.
Q2 está en corte.
C1 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7V.
C2 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V.
Que son justamente las condiciones iniciales que dimos para el estado 1. Así el ciclo se
repite indefinidamente.
Calcular los componentes
Para empezar, nos interesa que los
condensadores se cargen por R1 y
R4 más rápidamente de lo que se
descargan por R2 o R3. Porque
cuando ocurra la transición
queremos que el otro ya esté
cargado. Así que R1 < R2 y R4 < R3.
Por simplicidad haremos R1 = R4. Pero no nos interesa que la corriente que fluye
Emisor-Colector durante la carga queme los transistores. Dependidiendo de la tensión
de alimentación, un valor entre 100ohm y 1k estaría bien. Recordad cumplir las
condiciones anteriores.
El tiempo que tarda en conmutar del estado 1 al estado 2 viene dado por lo que le
lleva a C1 descargase desde los Vcc-0.7V hasta los -0.7V. Lo hace a través de R2, y
usando la ecuación de carga de un condensador tenemos:
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7. Donde:
Tensión inicial: V0 = Vcc-0.7
Tensión en bornes: E = - Vcc
Tensión final: V = -0.7
Este último valor es el que suele darse habitualmente. La aproximación tiene un
margen de error que es menor cuanto mayor sea la tensión de alimentación. Con 5V el
error es de un 10%, como es del mismo orden que la tolerancia de los componentes se
admite tal aproximación.
Límites
Transistores: Cuando el transistor que estaba en corte pasa a conducir, aplica a
la base del otro una tensión negativa de -(Vcc-0.7V). La tensión inversa de
ruptura de la unión BE viene a ser -5 voltios. Si alimentamos este circuito con
más de 5V fácilmente la superaríamos. Para evitar esto a veces se colocan dos
diodos en la base de Q1 y Q2 que permitan la carga pero impidan que circule
corriente en sentido inverso.
Condensadores: Para un cerámico o uno de poliester no hay problema, pero en
un electrolítico invertir los terminales para cargarlo del revés puede destruirlo.
Si bien es cierto que aquí sólo se llegan a cargar invertidos hasta los 0.7V.
Tiempo: El tiempo viene determinado por la capacidad de C1 y C2 así como por
R2 y R3. Mientras más altos sean estos valores más durará cada estado. Pero si
usamos unos condensadores demasiado grandes, puede que tengan
demasiadas pérdidas y el circuito no empiece a oscilar. Igualmente para las
resistencias, si aumentamos demasiado el valor de R2 por ejemplo, puede que
no pase corriente bastante para polarizar la base de Q2 una vez se alcance la
tensión de disparo. Si no puede llevarlo a conducción, no se alcanzará nunca el
estado 2. Si se necesitan retardos mayores se puede optar por transistores
darlington, aunque dado el coste de los condensadores de la capacidad
necesaria es mejor optar por otros temporizadores como el NE555 o el CD4060.
Frecuencia: Así como hay un límite superior del periodo, también hay un límite
inferior. Puede pasar que queramos un periodo tan bajo que usemos
condensadores y resistencias muy pequeños. Entonces al conectar el circuito se
cargarán ambos casi al instante, para dos los transistores. Así el circuito queda
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8. en un estado estable y no oscila. Por no hablar de que a esas frecuencias si
oscilara sería muy inestable, variando la frecuencia sólo con acercar o alejar la
mano. Si queremos frecuencias de MHz tendremos que usar otros osciladores,
a ser posible sintonizados por un cristal de cuarzo.
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
HORAS AUTONOMAS
DE
DIGITALES
TEMA:
Que son los Astable
NOMBRE:
Jenniffer Herrera Fernández
Nombre: Jenniffer Herrera Curso: 4 Año
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9. CURSO:
CUARTO DE COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA
ING.
SALOMON SALAZAR
MILAGRO-ECUADOR
2012-2013
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