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Multivibrador Astable y Circuito Oscilador Astable

Generadores de forma de onda

Circuitos de conmutación regenerativos tales como Multivibradores Astable son el tipo de oscilador de relajación más utilizado, ya que no solo son simples, confiables y de fácil construcción, sino que también producen una forma de onda de salida de onda cuadrada constante.

A diferencia del Multivibrador monoestable o el Multivibrador biestable que vimos en los tutoriales anteriores que requieren un pulso de disparo "externo" para su operación, el Multivibrador Astable tiene un disparador automático integrado que lo cambia continuamente entre sus dos estados inestables, ambos configurados y restablecidos.

los Multivibrador Astable es otro tipo de circuito de conmutación de transistor acoplado cruzado que tiene NO Estados de salida estables a medida que cambia de un estadoAl otro todo el tiempo. El circuito astable consta de dos transistores de conmutación, una red de retroalimentación acoplada y dos condensadores de retardo de tiempo que permiten la oscilación entre los dos estados sin activación externa para producir el cambio de estado.

En los circuitos electrónicos, los multivibradores astable también se conocen como Multivibrador de funcionamiento libre ya que no requieren ninguna entrada adicional oAsistencia externa para oscilar. Los osciladores astables producen una onda cuadrada continua desde su salida o salidas (dos salidas sin entradas) que luego se pueden usar para encender luces o producir un sonido en un altavoz.

El circuito básico de transistores para una Multivibrador Astable produce una salida de onda cuadrada de un par deTransistores acoplados a tierra de emisor a tierra. Ambos transistores, ya sea NPN o PNP, en el multivibrador están polarizados para operación lineal y se operan como amplificadores de emisor común con 100% de retroalimentación positiva.

Esta configuración satisface la condición de oscilación cuando: (βA = 1∠ 0o ). Esto da como resultado que una etapa realice la "activación completa" (Saturación) mientras que la otra está "desactivada completamente" (corte), lo que da un nivel muy alto de amplificación mutua entre los dos transistores. La conducción se transfiere de una etapa a otra por la acción de descarga de un condensador a través de una resistencia como se muestra a continuación.

Circuito Multivibrador Astable Básico

circuito multivibrador astable

Supongamos que el transistor, TR1 acaba de apagarse (apagado) (apagado) y su voltaje de colector está aumentando hacia Vcc, mientras tanto el transistor TR2 acaba de ponerse en "ON". La placa “A” del condensador C1 también se está elevando hacia el riel de suministro de +6 voltios de Vcc cuando está conectado al colector de TR1 que ahora es de corte. Desde TR1 está en corte, no conduce corriente, por lo que no hay caída de voltios en la resistencia de carga R1.

El otro lado del condensador, C1, placa "B", está conectado al terminal base del transistor TR2 y en 0.6v porque transistor TR2 Está conduciendo (saturación). Por lo tanto, el condensador C1 tiene una diferencia de potencial de +5.4 voltios a través de sus placas, (6.0 - 0.6v) desde el punto A hasta el punto B.

Desde TR2 está completamente encendido, capacitor C2 comienza a cargarse a través de la resistencia R2 hacia vcc. Cuando el voltaje a través del condensador C2 sube a más de 0.6v, predispone al transistor TR1 en conducción y en saturación.

El instante que transistor, TR1 Interruptores "ON", placa "A" del condensador queoriginalmente estaba en el potencial Vcc, cae inmediatamente a 0,6 voltios. Esta rápida caída de voltaje en la placa "A" causa una caída igual e instantánea del voltaje en la placa "B", por lo que la placa "B" de C1 se reduce a -5.4v (una carga inversa) y se aplica este cambio de voltaje negativo al base de TR2 girándolo con fuerza "OFF". Un estado inestable.

Transistor TR2 se introduce en el corte, por lo que el condensador C1 comienza a cargarse en la dirección opuesta a través de la resistencia R3, que también está conectada al riel de suministro de +6 voltios, Vcc. Así la base del transistor TR.2 ahora se está moviendo hacia arriba en una dirección positiva hacia Vcc con una constante de tiempo igual a la combinación C1 x R3.

Sin embargo, nunca alcanza el valor de Vcc porque tan pronto como llega a 0,6 voltios positivos, el transistor TR2 se pone completamente "ON" en saturación. Esta acción inicia todo el proceso nuevamente, pero ahora con el condensador C2 tomando la base del transistor TR1 a -5.4v mientras se carga a través de la resistencia R2 e ingresa al segundo estado inestable.

Entonces podemos ver que el circuito alterna entre un estado inestable en el cual el transistor TR1 está “OFF” y el transistor TR2 está “ON”, y un segundo inestable en el que TR1 está "ON" y TR2 está en "OFF" a una velocidad determinada por los valores RC. Este proceso se repetirá una y otra vez mientras haya tensión de alimentación.

La amplitud de la forma de onda de salida esaproximadamente lo mismo que la tensión de alimentación, Vcc con el período de tiempo de cada estado de conmutación determinado por la constante de tiempo de las redes RC conectadas a través de los terminales de base de los transistores. Como los transistores están activando y desactivando, la salida en cualquiera de los colectores será una onda cuadrada con esquinas ligeramente redondeadas debido a la corriente que carga los capacitores. Esto podría corregirse utilizando más componentes como veremos más adelante.

Si las dos constantes de tiempo producidas por C2 x R2 yC1 x R3 en los circuitos de base son iguales, la relación de marca a espacio (t1 / t2) será igual a uno a uno, lo que hace que la forma de onda de salida sea simétrica en forma. Al variar los condensadores, C1, C2 o las resistencias, R2, R3, la relación de marca a espacio y, por lo tanto, la frecuencia puede modificarse.

Vimos en el tutorial de descarga RC que elel tiempo necesario para que la tensión a través de un capacitor caiga a la mitad de la tensión de alimentación, 0.5 Vcc es igual a 0.69 constantes de tiempo de la combinación de capacitor y resistencia. Luego tomando un lado del multivibrador astable, la cantidad de tiempo que el transistor TR2 es "OFF" será igual a 0.69T o 0.69 veces la constante de tiempo de C1 x R3. Asimismo, la duración del transistor TR1 "APAGADO" será igual a 0.69T o 0.69 veces la constante de tiempo de C2 x R2 y esto se define como.

Multivibradores Astable Periodic Time

tiempo periódico multivibrador astable

Donde, R está en's y C en Farads.

Al alterar la constante de tiempo de un solo RCEn la red, la relación de marca a espacio y la frecuencia de la forma de onda de salida se pueden cambiar, pero normalmente cambiando las dos constantes de tiempo RC al mismo tiempo, la frecuencia de salida se modificará manteniendo las relaciones de marca a espacio iguales en uno. a uno.

Si el valor del condensador C1 es igual al valordel condensador, C2, C1 = C2 y también el valor de la resistencia de base R2 es igual al valor de la resistencia de base, R3, R2 = R3 y luego la longitud total de tiempo del Multivibradores El ciclo se da a continuación para una forma de onda de salida simétrica.

Frecuencia de Oscilación

ecuación multivibrador astable

Donde, R está en, C está en Farads, T está en segundos y ƒ está en Hertz.

y esto se conoce como la "Frecuencia de Repetición de Pulso". Asi que Multivibradores Astable puede producir DOS salidas de onda cuadrada muy cortaLas formas de onda de cada transistor o una salida rectangular mucho más larga, ya sea simétrica o no simétrica, dependen de la constante de tiempo de la red RC como se muestra a continuación.

Astable Multivibrator Waveforms

forma de onda astable

Ejemplo de Multivibrador Astable No1

Un Multivibradores Astable Se requiere que el circuito produzca una serie de pulsos a una frecuencia de 500Hz con una relación de marca a espacio de 1: 5. Si R2 = R3 = 100kΩ, calcule los valores de los condensadores, se requieren C1 y C2.

Ejemplo de multivibrador astable

y al reorganizar la fórmula anterior para el tiempo periódico, los valores de los condensadores requeridos para dar una relación de marca a espacio de 1: 5 se dan como:

fórmula multivibrador astable

Los valores de 4.83nF y 24.1nF respectivamente, son valores calculados, por lo que tendríamos que elegir los valores preferidos más cercanos para C1 y C2 que permitan la tolerancia de los condensadores. De hecho, debido a la amplia gama de tolerancias asociadas con el humilde condensador, la frecuencia de salida real puede diferir tanto como ± 20% (400 a 600Hz en nuestro ejemplo simple) de la frecuencia real necesaria.

Si requerimos que la forma de onda astable de salida seano simétricos para su uso en circuitos de tipo de sincronización o de puerta, etc., podríamos calcular manualmente los valores de R y C para los componentes individuales requeridos como lo hicimos en el ejemplo anterior. Sin embargo, cuando los dos R y C son iguales, podemos facilitarnos un poco la vida utilizando tablas para mostrar las frecuencias calculadas de los multivibradores astables para diferentes combinaciones o valores de R y C. Por ejemplo,

Tabla de Frecuencia de Multivibradores Astable

Res. Valores del condensador
1nF 2.2nF 4.7nF 10nF 22nF 47nF 100nF 220nF 470nF
1.0kΩ 714.3kHz 324.6kHz 151.9kHz 71.4kHz 32.5kHz 15.2kHz 7.1kHz 3.2kHz 1.5kHz
2.2kΩ 324.7kHz 147.6kHz 69.1kHz 32.5kHz 14.7kHz 6.9kHz 3.2kHz 1.5kHz 691Hz
4.7kΩ 151.9kHz 69.1kHz 32.3kHz 15.2kHz 6.9kHz 3.2kHz 1.5kHz 691Hz 323Hz
10kΩ 71.4kHz 32.5kHz 15.2kHz 7.1kHz 3.2kHz 1.5kHz 714Hz 325Hz 152Hz
22kΩ 32.5kHz 14.7kHz 6.9kHz 3.2kHz 1.5kHz 691Hz 325Hz 147Hz 69.1Hz
47kΩ 15.2kHz 6.9kHz 3.2kHz 1.5kHz 691Hz 323Hz 152Hz 69.1Hz 32.5Hz
100kΩ 7.1kHz 3.2kHz 1.5kHz 714Hz 325Hz 152Hz 71.4Hz 32.5Hz 15.2Hz
220kΩ 3.2kHz 1.5kHz 691Hz 325Hz 147Hz 69.1Hz 32.5Hz 15.2Hz 6.9Hz
470kΩ 1.5kHz 691Hz 323Hz 152Hz 69.1Hz 32.5Hz 15.2Hz 6.6Hz 3.2Hz
1MΩ 714Hz 325Hz 152Hz 71.4Hz 32.5Hz 15.2Hz 6.9Hz 3.2Hz 1.5Hz

Las tablas de frecuencia precalculadas pueden ser muyEs útil para determinar los valores requeridos de R y C para una frecuencia de salida simétrica particular sin la necesidad de seguir recalcularlos cada vez que se requiera una frecuencia diferente.

Cambiando las dos resistencias fijas, R2 y R3 para un potenciómetro de doble efecto y manteniendo los valores de los condensadores iguales, la frecuencia del Multivibradores Astable la salida se puede "sintonizar" más fácilmente para dar un valor de frecuencia particular o para compensar las tolerancias de los componentes utilizados.

Por ejemplo, seleccionando un valor de condensador de 10nFde la tabla de arriba. Al utilizar un potenciómetro de 100kΩ para nuestra resistencia, obtendríamos una frecuencia de salida que se puede ajustar completamente desde un poco más de 71.4kHz hasta 714Hz, aproximadamente 3 décadas de rango de frecuencia. Del mismo modo, un valor de condensador de 47nF daría un rango de frecuencia de 152Hz a más de 15kHz.

Ejemplo de Multivibrador Astable No2

Un Multivibrador Astable El circuito se construye usando dos tiempos.Condensadores de igual valor de 3.3uF y dos resistencias base de valor 10kΩ. Calcule las frecuencias mínimas y máximas de oscilación si se conecta un potenciómetro de dos bandas de 100k connected en serie con las dos resistencias.

Con el potenciómetro al 0%, el valor de la resistencia de base es igual a 10kΩ.

Multivibrador de frecuencia superior astable.

con el potenciómetro al 100%, el valor de la resistencia base es igual a 10kΩ + 100kΩ = 110kΩ.

Multivibrador de baja frecuencia astable.

Luego, la frecuencia de salida de la oscilación para el multivibrador astable se puede variar entre 2.0 y 22 Hertz.

Al seleccionar tanto la resistencia comoLos valores de capacitancia para un funcionamiento confiable, las resistencias de base deben tener un valor que permita que el transistor se encienda completamente cuando el otro transistor se apaga. Por ejemplo, considere el circuito de arriba. Cuando transistor tr2 está completamente “ENCENDIDO”, (saturación) casi el mismo voltaje se cae a través de la resistencia R3 y la resistencia R4.

Si el transistor que se está utilizando tiene una ganancia de corriente,β de 100 y la resistencia de carga del colector, R4 es igual a decir 1kΩ, el valor máximo de la resistencia de base sería, por lo tanto, de 100kΩ. Cualquier nivel superior y el transistor no se puede "ENCENDER" por completo, lo que da como resultado que el multivibrador dé resultados erráticos o que no oscile en absoluto. Del mismo modo, si el valor de la resistencia de base es demasiado bajo, es posible que el transistor no se apague y el multivibrador no oscile nuevamente.

Se puede obtener una señal de salida delterminal de colector de cualquiera de los transistores en el circuito de Multivibradores de Astable con cada forma de onda de salida como una imagen reflejada de sí misma. Vimos anteriormente que el borde anterior de la forma de onda de salida está ligeramente redondeado y no es cuadrado debido a las características de carga del condensador en el circuito de acoplamiento cruzado.

Pero podemos introducir otro transistor en elCircuito que producirá un pulso de salida casi perfectamente cuadrado y que también se puede usar para cambiar cargas de corriente más altas o cargas de baja impedancia, como LED o altavoces, etc. sin afectar el funcionamiento del multivibrador astable real. Sin embargo, la desventaja de esto es que la forma de onda de salida no es perfectamente simétrica ya que el transistor adicional produce un retraso muy pequeño. Considere los dos circuitos de abajo.

Circuito de conducción de multivibradores Astable

circuito de conducción multivibrador astable

Una salida con un borde delantero cuadrado se produce ahora desde el tercer transistor, TR3 conectado al emisor del transistor, TR2. Este tercer transistor cambia a "ON" y "OFF" al unísono con el transistor TR2. Podemos usar este transistor adicional para cambiar diodos emisores de luz, relés o para producir un sonido desde un transductor de sonido como un altavoz o una sonda piezoeléctrica como se muestra arriba.

La resistencia de carga, Rx debe ser elegida adecuadamentepara tener en cuenta las caídas de voltaje hacia adelante y para limitar la corriente máxima a aproximadamente 20 mA para el circuito LED o para dar una impedancia de carga total de aproximadamente 100Ω para el circuito del altavoz. El altavoz puede tener cualquier impedancia inferior a 100Ω.

Al conectar un transistor adicional, TR4 al circuito emisor del otro transistor, TR1 De manera similar podemos producir un astable.Circuito multivibrador que destellará dos juegos de luces o LED de uno a otro a una velocidad determinada por la constante de tiempo de la red de temporización RC.

En el siguiente tutorial sobre formas de onda y señales, veremos los diferentes tipos de Multivibradores Astable que se utilizan para producir una salida continua.forma de onda Estos circuitos conocidos como osciladores de relajación producen una onda cuadrada o rectangular en sus salidas para su uso en circuitos secuenciales como un pulso de reloj o una señal de temporización. Estos tipos de circuitos se llaman generadores de forma de onda.

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