Multivibradores

Los multivibradores son en realidad osciladores, pero su forma de onda de salida no es una señal senoidal, sino que generan una onda cuadrada.

Existen dos clases de multivibradores:

-De funcionamiento continuo, también llamados libres, recurrentes o astables, mucho más conocidos por éste último nombre, que generan ondas sin la necesidad de más excitación exterior que la propia fuente de alimentación.

-De funcionamiento excitado, que requieren una tensión exterior de disparo o de excitación para salir de unas condiciones estáticas o de reposo.

Multivibrador astable.

Un multivibrador astable es un oscilador de relajación; su frecuencia de salida depende de la carga y descarga de condensadores. Estas cargas y descargas son provocadas por la conmutación de sendos transistores.

Si dividimos un multivibrador astable 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.

Las formas de onda de salida Vo1 y Vo2 está desfasadas 180º; mientras una está en su nivel superior la otra está en el inferior. Esto es debido a la situación de T1 en corte y T2 en saturación, y viceversa.

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.

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

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.

Multivibrador astable.

Multivibrador monoestable.

Dentro de los multivibradores de funcionamiento excitado se distinguen dos tipos:

Monoestable, que permanecen en un estado determinado mientras no se les aplique una señal exterior que les haga cambiar al estado contrario para, posteriormente, regresar de nuevo al de reposo y permanecer en él hasta la presencia de un nuevo impulso de excitación.

Biestable, que pueden permanecer en cualquiera de los dos estados de forma indefinida, si no se les aplica una señal exterior que les haga cambiar al estado contrario.

El multivibrador monoestable no es estrictamente un oscilador, pero en determinadas circunstancias se puede comportar como tal, aunque siempre controlado por una señal exterior.

El multivibrador monoestable es muy similar al astable, como podemos observar.

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.

Cálculos astable.

1.- F = 325 Hz

2.- T = 6 segundos

Circuito 1.

Como el circuito va a ser simétrico T = 2(0.69 · R2 · C1)

F = 1 / T

F = 325 Hz T = 1 / 325 Hz = 3.07 · 10-3

T = 3.07 · 10-3

Si suponemos R2 = 100 K

3.07 · 10-3 = 2(0.69 · 100K · C1)

C1 = 3.07 · 10-3 / 138 · 103 = 22 F

C1 = 22 F

Vamos a coger una Vcc de 12 Voltios y una Ic de 10 mA

Vcc = Ic · Rc

Rc = Vcc / Ic = 1200 

Rc = 1200 

Al ser el circuito simétrico:

Rc1 = Rc2 = 1200 

C1 = C2 = 22 F

R2 = R3 = 100K

Este circuito fue probado obteniendo una frecuencia de 332 Hz.

Circuito 2.

Al utilizar los mismos transistores que en el circuito anterior vamos a mantener los valores de Rc y de Vcc, teniendo así que calcular los condensadores, ya que podemos mantener también el mismo valor para las resistencias R2 y R3.

Vcc = 12V

T = 6 seg.

T = 2(0.69 · R2 · C1)

C1 = T / 2(0.69 · R2)

C1 = 43 F

Este circuito fue probado obteniendo un periodo de 6.40 segundos.

Cálculos monoestable.

Tenemos que calcular un multivibrador monoestable para un tiempo de 2 segundos.

T = 2 seg.

T1 = T2 = BC548C

Vcc = 12V

R2 = 47 K

T = 0.69 · R2 · C

C = T / 0.69 · R2 = 61 F

C= 68 F

R1 = R4 = Rc = Vcc / Ib

Vamos a suponer una Vcc de 12 Voltios y para este transistor Ic = 10 mA

Rc = 12 V / 10 mA = 1200 

R1 = R4 = 1200

Rb = Vb / Ib

Ib = Ic / 

Para este transistor la  mínima es de 420

Ib = 10mA / 420 = 23 · 10-6

Rb = 12 V / 23 · 10-6 = 521 k

Rb = 500 k