PRACTICA Nº 3 EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y MONOESTABLE PREPARACION TEORICA

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1 Introducción: PRACTICA Nº 3 EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y MONOESTABLE PREPARACION TEORICA Como lo señala su nombre, el biestable es un tipo de multivibrador que solo posee dos estados operativos estables; en cada uno de los cuales puede permanecer por tiempo indefinido, por lo cual constituye un elemento de memoria. Forzosamente, el cambio del biestable de un estado a otro, precisa la aplicación de una señal externa (disparo) de características adecuadas, proveniente de un circuito adicional. Por otra parte un multivibrador monoestable, posee dos estados operativos. El estado estable, en el que puede permanecer por tiempo indefinido, hasta que sea activado o disparado mediante una señal externa de características adecuadas. Y el otro estado, el inestable, que solo puede adoptar mediante un tiempo limitado una vez que ha sido disparado, después de lo cual, retorna a su condición estable. 3.2 Objetivos: Determinar los componentes básicos y las configuraciones típicas de un multivibrador biestable. Reconocer el mecanismo de funcionamiento y las formas de onda asociadas a la operación del biestable. Deducir las ecuaciones de diseño de un biestable con amplificador operacional. Diseñar un biestable con el operacional LM324 Establecer las características de las señales de disparo y los circuitos usualmente empleados en la conmutación de biestables. Reconocer configuraciones típicas con dispositivos integrados. Establecer el mecanismo de funcionamiento e identificar tanto los componentes básicos, como las formas de ondas asociadas a las operaciones de un monoestable. Determinar las ecuaciones de diseño de un monoestable con un LM555. Comparar los resultados teóricos y prácticos e indicar posibles aplicaciones prácticas de los circuitos estudiados Multivibrador Biestable con amplificador operacional

2 16 En diversas ocasiones, especialmente cuando se desea obtener una salida de polaridad dual, lograr una activación con tensiones positivas y negativas y otras muchas ventajas, resulta conveniente diseñar un multivibrador biestable con amplificadores operacionales, en lugar de elementos discretos o circuitos lógicos integrados. ACTIVIDADES En la figura 1, se ilustra el esquema de un multivibrador biestable basado en un amplificador operacional del tipo LM324, alimentado dualmente con Vcc = ±12V Vref = 5 V. Si Vo = ±11V, Vz1 = Vz2 = 9 V y la señal de disparo es un tren de pulsos rectangulares de 500 Hz, aplicada ya sea a la entrada Vs o Vr. Explique el funcionamiento del circuito y dibuje las correspondientes formas de onda Vref - V Vr R4 Rs LM324 Vs R3 Fig 1. Multivibrador biestable con amplificador operacional Explique el papel de la tensión Vr y determine su valor límite. Deduzca las ecuaciones de diseño para determinar los valores de los componentes del circuito Multivibrador monoestable con elementos integrados. El avance en la fabricación de circuitos integrados ha hecho posible el disponer de monoestable que requieren de muy pocos elementos extremos. A modo de ejemplo, se tienen circuitos específicos en las distintas familias lógicas comerciales, temporizados industriales (timers), amplificadores operacionales y muchos otros.

3 17 Actividades: Investigue e ilustre dos configuraciones típicas de monoestables con circuitos, integrados. Una con los circuitos temporizador LM555 y otro con el amplificador operacional LM324. Deduzca las ecuaciones de diseño correspondiente a los montajes investigados. Anexe formas de onda y explique detalladamente el funcionamiento de las dos configuraciones estudiadas. Diseñe dos monoestables con las configuraciones estudiadas que satisfagan las siguientes condiciones: V CC = 10V T 1 = 10 segundos T 2 =60 segundos Diseñe un circuito de acoplamiento para conectar en cascada los dos diseños monoestables diseñados. Bibliografía. 1. Millman y Taub Circuitos de pulsos digitales y de conmutación. McGraw-Hill, Millman-Halkias. Integrated Electronics. McGraw-Hill, Robert Coughlin. Circuitos Integrados Liniales. Prentice-Hall Scout and Kaufman. Operatonal Amplifier Circuit Design. McGraw-Hill, Nacional. Manuales técnicos.

4 18 PRACTICA Nº 3 EL MULTIVIBRADOR BIESTABLE Y MONOESTABLE 3.1 Objetivos: TRABAJO DE LABORATORIO Diseñar un multivibrador biestable basado en un amplificador operacional LM324. Estudiar y comparar el funcionamiento del biestable con elementos integrados. Comparar resultados prácticos y predicciones teóricas. Utilizar las ecuaciones de diseño, deducidas en la preparación teórica, para calcular los valores de los componentes de un multivibrador monoestable. Verificar el funcionamiento del monoestable diseñado. Determinar las limitaciones para disparos sucesivos de los monoestables y correspondientes formas de onda. Establecer las limitaciones para disparos sucesivos del monoestable y las condiciones de inicialización. Establecer posibles aplicaciones prácticas de los circuitos estudiados. 3.2 Material requerido: Multímetro electrónico Cables y demás elementos. Un circuito integrador LM324. Un circuito integrador LM diodos zener de 9V Resistencias de 0.25W según valores de diseño. Una fuente dual. Un generador de pulso (DATAPULSE). Un osciloscopio dual con accesorios. Un protoboard. Un multímetro electrónico. Cables y demás elementos de conexión.

5 Multivibrador biestable con amplificador operacional En la figura (2) se muestra un biestable basado en el amplificador operacional LM324: Vref - V Vr R4 Rs LM324 Vs R3 Fig 2. Multivibrador biestable con amplificador operacional Actividades: Monte el circuito biestable indicado en la figura (2) con los valores calculados en su preparación teórica. Dibuje el correspondiente circuito con sus valores comerciales. Verifique la correcta operación del circuito para activación en forma manual. Compruebe que el biestable con AO puede emplear señales de disparo con polaridad dual para propósitos de activación. A tal efecto, emplee el circuito con zona muerta de la práctica anterior para obtener la señal esbozada en la figura (3) y aplique esta onda a la entrada Vs. A: r2_ V V V V V V V V V 0.000ms 0.500ms 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms 4.000ms 4.500ms 5.000ms Fig 3. Forma de onda deseada a la salida del circuito con zona muerta.

6 20 Dibuje en forma secuencial las formas de onda asociadas a la activación del biestable con la onda de la figura 3 inyectada por Vs. Determine los rangos de la señal de disparo y de las fuentes de polarización que aseguran la correcta operación del biestable de la figura (2) Señale algunas posibles aplicaciones de los circuitos estudiados Multivibrador monoestable con elementos integrados. Diversos circuitos integrados se pueden emplear para obtener efectos tipo monoestable, con un considerable ahorro del número de componentes externos requeridos. En la figura 4 se muestra el esquema de un multivibrador monoestable con el amplificador operacional LM324. V1 0/5V C1 10mHz R3 10V C U1 LM324-10V Vo 1 3 RP Fig. 4 Multivibrador monoestable con el AO. Actividades: Monte el monoestable de la figura #4 con los valores de los componentes calculado en la preparación teórica, que satisfacen las siguientes condiciones: Vcc =±10V Duración del pulso =10 segundos. Verifique la operación del circuito usando la función Single Pulse del DATAPULSE. Tome nota de los resultados experimentales y compárelos con los datos teóricos de su preparación teórica. Explique las diferencias. 2 R4

7 21 Monte otro monoestable según el esquema de la figura #5, que utiliza el circuito integrado LM555, con los datos calculados en su preparación teórica para satisfacer las siguientes condiciones: Vcc = 10V Duración del pulso = 60 segundos. V1 10mHz C2 Vo U1 1 Gnd Vcc 2 3 Trg Dis Out Thr 4 Rst Ctl C1 R C3 Fig. 5 Multivibrador monoestable con LM555. Verifique la correcta operación de este segundo monoestable y sus condiciones de inicialización usando la función Single Pulse del DATAPULSE. Utilice redes Resistencia-diodo LED para visualizar las operaciones. Diseñe y monte una red adecuada para acoplar ambos monoestables, de modo que operen secuencial mente y así; 10 segundos después de disparar el primero con el DATAPULSE, se activa el segundo monoestable durante 60 segundos. Construida esta secuencia, el sistema retorna a su condición inicial. Explique el funcionamiento del conjunto interconectado dibuje la correspondientes formas de ondas. Compare resultados prácticos y teóricos e indique posibles aplicaciones de los circuitos estudiados.