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      Osciladores astable

El oscilador astable  genera en su salida una onda cuadrada de frecuencia fija o variable dependiente de los elementos del circuito. Básicamente consta de transistores, circuitos analogos como el 555 o compuertas lógicas que, desde el momento en que se conecta a la alimentación del mismo,  hará variar la señal en  el tiempo pasando de un estado bajo o volt  o voltaje positivo +5 ,+9,+12 etc  estos estados se denominan pulsos eléctricos .

para entender el diagrama diremos Q1 conduce Q2 al corte

Inicio: si Q1  en conduccion Q2 al corte  C1 esta cargado con un potencial de vcc 0,7 volt y si C2 esta cargado negativamente o sea que la tensión en el capacitor sera un valor menor que uno volt 0,7 volt aproximado

como Q2 esta al corte vamos a considerar que no conduce no pasa corriente entre sus terminales  entonces lo sacamos para que se entienda mejor

como Q1 esta en conducción gracias a la  corriente de base la unión base emisor es como es como un diodo en directa

para que se entienda mejor vea este diagrama

vea la imagen que el diodo al conducir pone la pata – del capacitor a  gnd si no conduciera el capacitor no se polarizaría.

C2 va cargarse a traves R4 y el led , la base  de Q1 polariza el capacitor. C2 que empezó con – 0,7 v va a cargarse hasta vcc – 0,7.Vcc no llega a vcc por que o,7 v es la caida de voltaje B-E de Q1. esta carga sera mas rápida ya que R4 es menor comparada con R3.

mientras que C1 partía con vcc – 0,7 positivos ahora esta conectado al reves entonces comienza a cargarse negativamente a través R2 , esta cargar sera mas 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.

No hablare de Q2 ya que su funcionamiento es el mismo que Q1 que ahora pasara al corte

si conectamos un osciloscopio entre el cátodo del led y colector veremos la señal que es casi cuadra pasando de 0 volt a casi 4 volt por el consumo del diodo led.

Si desea arme en la protoboard el circuito analizado en la teoría para ver como encienden los leds.

Recuerde que para hacer que los leds enciendan y se apaguen a mas velocidad o tarden mas todo dependerá de la resistencia y capacitor que usted use.

Siguiendo la teoría expuesta usted podrá hacer un circuito igual a este sin necesidad de usar integrados digitales .

Los osciladores astables sean transistorizados o con integrados tiene algo en común circuitos RC

RC=resistencia capacitor

Estos es por que la resistencia puede hacer que el capacitor se carge rápida o lentamente dependiendo de su valor en  Ω así como también el capacitor dependerá de su   capacidad  μf esto nos dará el tiempo que nuestro oscilador cambie de un estado a otro.

oscilador astable con 555

Esta configuración es la que produce en su salida una secuencia de pulsos, cuya frecuencia depende de los valores de las resistencias R1 y R2 y del condensador C que aparecen en el siguiente esquema

con la siguiente  formula podemos calcular la frecuencia de salida la cual nos hara encender y  apagar cada leds.

Es interesante recordar que el periodo T de un pulso, o tiempo que transcurre desde el inicio de un pulso hasta el inicio del siguiente, de frecuencia f es el inverso de la frecuencia o

T = 1 / f

para calcular el tiempo en que se encuentra alto y bajo los pulsos tendremos que realizar los cálculos de  la siguiente   formula

tiempo estado  alto =0,69(R1 X C)

tiempo estado bajo =0,69(R2 X C)

la relación entre estos tiempos es lo que se conoce como ciclo de trabajo el cual permanecerá en alto o en bajo . este ciclo de trabajo es de 50% cada estado lo que hace que los pulsos sean simétricos .

observe la señal que se ve en el osciloscopio es una señal de onda cuadrada de forma simétrica la cual sale por el pin 3  del 555.

al variar el potenciómetro VR1 de 100 kΩ los leds se encenderán y apagaran de forma lenta o rápida según la carga del capacitor la cual al conectar el osciloscopio en los pines 2 y 6 puede verse como como se carga y descarga generando una onda diente de sierra.

  •  Control de un Motor de corriente continua mediante PWM

Como hemos visto anteriormente podemos generar con el NE555 un pulso de forma que la relación entre el tiempo que permanece en alto y el que lo está en bajo o ciclo de trabajo  es configurable. Esto se conoce como PWM o Pulse Width Modulation o modulación del ancho del pulso.

Configurando el NE555 como oscilador Astable podemos generar un tren de pulsos que actuando sobre el potenciómetro VR1 podemos variar la relación alto -bajo  del pulso.

D1 y D2 hacen que nuestro condensador C1 se cargue solo mediante la parte derecha del cursor del potenciómetro vR1, y se descargue solo a través de la parte izquierda de dicho potenciómetro. Por ello la relación entre altos y bajos será siempre complementaria. Con el potenciómetro en su punto central ambos semi-periodos serán iguales y tendremos un ciclo de trabajo  del 50%.

Como  cual  sea la relación entre ambas partes del potenciómetro la suma de ellas será siempre la misma e igual al valor vR1 podemos calcular la frecuencia de oscilación  como f = 1.44 / (R1 * C1) y serán solo los semiperiodos los variables, permaneciendo la frecuencia estable.

Recuerde que el pin 3 Salida (output) y 7 Descarga (discharge) están altos o bajos al mismo tiempo siguiendo el estado de oscilación. Así el pin 3 Salida (output) que tiene una configuración interna totem-pole y puede actuar como fuente o como sumidero de corriente es la que usamos para cargar y descargar el condensador C1. Y utilizamos en cambio el pin 7 Descarga (discharge), que es del tipo Open-Collector, conectada a Vcc mediante la resistencia pull-up R2 para actuar de Driver del transistor de potencia MOSFET Q1.

para no ser tan extenso dejare de lado los astable con operacionales como lm 741 y los astables contadores como el cd 4060 , los astables con cristal de cuarzo que son los mas exactos.eso ya queda en investigacion para ustedes.

oscilador astable con puertas logicas

Distribucion de pines del cd 4069

como se ve en el diagrama solo hay una resistencia y un capacitor dependiendo de la carga de C1 se produce el tren de pulsos que se ve en el osciloscopio.

Para que se entienda mejor debemos primero saber la tabla de verdad la compuerta NOT

la tabla de verdad nos dice que A es lo contrario a su salida B .

entonces si tenemos en su entrada un capacitor  C1 que se esta cargando atraves de la resistencia R1 como dijimos que A es lo contrario a su salida B. entonces la corriente de la salida B es la que pasa atraves de R1 cargando el capacitor una ves cargado el capacitor en su totalidad  este se descargara por la entrada A  cambiandola de estado  0 a  1 haciendo que  B cambien de estado 1 a 0 cuando el capacitor se descargar totalmente.

La entrada A vuelve a su estado inicial haciendo que el ciclo de trabajo vuelva a empezar .

este oscilador es simetrico ya que el tiempo que dura en estado alto es o bajo es igual en los dos casos el tiempo esta dado por

T=2,5 RC

T expresado en segundos
R en Ohms
C en Faradios

facil no y como dije antes siempre dependera del capacitor y la resistecia que tenga el circuito.

Ahora  que ya sabemos hacer un astable con una puerta logica NOT por que no usamos otra compuerta para hacer los mismo pero primero veremos que dicen la ley de Morgan.

Ley de Morgan

Se trata simplemente de una combinación de compuertas, de tal modo de encontrar una equivalencia entre ellas, esto viene a consecuencia de que en algunos casos no dispones del integrado que necesitamos, pero si de otros que podría producir los mismos resultados que estamos buscando. 

No hablare de todas las leyes de morgan ya que esto es osciladores astables y no compuertas logicas 

Distribucion de pines cd 4093

Si observa el digrama usando una compuerta NAND schmitt trigger obtenemos el mismo resultado que usando una compuerta not como dice una de leyes de morgan.

La tabla de verdad  nos dice que A y B son lo contrario que su salida entonces si unimos sus entradas obtenemos una compuerta  NOT.

Para que no quede en el aire, explicare que  es una compuerta schmitt trigger.

Las compuertas schmitt trigger son convertidoras de señales imperfectas que pueden estar afectadas por ruido o convertir una señal no cuadrada en una señal cuadrada simetrica.

Observe el digrama y vera que en las entradas A y B de la compuerta, entra una señal senoidal color celeste y en su salida sale una señal de la misma frecuencia pero cuadrada color rojo.

Gracias a la implementacion de estas compuertas hoy en dia podemos disfrutar de la musica, videos  en nuestros telefonos movil,etc ya que convierte señales analogicas a digitales la cual es mas facil de almacenar en una mermoria.

Como explique tambien son eliminadora de ruido electronico son ideales para hacer osiladores astables o para disparar contadores, etc

Si lo desea usted puede ajustar la frecuencia de salida de los pulsos agragando en serie a la resistencia un potenciometro el cual al variarlo hara que la carga de C1 sea mas lenta o mas rapida .

Tambien puede hacer un astable contralado por un sensor o pulsador.

Observe el diagrama y vera que la salida X esta en estado alto sin oscilacion a menos que pulsemos el pulsador P

Tambien podemos  usar un sensor como  ldr haciendo que la variación de luz dispare el asteble este circuito es muy útil en zonas de peligros ya que solo funcionara en la oscuridad haciendo que los leds enciendan de forma alterna  avisando que es zona peligrosa.

Con esto me despido .

Espero le sea útil esto  y puedan armar varios astables.

Como esta baliza de seguridad o algo mas decorativo como un pino navideño.

Todo depende del uso y su imaginación.

Saludos Elias Monzon

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ElectroMercado

  • circuitos
2 Comentarios
  1. Avatar
    Mikel 2 meses

    Gracias Elias, muy buen articulo

    2+

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