CIRCUITO OSCILANTE

Un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energa de corriente continua en corriente alterna a una determinada frecuencia. Tienen numerosas aplicaciones: generadores de frecuencias de radio y de televisin, osciladores locales en los receptores, generadores de barrido en los tubos de rayos catdicos, etc.

A) onda sinusoidal. B) onda cuadrada. C) onda tipo diente de sierra

La mayora de los equipos electrnicos utiliza para su funcionamiento seales elctricas de uno de estos tres tipos: ondas sinusoidales, ondas cuadradas y ondas tipo diente de sierra. Los osciladores son circuitos electrnicos generalmente alimentados con corriente continua capaces de producir ondas sinusoidales con una determinada frecuencia. Tambin reciben el nombre de osciladores controlados por tensin (VCO). Existe una gran variedad de tipos de osciladores que, por lo general, se conocen por el nombre de su creador. Igualmente, los multivibradores son circuitos electrnicos que producen ondas cuadradas. Este tipo de dispositivos, es utilizado ampliamente en conmutacin. Los generadores de frecuencia son, junto con los amplificadores y las fuentes de alimentacin, la base de cualquier circuito electrnico analgico. Son utilizados para numerosas aplicaciones entre las que podemos destacar las siguientes: como generadores de frecuencias de radio y de televisin en los emisores de estas seales, osciladores maestros en los circuitos de sincronizacin, en relojes automticos, como osciladores locales en los receptores, como generadores de barrido en los tubos de rayos catdicos y de televisores, etc.

Osciladores

Los osciladores son generadores que suministran ondas sinusoidales y existen multitud de ellos. Generalmente, un circuito oscilador est compuesto por: un "circuito oscilante", "un amplificador" y una "red de realimentacin".

Esquema de un circuito oscilante

Supngase un circuito compuesto por un condensador y una inductancia conectados en paralelo. En primer lugar, se conecta el condensador a una batera. Entonces, comienza a circular corriente elctrica que va a provocar que el condensador se cargue. Llegado este momento, la corriente elctrica dejara de circular y el condensador se encontrara totalmente cargado. A continuacin es movido el interruptor y se conecta el condensador con la inductancia. En este mismo instante, la bobina, en principio, se opone al paso de la corriente. Sin embargo, comienza a circular corriente de forma progresiva haciendo que el condensador se descargue y creando un campo magntico en la bobina. Al cabo de cierto tiempo, la corriente elctrica comienza a cesar de forma progresiva y, por lo tanto, el campo magntico se reduce. Se crea entonces una tensin inducida en la bobina que hace que el condensador se cargue de nuevo, pero esta vez con la polaridad contraria. Una vez que el condensador se encuentra totalmente cargado vuelve a estar como al principio, aunque esta vez con el condensador cargado de forma inversa a como estaba antes. Comienza otra vez el proceso de descarga progresiva del condensador sobre la inductancia y de nuevo vuelve a cargarse el condensador. Puede verse cmo es un vaivn de corriente de un elemento a otro. Esto es lo que se conoce como circuito oscilante. Para poder entender mejor este proceso se han esquematizado los pasos en la ilustracin correspondiente.

Funcionamiento de un circuito oscilante

Este circuito oscilante podra ser un oscilador si fuese capaz, por s solo, de mantener su oscilacin indefinidamente. Sin embargo, en la realidad existe una prdida de energa que hace que la corriente oscilante se vaya atenuando cada vez ms hasta llegar a desaparecer. Esto es debido a que la inductancia posee una cierta resistencia hmica que hace que con el paso de la corriente se vaya perdiendo cada vez una pequea cantidad de energa convirtindose en calor.

Representacin de una onda amortiguada debido a la resistencia hmica de la bobina

La frecuencia con la que oscila el circuito depende evidentemente del condensador y de la inductancia que se utilice; cuanto mayor sea el condensador y la inductancia, menor va a ser la frecuencia. Una vez dispuestos ambos elementos en el circuito, estos son fijos y, por tanto, la frecuencia de oscilacin es una caracterstica de dicho circuito, la cual recibe el nombre de "frecuencia propia del circuito oscilante" o frecuencia natural de oscilacin. En realidad es bastante complicado acertar en la eleccin del condensador y de la inductancia a la hora de obtener una determinada frecuencia. Lo que se suele hacer es poner, por ejemplo, un condensador con capacidad variable que, una vez funcionando en el

circuito, se ajusta dicho condensador hasta obtener el valor de la frecuencia de oscilacin deseada.

Un circuito oscilante por s solo no es capaz de mantener por mucho tiempo sus oscilaciones y, por tanto, no es de ninguna utilidad. Para solventar este problema lo que se hace es proporcionar una "ayuda extra" desde el exterior que compensa las prdidas de energa debido a la resistencia hmica de la bobina; consiguiendo as que el circuito oscile de forma indefinida mientras que la fuente de energa "extra" sea capaz de suministrarle energa. La fuente de energa extra que se acopla al circuito plantea una incgnita relativa a la frecuencia a la que se debe suministrar la corriente elctrica. Evidentemente existen tres casos bien definidos, a saber: que la frecuencia de la fuente sea mayor, menor o igual que la frecuencia propia de oscilacin del circuito. En el caso en que la frecuencia sea la misma, se produce el mximo valor de la tensin en los bornes del circuito oscilante; por el contrario, la intensidad de corriente que recorre el circuito es mnima. Si la frecuencia es mayor o menor el voltaje en bornes va siendo cada vez menor, a la vez que la corriente que atraviesa el circuito va aumentando de forma gradual. En la figura se muestran la variacin de la tensin y de la corriente en funcin de la frecuencia. Existen diferentes tipos de osciladores. Antiguamente se usaba una vlvula termoinica como etapa amplificadora pero estos osciladores estn totalmente obsoletos. Hoy da, se usa en su lugar un transistor como etapa amplificadora pudiendo estar conectado en base comn, emisor comn o colector comn, dependiendo del tipo de oscilador y de la funcin que realiza en cada uno de ellos.

MultivibradorEn electrnica, un multivibrador es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Segn su funcionamiento, los multivibradores se pueden dividir en dos clases:

De funcionamiento continuo, astable o de oscilacin libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentacin.

De funcionamiento impulsado: a partir de una seal de disparo o impulso sale de su estado de reposo.

Si posee dos de dichos estados, se denomina biestable. Si poseen uno, se le llama monoestable.

En su forma ms simple son dos sencillos transistores realimentados entre s. Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentacin se pueden definir los periodos de inestabilidad. Un circuito integrado multivibrador muy popular es el 555, que usa un sofisticado diseo para lograr una gran precisin y flexibilidad con muy pocos componentes externos.

MonoestableEl monoestable es un circuito multivibrador que realiza una funcin secuencial consistente en que al recibir una excitacin exterior, cambia de estado y se mantiene en l durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho perodo, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aqu su nombre) y un estadocasi estable.

Figura 1.- Circuito multivibrador monoestable

En la Figura 1 se representa el esquema de un circuito multivibrador monoestable, realizado con componentes discretos, cuyo funcionamiento es el siguiente: Al aplicar la tensin de alimentacin (Vcc), los dos transistores iniciarn la conduccin, ya que sus bases reciben un potencial positivo a travs de las resistencias R-2 y R-3, pero como los transistores no sern exactamente idnticos, por el propio proceso de fabricacin y el grado de impurezas del material semiconductor, uno conducir antes o ms rpido que el otro. Supongamos que es TR-2 el que conduce primero. El voltaje en su colector estar prximo a 0 voltios (salida Y a nivel bajo), por lo que la tensin aplicada a la base de TR-1 a travs del divisor formado por R-3, R-5 , ser insuficiente para que conduzca TR-1. En estas condiciones TR-1 permanecera bloqueado indefinidamente.

Pero si ahora aplicamos un impulso de disparo de nivel alto por la entrada T, el transistor TR-1 conducir y su tensin de colector se har prxima a 0 V, con lo que C-1, que estaba cargado a travs de R-1 y la unin base-emisor de TR-2, se descargar a travs de TR-1 y R-2 aplicando un potencial negativo a la base de TR-2 que lo llevar al corte (salida Y a nivel alto) . En esta condicin la tensin aplicada a la base de TR-1 es suficiente para mantenerlo en conduccin aunque haya desaparecido el impulso de disparo en T. Seguidamente se inicia la carga de C-1 a travs de R-2 y TR-1 hasta que la tensin en el punto de unin de C-1 y R-2 (base de TR-2) sea suficiente para que TR-2 vuelva a conducir y TR-1 quede bloqueado. La duracin del periodo cuasi estable viene definido por los valores de C-1 y R-2.

1- CIRCUITO TEMPORIZADOR AJUSTABLE 1-10 MINUTOS

Temporizador ajustable 1-10 minutos

Este circuito es un temporizador que se inicia cuando se pone en marcha al conectar su alimentacin (al actuar el interruptor de alimentacin). Un diodo LED verde (green) luce indicando que la temporizacin est en progreso. Cuando se alcanza el periodo de temporizacin, el LED verde deja de lucir, y luce el LED rojo (red), a la vez que comienza a sonar el zumbador (beeper). El periodo de temporizacin es ajustable mediante el potencimetro de 1 M, y puede ser ajustado aproximadamente entre 1 y 10 minutos con los componentes indicados en el esquema. Usted puede marcar los tiempos en una escala dibujada en la caja que albergue el circuito alrededor del

eje del potencimetro. Tenga en cuenta que los periodos de tiempo son slo aproximados. Con componentes perfectos, la temporizacin debera ser de 4 minutos, pero prcticamente se ampla hasta unos 10 minutos debido a que el condensador de temporizacin de 220 F pierde carga lentamente. Esto es un problema tpico de los condensadores electrolticos, pero adems unos condensadores pierden ms que otros. Adems, el valor de los condensadores electrolticos puede llegar a diferir en un 30% del valor que tienen marcado.

EL CIRCUITO TEMPORIZADOREl circuito electrnico que ms se utiliza tanto en la industria como en circuitera comercial, es el circuito temporizador o de retardo, dentro de la categora de temporizadores, cabe destacar el ms econmico y tambin menos preciso consistente en una resistencia y un condensador, a partir de aqu se puede contar con un sinfn de opciones y posibilidades. En este tutorial se tratarn unos tipos sencillos para adquirir conocimiento de cmo conseguir un retardo en un sistema que no requiera gran precisin y terminaremos por analizar un temporizador de mayores prestaciones y precisin. Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la necesidad de precisin en el tiempo, base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepcin y diseo. Como se ha mencionado anteriormente un temporizador bsicamente consiste en un elemento que se activa o desactiva despus de un tiempo ms o menos preestablecido. De esta manera podemos determinar el parmetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de temporizarse, se detenga o empiece a funcionar o simplemente cierre un contacto o lo abra.

EL MS SENCILLO.El ms simple de los retardos, requiere de una resistencia de cierto valor y un condensador de considerable capacidad. Veamos, se necesita un retardo en una mquina cizalla de corte, la cual conlleva cierto riesgo de accidentar al operario que la maneja. 1. Necesitamos un sistema de seguridad para que slo cuando el operario est fuera de peligro, la cuchilla pueda bajar. 2. Otro sistema de seguridad, consiste en producir un retardo y al mismo tiempo un sonido o luz intermitente de aviso.

El primer caso, se puede lograr con la combinacin de unos fines de carrera y un par de pulsadores, localizados fuera del recorrido de la cuchilla y sus alrededores. Para el segundo punto, podemos optar por un diodo rectificador D1, una resistencia R1 y un condensador C1. El montaje sumamente sencillo se muestra en la figura 1.

Fig. 1

El diodo D1 se encarga de rectificar la corriente proporcionada por un secundario de un transformador o simplemente de la red a la que se conectar el equipo al que se ha de controlar, para lo cual deber observarse las precauciones bsicas y elementales a la hora de seleccionar los diferentes elementos mencionados, respetando un margen de seguridad en la tensin a la que se sometern en el montaje. A continuacin se intercala la resistencia R1 que ser la responsable directa del tiempo de carga del condensador, es decir, a mayor valor ohmico le corresponde un mayor tiempo de carga del condensador. El siguiente elemento, el condensador, debe escogerse de una considerable capacidad cosa muy determinante, pero sin perder de vista la tensin a la que se ver sometido, para evitar que se perfore y quede definitivamente inservible. A la hora de elegir el condensador, es conveniente considerar su tamao y siempre que sea posible debera optarse por un modelo electroltico (de ah el uso del diodo), como digo electroltico debido esencialmente a la mayor capacidad y menor tamao, cosa que en algunos casos no es posible, utilizando en tal caso uno de los no polarizados industriales de unos 8 a 12 f y por seguridad 400V, los que suelen utilizar en los motores de las lavadoras o frigorficos. Bien, veamos que ocurre cuando se aplica una tensin a la figura 1 a, la corriente al atravesar el diodo D1, se rectifica a media onda, esto la reduce

aproximadamente a la mitad, esta tensin se enfrenta al paso de la resistencia R1, que le restringe su paso a un valor previsto por el diseador. A la salida de R1, la tensin se precipita para cargar el condensador C1, que es el camino que menor resistencia le ofrece y, ese tiempo de carga, justamente es el tiempo que se pretende controlar, ya que durante ese tiempo de carga, la corriente no fluir ms all del condensador. Hay que tener en cuenta que el tiempo de carga, no representa ms que dos tercios (2/3) de la capacidad total de C, rebasada la cual, la corriente empezar a fluir hacia el siguiente elemento conductor que encuentre, terminando as el retardo. De lo expuesto, se puede asegurar que la corriente que atraviesa el circuito, recorre dos caminos; uno el representado por la lnea de trazos (Ic) durante los primeros 2/3 de carga, y otro, el de la salida (Id). La salida puede conectarse a un rel que se encargar de producir el efecto deseado conectar/desconectar, segn lo previsto. Este sistema se estuvo utilizando hasta los aos 70 en cierto control de los ferrocarriles de Espaa, en el sistema de seguridad llamado 'hombre muerto' Este caso digamos que es el directo, tambin se puede utilizar una forma ms, digamos sofisticada, a esta se conecta el rel RL, en serie con la resistencia R1, a la cual se le calcular su valor, de manera que la corriente que la atraviese, active el rel slo cuando el condensador C, se haya cargado. la tensin de trabajo del rel deber ser la que corresponda a la tensin nominal de alimentacin del circuito, para evitar que se queme cuando se active mediante la corriente de paso en carga. En ambos circuitos, se percibe que el control no es tal, ya que la carga del condensador se ve influenciada por muchos imponderables, adems de poco fiable. Se necesita un mayor control y rango de tiempos. La solucin puede estar en los transistores que permiten un mayor control de los diferentes parmetros. Debido al control de ganancia y paso de corriente que nos permite el transistor y mediante un montaje adecuado, podemos lograr una mejora en los tiempos y por lo tanto ms fiabilidad, al utilizar condensadores ms pequeos. Vase en la figura 2, la bscula formada por T1 y T2 a los que se ha aadido un tercer transistor para mejorar la carga del rel a su salida. El funcionamiento de la bscula determina mediante el ajuste de los potencimetros P1 y P2 los tiempos de basculamiento obteniendo un mejor control de amplitud del tiempo de retardo. No obstante y a pesar de lograr una considerable reduccin en la capacidad de los condensadores, lo que conlleva una mayor seguridad y control, no es bastante fiable en algunos casos y la industria necesitaba algo ms compacto que le dotara de tiempos mas largos y fiables. Esto se lograra mediante el circuito integrado temporizador A555.

Fig. 2

EL TEMPORIZADOR A 555

Creo que es hora de que utilicemos un circuito integrado, en la industria se viene utilizando desde los aos 70, uno muy popular que adems de sencillo es muy eficaz y verstil a la hora de producir temporizaciones, estoy hablando del socorrido A555PC, que nos permite construir un temporizador mediante unos pocos componentes de bajo coste. Su estabilidad con la temperatura es de 0'005 % por grado centgrado. Aqu, se describen de forma simple algunos aspectos de este CI. En otro manual, se entrar con mayor detalle.ESTRUCTURA INTERNA La circuitera interna del 555 segn National Semiconductors, es la siguiente:

El diagrama de conexin es el siguiente:

Comparadores : ESTRUCTURA INTERNA La circuitera interna del 555 segn National Semiconductors, es la siguiente:

El diagrama de conexin es el siguiente:

Comparadores :

Multivibrador Astable

Esquema de la aplicacin de multivibrador astable del 555.

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseador del circuito. El esquema de conexin es el que se muestra. La seal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duracin de estos tiempos dependen de los valores de R1, R2 y C, segn las frmulas siguientes: [segundos]

y [segundos]

La frecuencia con que la seal de salida oscila est dada por la

frmula:

el perodo es simplemente: Tambin decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, tambin cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso (D) de la seal de salida segn la siguiente expresin:

Hay que recordar que el perodo es el tiempo que dura la seal hasta que sta se vuelve a repetir (Tb - Ta). Si se requiere una seal cuadrada donde el ciclo de trabajo D sea del 50%, es decir que el tiempo t1 sea igual al tiempo t2, es necesario aadir un diodo en paralelo con R2 segn se muestra en la figura. Ya que, segn las frmulas, para hacer sera necesario que R1 fuera cero, lo cual en la prctica no funcionara. CORRECCION: Para realizar un ciclo de trabajo igual al 50% se necesita colocar el resistor R1 entre la fuente de alimentacin y la terminal 7; desde la terminal 7 hacia el condensador se colo un diodo con el nodo apuntando hacia el condensador, despus de esto se coloca un diodo con el ctodo del lado del condensador seguido del resistor R2 y este conjunto de diodo y resistor en paralelo con el primer diodo, ademas de esto los valores de los resistores R1 y R2 tienen que ser de la misma magnitud.

[editar]Multivibrador

monoestable

Esquema de la aplicacin de multivibrador monoestable del 555.

En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseador. El esquema de conexin es el que se muestra. La frmula para calcular el tiempo de duracin (tiempo en el que la salida est en nivel alto) es: [s] [segundos] Ntese que es necesario que la seal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de nivel bajo y de muy corta duracin para iniciar la seal de salida.

Modo Monoestable El 555 en modo monoestable, funciona de la misma manera que un multivibrador monoestable. Esto es, que funciona como un temporizador que reacciona con una seal de entrada, y despus de un tiempo W ste vuelve a su estado normal. En la figura 2.1 se puede observar la configuracin del 555 en modo monoestable. Como se puede observar, al IC se le conectan 3 elementos externos, 2 capacitores y una resistencia. En la figura 2.2 se muestra la configuracin en monoestable desde el punto de vista interno, al partir del cual se explicar su funcionamiento. Figura 2.1 En este diagrama funcional simplificado se puede observar 2 OPAM, los cuales determinan un punto de conmutacin para poder enviar una seal de salida que active una de las entradas del Flip-Flop. Los puntos de conmutacin se determinan con las siguientes frmulas: PCS = 2Vcc/3 PCI = Vcc/3 Estos puntos de conmutacin determinan la cantidad de voltaje necesario para activarse.

Figura 2.2: Conexin Monoestable vista desde su circuito interno Inicialmente Q est en alto, lo que satura el transistor NPN y descarga el capacitor, lo que hace que Q' est en bajo. Cuando se pone una entrada de disparo, la cual es negativa, el PCI se activa poniendo a Q' en alto y Q en bajo, lo que corta el NPN y provoca que el capacitor se cargue a travs de la resistencia, eso ser lo que de el tiempo de retardo. Cuando el voltaje da carga del capacitor sea mayor del PCS, anteriormente establecido por la frmula, el OPAM del PCS dar un uno a su salida y pondr a Q en alto, y por lo tanto a Q' en bajo. Lo que satura el transistor y descarga al capacitor. Entonces el 555 se mantiene as hasta que vuelva a poner una entrada de disparo. Todo esto dar una grfica como la que se muestra en la figura 2.3. Figura 2.3: Grfica de Funcionamiento de un 555 La frmula para calcular el tiempo de retardo es: W = 1.1* R* C Las aplicaciones de un 555 monoestable son infinitas y adems es fcil de disear. Modo Astable El 555 tambin puede funcionar en modo Astable, como un multivibrador astable, tal que se mantiene generando una seal de oscilacin constante sin la necesidad de la aplicacin de un pulso de excitacin externa. En la figura 3.1, se puede observa la configuracin externa de un 555 en modo Astable. En la figura 3.2 se puede observar la configuracin del 555 en modo astable desde el punto de vista interno, que como en el anterior, ste es el esquema que se utilizar para explicar su funcionamiento. Como se puede observar para esta configuracin se utilizan 2 capacitores y 2 resistencias. Al igual que en el modo monoestable, en el astable ste posee unos puntos de conmutacin, PCS y PCI, los cuales se calculan de la misma manera que como se dijo anteriormente. Como en este caso hay 2 resistencias en serie, la constante de carga del capacitor ser (R1 + R2) C. Al igual que en el monoestable el Q comienza en alto, por lo que se satura el transistor NPN y se descarga el capacitor a travs de R2, se recuerda que como Q' es el complemento de Q, ste estar en bajo y por tanto la salida tambin. Entonces cuando la tensin en el capacitor, disminuya el 1/3 de Vcc el PCI dar un 1 a su salida poniendo a Q' en alto, y Q se va a nivel bajo, se corta el NPN y se comienza a cargar el capacitor. Con el tiempo el voltaje de carga del capacitor pasar los 2/3 Vcc y se activar el PCS dando un 1 a la salida poniendo a Q en alto y a Q' en bajo nuevamente. Se satura el NPN, descarga el capacitor, y as se repite el proceso otra vez, hasta que se le desconecte el voltaje. Todo este alto y bajo tendr como consecuencia que el 555 est oscilando una seal, como se muestra en la figura 3.3. La frmula para calcular la frecuencia de oscilacin del astable es: F = 1 / (1.44 (R1 + 2R2)) (C) El 555 en modo astable, tambin tiene el factor denominado: Ciclo de Trabajo, el cual es la diferencia que existe entre las 2 pulsaciones de su oscilacin. Figura 3.3: Seal de salida del 555 en Astable La frmula para calcularlo es: D = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)

La configuracin del 555 en astable es igual de til que la del monoestable, aunque su diseo es un poco ms complicado que la ste. El 555 en modo astable ofrece una inmensa cantidad de usos, tanto industriales como residenciales. En la figura 3.4 se muestra un ejemplo de la conexin de un 555 en astable de otra manera, en funcin de su diseo en software, o como gua para montaje en medios reales. Figura 3.4: Configuracin Astable 2