Circuitos integrados especiales

UTN REG. SANTA FE – ELECTRONICA I – ING. ELECTRICA 4-2- Osciladores con circuitos integrados especializados ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

_________________________________________________________________ Apunte de cátedra Autor: Ing. Domingo C. Guarnaschelli

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CIRCUITOS INTEGRADOS ESPECIALES Osciladores con la tecnología de circuitos integrados En los últimos años, el uso de circuitos integrados a gran escala, para la generación de formas de ondas y frecuencias, se ha incrementado notablemente, porque los osciladores para circuitos integrados tienen una excelente estabilidad en frecuencia y un rango amplio de sintonización, además de su facilidad de uso. Los generadores de “formas de ondas y funciones se usan extensamente en sistemas de comunicaciones, y laboratorios de mediciones y control. De hecho, los circuitos integrados tienen una gran ventaja respecto a los circuitos discretos, como la posibilidad de obtener circuitos electrónicos complejos de un gran numero de dispositivos activos en un solo chip. En la actualidad, es posible disponer comercialmente circuitos integrados como osciladores y generadores de funciones que proporcionan un funcionamiento comparable a los circuitos discretos complejos, con la ventaja de su bajo costo. EL CI GENERADOR DE FUNCIONES “555” Este circuito integrado es muy popular, similar al de los amplificadores operacionales de propósitos generales. Lo introdujo al mercado la empresa Signetics Corporation. Hoy en día lo fabrican varias empresas de la especialidad. Su nombre genérico es “555”. Tiene aplicaciones como oscilador de relajación, generador de pulsos, generador de rampas u onda cuadrada, multivibrador de un disparo (monoestable), monitoreo de voltajes, modulador de pulsos y muchas otras aplicaciones que requieran producir intervalos de tiempos medidos(temporizador). Este CI, puede trabajar con tensiones de alimentación de +5 V a +18 V, lo que lo hace compatible con circuitos digitales de lógica TTL y amplificadores operacionales. Básicamente, el conjunto funcional, esta compuesto por dos comparadores, dos transistores bipolares, tres resistencias iguales, un biestable (flip flop) RS, y una etapa de salida inversora, todos ellos interconectados como muestra el siguiente esquema:



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El 555 tiene dos modos de funcionamiento, como multivibrador astable (oscilador onda cuadrada libre) o como multivibrador monoestable (un disparo de entrada) El periodo de tiempo para un solo 555, se puede extender a un máximo de aproximadamente 15 minutos. Para tiempos mayores, se puede recurrir a la conexión en cascada de varios circuitos similares; Otra solución para aumentar el tiempo, es la de excitar con un 555, contadores digitales conectados en cascada. Existe un circuito integrado (XR-2240) que agrupa un 555 con un contador digital, lo que permite tiempos de varios días, incluso de meses y años con la conexión en cascada. Terminales del 555 El 555 se lo ofrece comercialmente en dos encapsulados el TO 99 (encapsulado metálica) y DIP (encapsulado plástico doble en línea). Los terminales de acceso al interior del CI están numerados del 1 al 8, con las siguientes funciones: Terminales de alimentación: El Terminal (1) corresponde a masa, común o tierra. El Terminal (8) corresponde al suministro de tensión positiva Vcc. Esta tension puede estar comprendida entre +5 y +18 volt, lo cual le permite interactuar con circuitos digitales TTL (+5 v) , circuitos lineales con AO (+15 v) y circuitos alimentados por baterías de automóviles (+12 v). El consumo interno es de aproximadamente 0,7 mA x volt de tension de alimentación; para Vcc=+15 volt, consume aprox. 7ma. La disipación máxima, es de 600 mw. Terminal de salida: Corresponde al Terminal (3). La tensión de salida puede tomar dos valores (alto o bajo) Este puede actuar como fuente (entrega corriente) o como sumidero o drenador (absorbe corriente). En ambos casos esta corriente prácticamente no supera los 40 mA. La tensión de salida en su valor mas alto es de aprox. Vcc=5 volt. En el estado bajo es de aprox. 0,1 volt. Terminal de restablecimiento: Corresponde al Terminal (4). Este, inhabilita el control del Terminal de salida, de la entrada de disparo (reset). Con tension baja (<+0,4 v) de este terminal, la salida (3) y el Terminal “de descarga” (7), pasan a un estado de baja tension, independientemente de los valores de los terminales de entrada. Cuando no se lo utiliza, se lo debe conectar a la tension de alimentación +Vcc.

555 Astable

555 Monoestable

vi vi vo

t T

vo

t T1 T2 T1



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Terminal de descarga: Este Terminal (7), cumple la misión de descargar un capacitor externo que cumple la misión de base de tiempo “RC” y fija el periodo “T”, en sus variadas aplicaciones. Cuando el Terminal (7) esta en el estado alto, permite la carga del condensador a través de una resistencia “R”. Cuando pasa al estado bajo, descarga el condensador, fijando el periodo “T”. Esto modifica el estado del Terminal de salida (3). Terminal del voltaje de control: El terminal (5), se usa para “modular la forma de onda de la salida (3). Modifica las tensiones de comparación de los “comparadores” AO1 y AO2, respecto a las tensiones de entradas “disparo (2)” y “umbral (6), que si no se actúa sobre este terminal de control, están fijadas en +Vcc/3 y 2/3.Vcc respectivamente. Cuando se utiliza este terminal ya sea conectando una resistencia a masa o aplicando una tensión eléctrica, se modifica la relación de la tensión de disparo y umbral, respecto a +Vcc. Cuando no se lo utiliza, se lo conecta a masa a través de un capacitor de filtro de 0,01 µF. Terminales de disparo y de umbral: El 555 tiene dos estados posibles de operación y de memoria. Esos estados, están determinados “tanto” por el Terminal “de disparo (2)”, como por el Terminal “umbral (6)”. Si la entrada de “control (5) no esta activada, el voltaje que ingresa por el Terminal “disparo (2)” se la compara en “AO1” con +Vcc/3 .El voltaje que ingresa por el Terminal “umbral (6)”se lo compara en “AO2” con +Vcc.2/3. Si ambas entradas están en un nivel bajo de tensión y menor a 1/3 de +Vcc, El AO1 tiene un nivel de tensión alto (1logico) y el AO2, un nivel bajo (0 lógico). Las salidas de AO1 y AO2 son entradas lógicas del biestable tipo SR, por lo que para esta condición, el Flip Flop esta reseteado, la salida “Q” esta en un nivel bajo, la salida (3) que proviene de un “inversor” esta en un estado alto (1) de tension y el Terminal descarga (7), que es el colector del transistor npn esta abierto, dado que este transistor presenta en su base una tensión baja, proveniente de la salida “Q” del biestable. A medida que aumentan los niveles de tensión de las entradas (2) y (6), cuando llegan a los valores de las tensiones de comparación (1/3 y 2/3 de Vcc) se modifican los valores lógicos de las salidas de los comparadores y también los valores lógicos de “Q” y con ello los valores de las salidas (3) y (7). La lógica que cumple este Biestable “RS”, es la siguiente: Tabla de la verdad biestable RS asincrónico (NOR)

R S Q Q’ 0 0 Q(t) Q’(t) 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1(x) 1(x)

x : indeterminación



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Los demás estados del circuito, se pueden analizar en el siguiente esquema:

Diagrama de la función de transferencia entre vi y vo(3)

Estados de operación:

vo(3) (Vcc) 0

A B C

F E D O’ (Vcc)

vi

vi en subida vi en bajada

Res Des. Disp. Sal. Umb. Cont.

+Vcc (4) (8)

(2) vi (6)

(1) 0.01µf

(7) (3) (5)

Vcc vc2 vc1

A B C 0’ D E F

vi t

Vo3 Vcc 0

t ___ ___ B-C y D-E : recuerda el estado anterior

vc1=tension de comparación de AO1 =Vcc/3 vc2= “ “ “ “ AO2 = 2/3.Vcc



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La tensión de entrada “vi” en subida A—B: vo(3) esta en estado alto y des.(7) abierto; en B se produce la comparación con vc1. B—C: vo(3) recuerda el estado de salida alto y Desc.(7) sigue abierto. Cuando llega a C, se produce la comparación con vc2. C—O’: vo(3) pasa al estado bajo y Desc(7) toma el potencial de masa. Cuando se llega al punto O’, vi llega a +Vcc y a partir de allí comienza a disminuir su voltaje. La tensión de entrada “vi” en bajada O’—D: vo(3) mantiene el estado bajo y Desc.(7) sigue con el potencial de masa. En D se produce la comparación con vc2 D—E: vo(3) recuerda el estado de baja salida y Desc.(7) sigue con el potencial de masa. En En el punto E, se produce la comparación con vo1. E—F: vo(3) pasa al estado alto y Desc.(7) pasa al estado abierto. En F, vi tiene 0 volt, finalizando el ciclo. En la última grafica, vemos que se tiene una caracteristica de histéresis, es decir que el circuito tiene memoria, significando ello que no se puede determinar el estado de la salida con el valor de la entrada, sino también interviene el “estado previo”. A continuación daremos algunos circuitos prácticos de aplicación del CI555 en sistemas de control. Aplicaciones del CI 555 Retardos de tiempo al encendido



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En ocasiones se requieren dos tipos de eventos en el momento de aplicar el voltaje de alimentación a un sistema de control: una parte del circuito, que requiere en forma inmediata la tensión de suministro y el otro que necesita esperar un intervalo corto antes de comenzar a funcionar. Esta aplicación se puede lograr con el circuito anterior en donde en el momento de cerrar el interruptor, se le suministra inmediatamente energía ; por la salida (3) de CI555 se le suministra energía , después de un tiempo previsto, dado por los elementos externos R y C del circuito. El funcionamiento es el que sigue: Antes de cerrar el interruptor la vo(3) esta en nivel bajo y el condensador “C” esta descargado. Cuando se cierra se aplica la tension +Vcc al terminal (2)(disparo) y de acuerdo a la lógica del circuito vo(3) se mantendrá en nivel bajo. El condensador comienza a cargarse con una constante de tiempo “RC” y por lo tanto la tensión del Terminal (2), comienza a disminuir; cuando llega a “vc2”, vo(3) mantiene su estado bajo. Cuando se llega a la tensión de comparación “vc1” la salida, vo(3) cambia de estado pasando al nivel alto y de esta forma puede suministrar energía al sistema de control que lo necesite, lógicamente con una corriente de suministro, limitada por la que pueda entregar el CI555. Para determinar el intervalo de tiempo “T” lo hacemos teniendo en cuenta el tiempo que tarda el condensador en cargarse con 2/3.Vcc que, para el terminal disparo (2) y umbral 6), corresponde a una tensión respecto a masa de 1/3.Vcc. Vc = Vcc (1—et/RC) formula de la tensión de carga de un condensador para el caso particular tratado, tendremos: 2/3.Vcc = Vcc(1—eT/RC) despejando el tiempo “T” resulta : T = —R.C.ln(1—2/3) = 1,1.R.C

+Vcc vc2 vc1 0

Vo(3)≈+Vcc

Encendido=+Vcc Interrup. Apagado= 0

2/3.Vcc 1/3.Vcc

t

t

0

v(2)=v(6)

t

T



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Circuito que aplica un intervalo de tiempo una tension eléctrica

La diferencia con el circuito anterior es que se han intercambiado la ubicación de la resistencia y el capacitor que fijan la base de tiempo RC. El funcionamiento es el siguiente: Cuando cerramos el interruptor el condensador se encuentra descargado por lo que la tensión disparo (2) y umbral (6) valen 0 volt; en estas condiciones la tension de salida vo(3) esta en un nivel alto. Cuando el condensador comienza a cargarse y llega a la tensión de vc2 o sea 2/3.Vcc se produce el cambio de la tensión de salida, pasando a un nivel bajo, concluyendo con esto el intervalo de tiempo “T”. El calculo de “T” es similar al caso anterior es decir debemos determinar el tiempo que tarda el condensador descargado, en cargarse a la tension 2/3.Vcc. T = 1,1.R.C

0 t

+Vcc vc2 vc1 0

v(2)=v(6)

Encendido=+Vcc Interrup. Apagado= 0

Vo(3)≈+Vcc 0

2/3.Vcc 1/3.Vcc

t

t

T



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Oscilador de onda cuadrada (multivibrador astable)

Como podemos observar en las graficas, este circuito genera una onda cuadrada asimétrica en la salida (3). Como diferencia de los circuitos anteriores, se ha conectado el Terminal descarga (7) en la conexión de las resistencias R1 y R2. Para comprender su funcionamiento, debemos partir de un punto, por ejemplo en el momento que la tensión del condensador esta en 1/3.Vcc, la salida esta en alta y el Terminal descarga (7) se encuentra abierto; en estas condiciones, el condensador comienza a cargarse exponencialmente con una constante de carga dado por (R1+R2).C. Cuando la tensión

+Vcc vc2 vc1 0

Vo(3)≈+Vcc

2/3.Vcc 1/3.Vcc

t

t

T2 T1

El capacitor se descarga por R2

El capacitor Se carga por R1+R2



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del capacitor llega a vc2=2/3.Vcc se produce la conmutación, pasando la salida (3) a un valor bajo y el Terminal descarga (7) a potencial de masa; esta ultima acción, hace que el capacitor a partir de este momento, comience a descargarse, a través de R2, con una constante de descarga, dado por R2.C. Ahora, cuando al tensión en caída del capacitor llega al valor de vc1=1/3.Vcc, se produce nuevamente la conmutación, pasando la salida 3) al estado alto y la descarga (7) queda abierta. Esta ultima condición, permite la carga del capacitor a través de R1+R2 y asi se repite el ciclo nuevamente, obteniéndose en el terminal de salida (3) una onda cuadrada asimétrica. Durante la carga o descarga del capacitor, la salida mantiene su valor alto o bajo, dado que el circuito entre los valores de vc1 (1/3Vcc) y vc2 (2/3Vcc), memoriza el estado anterior. Frecuencia de oscilación Para encontrar la frecuencia de oscilación, debemos calcular los tiempos T1 y T2. El tiempo T1 corresponde a la carga del condensador entre las tensiones 1/3.Vcc y 2/3.Vcc. El cálculo determina: T1 = 0,695.(R1+R2).C El tiempo T2 se determina para la descarga del capacitor entre las tensiones 2/3.Vcc y 1/3.Vcc. El cálculo determina: T2 = 0,695.R2.C T = T1+T2 f = 1/T = 1,44 / (R1+2.R2).C Ciclo de trabajo del oscilador Se define a la siguiente relación: D ≡ T2 / T = T2 / (T1+T2) = R2 / (R1+2.R2) Problema: Para el circuito oscilador del esquema anterior, calcular la frecuencia de trabajo y la relación de ciclo. Frecuencia de trabajo: f =1,44 / (R1+2.R2).C =1,44 / (6,8KΩ+2. 3,3KΩ).0,1µF f = 1,07 Khz. D = R2/(R1 +2. R2) = 3,3 / (6,8+2 . 3,3 ) = 0,25 Esto significa que el oscilador esta en nivel bajo en su salida el 25% del periodo total. Vemos que en la ecuación del ciclo de trabajo, para obtener una relación de 0,5, para que la forma de onda sea simétrica, tendríamos que hacer R1=0 pero esto es imposible porque cuando el terminal de descarga (7) se conecte a masa través del transistor npn, se produciría un cortocircuito y una falla del CI. Para evitar este inconveniente, el fabricante recomienda que por este terminal (7), la corriente no deba superar los 200mA.



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Por esta razón, la resistencia R1, tiene que ser igual o superior a: R1[KΩ] ≥ Vcc[volt] / 200 Si quisiéramos obtener un oscilador de onda simétrica tendremos que hacer la siguiente modificación:

En este caso hemos agregado un diodo en paralelo con R2, de manera tal que durante el tiempo de carga del capacitor C, anule a la resistencia R2. De esta forma los intervalos de tiempo parciales, periodo y frecuencia valen: T1 = 0,695.R1.C T2 = 0,695.R2.C T = T1+T2 f = 1/T = 1,44 / (R1+R2).C Si hacemos R1 = R2 entonces el ciclo de trabajo resulta: D ≡ T2 / T = T2 / (T1+T2) = R2 / (R1+R2) = 0,5 Vemos además que si hacemos R2 > R1 el ciclo de trabajo es > 0,5 Problema: Determinar la frecuencia y la relación del ciclo de trabajo, para el oscilador astable del esquema anterior, los siguientes valores: a) R1 = R2 = 6,8 KΩ b) R1 = 3,3 KΩ , R2 = 6,8 KΩ



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Multivibrador de un disparo o circuito monoestable con CI555

El multivibrador monoestable se caracteriza por tener un estado estable, significando ello que puede estar en forma indefinida, en ese estado, y un estado inestable, es decir puede permanecer un cierto tiempo y luego regresar al estado estable. Para el caso del circuito del esquema anterior el estado estable , corresponde a la salida (3) en estado bajo, para ello, el terminal disparo (2) o sea la entrada “vi” debe estar en estado alto y umbral (6), en estado bajo; como descarga (7), esta conectado a masa, por estar la salida (3) baja y a su vez conectado con (6), entonces logramos el estado estable (entre 0 y t1) , si alimentamos a vi(2), con una tension como muestra el grafico:

Como vemos de 0 a t1 vi(2) esta en estado alto y la salida vo(3) en estado estable bajo. Esto hace que (7) y (6) estén con tension de masa. Si ahora aplicamos un pulso negativo a vi(2), en este caso en el tiempo t1 lo hacemos caer a masa, las salida (3) pasa a alto, la

Vi (2)

t

Vo(3)

≈Vcc

T=1,1.R.C

0 t1 t2

0 t1 t3

t



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descarga (7) se abre y permite al capacitor cargarse a través de +Vcc y R. Cuando la tensión llega a vc2 (2/3.Vcc), a través de (6), cambia la lógica del Flip Flor RS y nuevamente la salida pasa al estado bajo. El tiempo que la salida (3), esta en estado alto (inestable), es el tiempo que tarda el condensador en cargarse a 2/3.Vcc. Este tiempo resulta: T= 1,1.R.C El siguiente circuito muestra como podemos lograr un pulso breve negativo:

En este caso, C1 y R1 actúan como un circuito diferenciador generando en su salida dos pulsos: uno negativo y el otro positivo. El pulso positivo se anula con el diodo D. TEMPORIZADOR / CONTADOR PROGRAMABLE XR-2240 El circuito integrado XR2240, es un controlador monolítico con capacidad de producir retardos de tiempos ultra largos, sin perdida de la exactitud (aprox. 0,5%). Genera retrasos de tiempos y frecuencias programables, con periodos desde microsegundos hasta cinco días. Pueden conectarse en cascada dos circuitos temporizadores para generar retardos de tiempo hasta 3 años. Básicamente consta de un temporizador modificado 555, un contador digital de 8 bits, y un circuito de control biestable. Todos estos componentes contenidos en un paquete doble en línea único de 16 terminales, con encapsulado plástico o cerámico El periodo o retardo de tiempo se establece por un circuito externo R-C y puede programarse a cualquier valor desde 1.R.C hasta 256.R.C. En la operación astable, el circuito puede generar 256 frecuencias separadas o patrones de pulso con un circuito RC único y puede sincronizarse con señales externas de reloj. La tensión de suministro, puede estar comprendida entre 4 y 15 volt. Con estos valores, tanto las entradas como las salidas del control, son compatibles con los circuitos digitales TTL y DTL. La disipación de potencia es de 725 mW para el encapsulado cerámico, valor que se reduce para temperaturas ambientes superiores a los +25º,en 6 mw/ºC. Para la versión con encapsulado plástico, es 625 mW con una reducción para temperaturas mayores a +25º, en 5 mw/ºC. La temperatura ambiente de operación, es de 0º a+25ºC para el XR-2240C (comercial) y de -55º a +125ºC para el 2240| (militar). Tiene aplicaciones como temporizador de precision, generación de largos retrasos de tiempos, temporizador secuencial, generación de frecuencias patrones binarias, sintetizador de frecuencias, conteo/suma de pulsos, conversión analógica digital, etc. Veamos su diagrama en bloques simplificado, para comprender su funcionamiento:



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Breve descripción de los terminales del XR-2240 Salidas del contador binario (1 a 8): Las salidas del contador, están reforzadas por etapas de tipo “colector abierto” como muestra la figura:

Lógica de

control

(10) reset (11) disparo

Control FF

555 Oscilador Base de tiempo

Contador Binario de

8 bits

1 (1T) 2 (2T) 3 (4T) 4 (8T) 5 (16T) 6 (32T) 7 (64T) (128T)

Disparo 11 o o

10 reset

o14 salida (base de tiempo)

o16 +Vcc R o 13 C o 9 o 15 voltaje regulado

XR 2240

salidas

+V

o 12 control

masa

T = Rx C



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Cada salida puede absorber aprox. 5 mA de la corriente de carga. En la condición de “restablecimiento” (reset) todas las salidas (8 en total) están en el estado alto o estado no conductor. Ante una entrada de un pulso en (11), disparo, todas las salidas pasan al estado bajo. (Ver luego diagrama temporizado de las salidas).Las salidas pueden conectarse en forma individual o conectadas juntas en una configuración “y alambradas” (ver programación de las salidas). Entradas de restablecimiento y disparo (terminales 10 y 11): El circuito se reestablece o se dispara con pulsos de control que van a positivo (≈ 1,4 volt), aplicados en los terminales 10 y 11 respectivamente. Una vez disparado es inmune a sucesivos disparos hasta que se termina el ciclo de temporizado. Entrada de modulación y sincronización (Terminal 12): El periodo T puede modularse por la aplicación de un voltaje de continua en este Terminal. También es posible sincronizar el circuito, con un oscilador externo, por la aplicación de pulsos, en este Terminal. Terminal de temporizado (13): El periodo, base de tiempo T, se determina por el circuito externo R-C conectado a este Terminal. Cuando la base de tiempo se dispara, el capacitor externo “C” se carga exponencialmente, con una constante de tiempo R.C. Los comparadores 1 y 2 fijan el tiempo T = 1. R.C. Salida base de tiempo (14): Esta salida es una etapa del tipo “colector abierto” y requiere una resistencia de 20KΩ, conectada entre (14) y (15), para la operación adecuada del circuito. En el estado de “restablecimiento (reset)”, esta salida esta en el estado alto. Subsiguiente al disparo, se producen pulsos que van a negativo, con un periodo T, que se aplican al contador binario interno. Este Terminal, también puede servir como entrada de una señal de reloj, cuando se opera el circuito con una base de tiempo externa. La entrada del contador se dispara con una bajada a negativo (masa) de los pulsos del temporizador o reloj, aplicados a (14). Si se desea anular el contador binario interno, el Terminal (14) se coloca a masa. Salida del regulador (15) : Este Terminal, puede servir como un suministro de tensión regulada +V, a los circuitos adicionales del XR-2240, cuando se instalan en cascada varios circuitos temporizadores, con la finalidad de minimizar la disipación de potencia. Cuando se lo usa con base de tiempo externa, se puede disminuir la potencia consumida del XR-2240 alimentando el circuito por este Terminal (se anula la base de tiempo interna). Cuando +V ≤ 4,5 volt, el Terminal 15 debe ser unido al (16).



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Diagrama temporizado de las salidas del CI XR-2240:

Principio de operación: El ciclo de temporizado para el XR-2240, comienza con la aplicación de un pulso de disparo, en su flanco ascendente a positivo, aplicado en el Terminal (11). La entrada de disparo hace que actúe el oscilador “base de tiempo”, habilite la sección del contador y establece todas las salidas al estado “bajo”. El oscilador base de tiempo, genera pulsos temporizadores con su periodo T = 1.R.C, donde R y C son elementos externos. R se conecta entre +V (16) y temporizado (13) y C se conecta entre temporizado (13) y masa (9). Los pulsos reloj, se cuentan por la sección del contador binario. El ciclo de temporizado se completa cuando se aplica un pulso positivo, durante su flanco ascendente, en el Terminal “restablecimiento (10). En el diagrama temporizado, se da la secuencia de las formas de onda de salida en las diversas terminales de salida. Como vemos, la salida base de tiempo es un pulso negativo de corta duración desde un valor alto (≈+V) a un valor bajo (masa). Este pulso se repite cada “T= 1.R.C”. En el Terminal (1) la tension pasa de alto a bajo y viceversa, en un tiempo “T”, dando lugar a una onda cuadrada con periodo 2T. En el Terminal (2) el cambio de tension se da para el doble de tiempo del cambio en el Terminal (1), o sea cada 2T, resultando el periodo de esta onda cuadrad de 4T. Así se da en los otros terminales de salida, finalizando con el Terminal (8), donde el cambio de tensión se da para un tiempo 128T, con un periodo de la onda cuadrada de 256T.

(11) entrada Disparo

t (14) salida

base de tiempo t

(1) salida Contador

t

(2) salida Contador

t

(3) salida Contador

t

(4) salida Contador

t

(5) salida contador

t

T 2T 4T 8T 16T



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Cuando el circuito esta en el estado “restablecido” o reset, tanto las secciones de base de tiempo como de contador están inhabilitados y todas las salidas en estado “alto” o abiertas. En la mayoría de las aplicaciones como temporizador, una o más salida del contador se conecta devolviéndolas al Terminal de “restablecimiento (10). De esta manera, el circuito iniciara la temporización con un pulso positivo de disparo en (11) y se restablecerá por si mismo automáticamente, para completar el ciclo de temporización, cuando se complete un conteo programado. Si ninguna de las salidas se conecta al Terminal “restablecimiento (10), el circuito opera como “astable” o de oscilación libre, después de una entrada de disparo por (11). Programación de las salidas

Las salidas del contador binario (terminales 1 a 8), pueden conectarse juntas a un mismo resistor de carga, por ser etapas en “colector abierto”. Esta conexión, forma lo que se denomina “Y alambrada”, en donde la salida común puede ser baja, en tanto que cualquiera de las salidas este baja. De esta forma los retrasos de tiempo asociados con cada salida del contador, pueden sumarse al ponerlas simplemente en corto juntas.

t

t

t

Pulso de disparo aplicado en (11)

4T

8T

4T+8T=12T

v(11) v(3) v(4) vo

t



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Para el caso del dibujo, se han conectado se han conectado juntas las salidas (3) y (4) que corresponden a los retrasos 3T y 4T respectivamente. El retraso total sobre la carga RL vale: Tt = 4T+8T = 12T. La grafica anterior clarifica la suma indicada Circuito de aplicación del XR2240 como temporizador de precision

En este circuito la base de tiempo, esta fijada por T = 1.R.C. El resistor de 20KΩ se coloca para que funcione apropiadamente la base de tiempo. El capacitor de 0,01µF se coloca en la entrada Terminal de control (12), a los efectos que actué como filtro ante una señal espuria y no active este Terminal. El resistor de 51 KΩ actúa como restablecimiento automático, cuando se llega a la cuenta final del contador programada por las salidas. El circuito se dispara con un pulso positivo de aprox. 1,5 volt y se puede resetear con otro pulso positivo similar al disparo o como dijimos, automáticamente por las salidas La salida en estado normal, esta en “alta” y “va” a “baja”, cuando se produce el disparo. Permanece en baja hasta el tiempo programado “To” y entonces regresa al estado alto. La duración del ciclo de temporizado vale: To = N.T donde T=1.R.C y el valor de N vale 1≤ N ≤ 255 El valor de N, se selecciona realizando la conexión “Y alambrada” Por ejemplo si R = 1MΩ y C = 1µF resulta: T = 1MΩ . 1µF = 1segundo Si programamos la salida conectando los terminales (1) y (8) el tiempo de temporizado vale: To = (1+128).T = 129 segundos.



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Circuito de aplicación del XR2240 como oscilador astable con salidas sincronizadas

En este circuito, el XR2240 opera como oscilador libre. Para ello, el Terminal de restablecimiento se ha conectado a masa, de modo que el CI permanecerá en su ciclo temporizador una vez que arranca. El arranque se lo puede hacer con un pulso positivo externo, aplicado en el Terminal (11) o se puede generar un pulso de arranque, en el momento de aplicar la tensión de alimentación, por medio del circuito Rr y Cr conectados entre (11) y (10) y alimentado con +V. GENERACION DE FORMAS DE ONDAS ESPECIALES EN LOS CIRCUITOS INTEGRADOS De manera simplificada, podemos decir que un generador de forma de onda especiales, es un oscilador que genera formas de ondas definidas y estables, con la posibilidad de que se puedan modular (modificar) su amplitud o variar su frecuencia, externamente. Esta formado por cuatro bloques básicos que son: a) Un oscilador (de relajación), con características de VCO para generar la forma de onda básica periódica y a su vez modular angularmente, frecuencia (FM) y fase (PM), para señales modulantes analógicas y digitales. b) Un formador de ondas a senoidal, triangular, cuadrada, pulsante, y rampa lineal. c) Un modulador de amplitud (AM), para señales modulantes analógicas. d) Un amplificador búfer de salida, para aislar al oscilador de la carga y proporcionar la corriente de carga. Además esta etapa, proporciona los niveles de continua, controlables externamente, para la señal de salida. La salida de sincronización, se puede utilizar como una fuente de onda cuadrada o pulsos de sincronización para otros circuitos externos.



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De manera simplificada, podemos decir que un generador de forma formas de onda, es un oscilador que genera formas de ondas definidas y estables, con la posibilidad de que se puedan modular (modificar) su amplitud o variar su frecuencia, externamente. Esta formado por cuatro bloques básicos que son: a) Un oscilador (de relajación), con características de VCO para generar la forma de onda básica periódica y a su vez modular angularmente, frecuencia (FM) y fase (PM), para señales modulantes analógicas y digitales. b) Un formador de ondas a senoidal, triangular, cuadrada, pulsante, y rampa lineal. c) Un modulador de amplitud (AM), para señales modulantes analógicas. d) Un amplificador búfer de salida, para aislar al oscilador de la carga y proporcionar la corriente de carga. Además esta etapa, proporciona los niveles de continua, controlables externamente, para la señal de salida. La salida de sincronización, se puede utilizar como una fuente de onda cuadrada o pulsos de sincronización para otros circuitos externos.

Oscilador Formador De onda

Modulador AM,FM

(Opcional)

Amplificador búfer

Salida sincronizada

Selección onda Seno, cuadrada Triangular, etc.

Control Nivel de Continua En salida

+Vcc -Vcc

Salida



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El circuito oscilador en los CI generadores de ondas

Los circuitos osciladores usados en los CI, son los típicos de relajación. Estos osciladores utilizan la carga y descarga, con corriente constante, de capacitores de sincronización, externos. La figura anterior, muestra un circuito simplificado del oscilador, que consiste en un multivibrador astable acoplado por emisor, que es capaz de generar ondas cuadradas así como formas de onda triangulares y de rampa lineal. El circuito funciona de la siguiente forma: Cuando el transistor Q1 y el diodo D1 están conduciendo, el transistor Q2 y el diodo D1 están cortados y viceversa. Esta acción provoca la carga y descarga en forma alterna del capacitor Co, desde una fuente de corriente constante I1=I2. El voltaje a través de D1 y D2, es una forma de onda cuadrada simétrica, con amplitud pico a pico de 2.VBE. Cuando Q1 esta activado, Va es

t

t

t

Vo(t) Va(t) Vb(t) Va-Vb t



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constante, pero se convierte en rampa lineal con una pendiente -I1/Co, cuando Q1 se desactiva. La salida Vb(t) es idéntica a Va(t), excepto que se retrasa por medio ciclo. La salida diferencial Va(t)—Vb(t) resulta una onda triangular. Actuando sobre las fuentes de corriente, a través de una tension de control “vc”, es posible modificar el valor de la frecuencia del oscilador. GENERADOR DE FUNCIONES MONOLITICO XR-2206

El XR-2206 es un circuito integrado generador de funciones, fabricado por corporación EXAR. Genera formas de ondas seno, cuadradas, triangulares, de rampa y de pulsos, con alta calidad, alto grado de estabilidad y exactitud. Las formas de onda, pueden modularse tanto en amplitud como en frecuencia, por una señal externa de modulación y se puede seleccionar externamente la frecuencia de operación sobre un rango de 0,01 Hz a más de 1 MHz. Este CI, es ideal para sistemas de comunicaciones, instrumentos y aplicaciones de generación de tono senoidal (onda portadora) para AM y FM. La estabilidad típica de la frecuencia generada es de 20 ppm/ºC y puede barrerse de manera lineal sobre un rango de frecuencias de 2000: 1, utilizando una tension de control. El diagrama en bloques del XR-2206, abarca cuatro bloques funcionales a saber: Un oscilador controlado (VCO), un multiplicador analógico (para modulación) y un

Multiplicador y formador Senoidal

+1

VCO

Interruptores De corriente

Entrada de AM (1) Salida (2) Multiplicador de salida (3) +Vcc(4 ) (5) Capacit. sincroni zación (6) Resist. (7) sincroni zación (8)

(16) Ajuste de (15) simetría (14) Ajuste Forma (13) de onda (12) masa (11)salida de sincroniza- ción. (10) desvío (9) entrada FSK

XR-2206



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formador de seno, un amplificador búfer con ganancia unitaria, y un conjunto de interruptores (transistores) de corriente de entrada. El oscilador de voltaje controlado, es un oscilador operando libremente con un a frecuencia de oscilación estable que depende de un capacitor de sincronización externo, de una resistencia y un voltaje de control externo. La salida del VCO es una tension con determinada frecuencia y su entrada es una tension de control que puede ser CC o CA. La frecuencia de salida del VCO, en realidad es proporcional a una corriente de entrada producida por un resistor conectado desde los terminales de sincronización, (7) u (8) y masa. Los interruptores de corriente, seleccionan la corriente de uno de estos terminales de sincronización. La corriente seleccionada, depende del nivel de tension en el Terminal (9), denominada entrada del desplazador de frecuencias. Es posible entonces producir dos frecuencias que se seleccionan a través de (9). Si este Terminal esta abierto o tiene conectado una tensión ≥2 Volt, se selecciona la corriente que pasa por la resistencia conectada al Terminal (7). En forma similar, si la tensión eléctrica de (9) es ≤ 1 volt, se selecciona la corriente que pasa por la resistencia conectada a (8). De esta manera, la frecuencia de salida, puede transmitirse entre dos valores f1 y f2, cambiando simplemente el nivel de tensión del Terminal (9). Las formulas para determinar estas frecuencias son: f1= 1 / R1.C f2 = 1 / R2.C, donde R1 esta conectado a (7) y R2 conectado a (8). De esta manera el XR-2206 me permite modular digitalmente en frecuencia FSK. También es posible modular analógicamente en frecuencia, haciendo que la frecuencia dependa de una tensión de control, como la muestra el siguiente circuito:

La frecuencia de oscilación, varia linealmente con una corriente por encima de un rango de valores entre 1µA a 3mA, entonces con el circuito anterior la podemos hacer depender de la tension de control “vc”, llamada también “tensión de barrido”. La relación de “vc” y la frecuencia resultan: f = 1 / R.C 1+[R.(1-vc) / 3.Rc][Hz] La ganancia “K” de voltaje a conversión de frecuencia vale: K = ∆f / ∆vc = -0,32 / Rc.C [Hz]



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OSCILADOR DE VOLTAJE CONTROLADO MONOLITICO EN CI XR -2207

Este oscilador VCO tiene una excelente estabilidad en frecuencia (típico 20 ppm/ºC) y un amplio rango de sintonización (puede pasarse linealmente sobre un rango 1000 : 1). Esta sintonización, se logra con un voltaje de control externo. El circuito proporciona salidas simultáneas de ondas triangulares y cuadradas en un campo de frecuencias de 0,01 Hz a 1 MHz. El ciclo de trabajo de las salidas, se puede variar de 0.1% a 99,9%, generando un pulso estable y formas de onda irregulares. Este oscilador se utiliza en radiocomunicaciones para frecuencia modulada (FM), modulación digital de fase (FSK) y generación de tonos de barrido, así como para aplicaciones de circuitos de fase cerrada (PLL). La figura anterior muestra su diagrama de bloques; el circuito es un multivibrador astable, acoplado al emisor modificado, que utiliza cuatro bloques funcionales principales para la generación de la frecuencia: un oscilador de voltaje controlado (VCO), cuatro interruptores de corriente que se activan por entradas de transmisión binaria y dos amplificadores búfer. Las entradas binarias (8) y (9) determinan cual de las cuatro corrientes de sincronización se canalizan al VCO. Estas corrientes, se derivan a masa a través de resistores de sincronización, conectados en (4), (5), (6) y (7). El búfer de salida triangular, proporciona una impedancia baja de salida (típico 10Ω), mientras que la salida de onda cuadrada es a colector abierto. OSCILADOR DE PRESICION MONOLITICO XR-2209 Este oscilador monolítico en CI es un circuito que genera frecuencias variables con excelente estabilidad a la temperatura y un rango amplio para cambios de frecuencia

VCO

Interruptores De corriente

+Vcc (1) (2) Capacit. sincroni zacion (3) R1 (4) Resist R2 (5) Sincro nizacion R3 (6) R4 (7)

(14) salida onda triang. (13) salida onda cuadrad (12)VEE polarizacion (11) (10) masa (9)entradas de caracter binario (8)

XR-2207

A1

A2



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lineal, desde 0,01Hz a 1MHz. El circuito proporciona salidas simultáneas de ondas triangulares y cuadradas. La frecuencia, se establece por un producto R.C externo. Se lo utiliza como modulador en frecuencia (FM), para la conversión de voltaje en frecuencia, la generación de tonos y barrido así como en las aplicaciones del circuito de fase cerrada cuando se lo utilizan en conjunción con un comparador de fase apropiado multiplicador). La siguiente figura muestra su diagrama en bloques y la función de sus terminales:

El oscilador, esta formado por tres bloques funcionales: un oscilador de frecuencia variable que genera las formas de ondas periódicas básicas y dos amplificadores búfer para las salidas de ondas triangulares y cuadradas. La frecuencia del oscilador se determina con un capacitor externo y un resistor de sincronización. Puede operar con más de 8 frecuencias, cubriendo el rango de 0,01 Hz a 1MHz. Sin una señal externa de barrido o voltaje polarizado, la frecuencia de oscilación esta dada por f= 1 / R.C. La frecuencia de operación de este oscilador, es proporcional a la corriente de sincronización excitada del Terminal (4). Esta corriente puede modularse, aplicando un voltaje de control “vc” al Terminal de sincronización (4) por medio del siguiente circuito:

Si “vc” es negativo en relación el Terminal (4), se excita una corriente adicional “io” , haciendo que se incremente la corriente total de entrada, produciendo un incremento en la frecuencia de oscilación. De forma contraria, si “vc” es positiva y mayor al Terminal (4), se reduce la frecuencia de oscilación. Como vemos “vc” modula en frecuencia la señal de salida del CI.

VCO

+Vcc (1) (2) Capacit. sincroni zación (3) Resistor (4) Sincro nización

(8) salida onda triangular (7) salida onda cuadrada (6)VEE(-) polarización (5)

XR-2209

A1

Circuitos integrados especiales

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