Comparador con histéresis:
Funcionamiento
Debi Debido do a que que el circ circui uito to está está en real realim imen enta taci ción ón posi positi tiva va actú actúa a como como un comparador comparador con histéresis, histéresis, lo que implica implica que el voltaje voltaje de salida salida puede tomar dos valores +Vsat y –Vsat por lo tanto cuando el Vout= Vout= +Vsat el Voltaje Voltaje en el pin no inversor +! es es i"ual# V + ¿ VHT =
+ Vsat ∗ R 5
R 4 + R 5
=
12∗100 k 110 k
V =1.1 V
$ientras que cuando la salida es i"ual a –Vsat –Vsat el Voltaje Voltaje en el pin no no inversor es i"ual# V + ¿ VLT =
−Vsat ∗ R 5
R 4 + R 5
=
−12∗100 k
110 k
V =−1.1 V
Donde V%& se le denomina voltaje voltaje umbral superior y V'& es el voltaje voltaje umbral in(erior) *ste comparador va a conmutar mientras el voltaje del pin inversor supere los umbrales umbrales V%& V%& V'&) V'&) sumiendo sumiendo que el el Vout Vout=+Vsat =+Vsat =-.V el V +!=V%& +!=V%&,, el voltaje voltaje de salida no cambiará cambiará de nivel mientras mientras el voltaje voltaje en V/! sea mayor que V%&) l cambiar de nivel la salida se se"uirá en –Vsat hasta que el voltaje voltaje en V/!
sea más ne"ativo que V'&) 'a di(erencia entre el voltaje V%& V'& se denomina voltaje de histéresis, V%= 0imulación en 1spice
VHT / VLT =1.1 V −(−1.1 V ) =2.2 V
2unción de &rans(erencia
l aumentar la (recuencia y la mplitud de la se3al de entrada los (lancos de subida y de bajada son más pronunciados y el tiempo que tarda en conmutar de alto a bajo es mucho mayor debido a que aumentan los umbrales in(erior y superior, sin embar"o la duración de los pulsos es menor *sto se re(leja al hacer la (unción de trans(erencia en la cual los cambios de nivel a +Vsat y a –Vsat son más marcados)
Multivibrador Astable
*s básicamente un "enerador de onda cuadrada, es parecido al comparador con histéresis, solo que no tiene una (uente de e4citación, sino un capacitor en la entrada inversora) 'a red de realimentación ne"ativa, es decir, la red que contiene los diodos y el potenciómetro, (orman una cone4ión con el terminal inversor del dispositivo, de tal (orma que cuando Vo +Vsat, pasa una corriente 5 + a través de la red, y car"a el
capacitor hacia V %&, lue"o cuando Vc lle"a a un valor li"eramente más positivo, en la entrada inversora cae un voltaje positivo con respecto a la entrada no inversora, por tanto la salida del operacional pasa de +Vsat a –Vsat6 hora que la salida está en –Vsat, se produce una corriente 5 / que descar"a el capacitor a 7V y lue"o lo car"a hacia V'&, cuando Vc se hace li"eramente más ne"ativo que el voltaje en la entrada no inversora, Vo cambia y vuelve hacia +Vsat, esto se repite sucesivamente, por eso se dice que el circuito "enera su propia se3al) 'os diodos en la red de realimentación ne"ativa se polari8an dependiendo si Vo tiende a +Vsat o –Vsat6 'as dos resistencias correspondientes a cada diodo, son capaces de modi(icar el ancho del pulso de salida, dependiendo de su valor resistivo, una cambia el pulso ne"ativo y la otra el pulso positivo6 0i ambas son i"uales el pulso es simétrico) *l potenciómetro sirve para modi(icar ambas partes del pulso a la ve8)
1asos para calcular la (recuencia de oscilación del circuito# 1rimero obtenemos los voltajes umbrales# V HT
=
+ Vsat ∗2 KΩ =2.5 V 10 KΩ + 2 KΩ V ¿ =
6
−Vsat ∗2 KΩ
10 KΩ + 2 KΩ
=−2.5 V
− t R . C
Vc =V ∞−( V ∞−V 0 ) ¿ e
1artimos de la ecuación#
t =− R . C . ln
Despejando nos queda#
(
V ∞ −Vc V ∞−V 0
)
*l capacitor posee dos ciclos de car"a, positivo y ne"ativo, debemos calcular el tiempo para cada ciclo# t 1 =−( R 4 + R5 ) ( 1 μF ) ln
(
15 V −2.5 V 15 V + 2.5 V
)
(
)(
)
=− 10 KΩ + 5 KΩ 1 μF ln
(
15 V −2.5 V 15 V + 2.5 V
)
=5.0471 m S
t 2 =−( R 4 + R6 ) ( 1 μF ) ln
(
−15 V + 2.5 V −15 V −2.5 V
)
(
)(
)
=− 10 KΩ+ 5 KΩ 1 μF ln
(
−15 V + 2.5 V −15 V −2.5 V
)
=5.0471 m S
T =t 1 + t 2=5.0471 m S + 5.0471 m S =10.01 mS
hora tenemos que#
*ntonces, la (recuencia de oscilación del circuito está dada por# f =
1 =
T
1 10.01 mS
= 99.01 H
z
continuación el circuito y la simulación correspondiente#
20V
10V
0V
-10V
-20V 0s V( U6: -)
2ms V( R1 :2)
4ms
6ms
8ms
10ms
12ms
14ms
16ms
18ms
Time
*l pulso cuadrado representa la salida rojo! y el pulso trian"ular el voltaje del capacitor verde!)
20ms
Multivibrador Monoestable
*ste circuito "enera un solo pulso de salida en respuesta a una se3al de entrada, la lon"itud del pulso dependerá e4clusivamente de los componentes pasivos del circuito capacitores y resistencias!, "eneralmente la lon"itud el pulso de salida es mayor a la del pulso de entrada, por eso este circuito también es conocido como ensanchador de pulso)
*l circuito posee 9 estados, los cuales se e4plicaran a continuación#
Estado estable:
•
V i=0 V
*l voltaje de entrada 0e tiene que *l voltaje R1+¿ R
=
2
V HT
V 0
V HT
−→ + Vsat
cae en la entrada no inversora +!, donde
V HT
esta dado por#
∗2 KΩ =2 V 10 KΩ + 2 KΩ (+ Vsat )∗( R ) = ¿ 12 V
2
+ Vsat el diodo D. se polari8a y (ija el voltaje de
Debido a que la salida está en
la entrada inversora /! en /7):V, por tanto el voltaje de la entrada +! es mayor que V 0 el de la entrada /! y se mantiene en + Vsat ) •
Estado de transición:
0e aplica un pulso ne"ativo
V i
con un valor pico mayor a
V HT
, por tanto el
voltaje de la entrada +! se vuelve más ne"ativo con respecto a la entrada /! esto ocasiona que la salida conmute y tienda a
– Vsat
)
•
Estado de temporización:
;omo se mencionó en el estado anterior, V ¿
realimentación positiva será
V o−→ −Vsat
por tanto el voltaje de
, el diodo D. está en polari8ación inversa y el
capacitor ;. se descar"a hasta 7V para lue"o car"arse con /7):V) 'a entrada /! se hace más y más ne"ativa y cuando salida
V 0
cambia a
V C 2< V ¿
, el voltaje de
+ Vsat y el circuito re"resa a su estado natural)
Tiempo de recuperación:
*s el tiempo necesario para aplicar otro pulso de entrada, porque aunque el
+ Vsat , aún no está preparado
circuito ha vuelto a su estado estable con salida
para o(recer otro pulso de salida con(iable, ya que es necesario que el capacitor V C 2=V D 2 ;. re"rese a su estado inicial de )
Duración del pulso de salida: − t
Vc
Donde
=V −( V −V ) ¿ e ∞
∞
R . C
0
=V ¿
V ∞=−Vsat V 0=0.7 V
Despejando nos queda#
t =− R . C . ln
(
V ∞ −Vc V ∞−V 0
)
=− R 3 . C 2 . ln
(
−Vsat − V ¿ −Vsat −0.7 V
)
0i aplicamos la condición de
R2=
R1 5
obtenemos que
=
t
R 3. C 2
5
'a condición establecida es que el pulso de salida ten"a una lon"itud de -7 se"undos, por tanto# R 3. C 2 R 3. C 2 −→ 10 = −→ R 3. C 2=50 t = 5
5
1or tanto los valores para satis(acer la ecuación serian# R3=5 0 0 KΩ
C 2 =100 μF
continuación se muestra el circuito y la simulación correspondiente#
20V
10V
0V
-10V
-20V 0s V( R1:1 )
2s V( V6: +)
4s
6s
8s
10s
12s
14s
16s
18s
Time
0iendo el pulso cuadrado la se3al de salida naranja! y el pulso de entrada la se3al trian"ular ne"ativa verde!
20s
