Instituto Tecnologico de Costa RicaEscuela de Ingenierıa ElectronicaProfesores: Ing. Eduardo Interiano, M.Sc., Ing. William Marın, Ing. Roberto Pereira, M.Sc.Laboratorio de Elementos ActivosI Semestre 2006

Experimento 5: Transistores BJT como interruptores: Multivibradores

I Objectivo General

Al finalizar el experimento y su analisis, el estudiante estara en capacidad de explicar el fun-cionamiento de un transistor funcionando como interruptor en circuitos multivibradores.

II Objetivos Especıficos

1. Explicar el comportamiento del transistor como interruptor y analizar sus caracterısticasen las regiones de corte y saturacion.

2. Explicar el funcionamiento de circuitos multivibradores monoestables, biestables y as-tables con transistores BJT, y poder modificarlos para adecuarlos a especificacionesindicadas.

III Cuestionario Previo

1. Busque las hojas de datos de los diodos y transistores utilizados en este laboratorio.Observe que la corriente nominal de los LED por usted utilizados debe conocerse parapoder dimensionar los circuitos utilizados en el laboratorio.

2. Investigue el funcionamiento del transistor como interruptor. ¿Que significa que eltransistor trabaje en su region de saturacion? ¿Que es la region de corte?

3. En la region de saturacion: ¿Que valor tıpico se puede esperar para la caıda de tensionUBE entre la base y el emisor del transistor? ¿Que tension UCE cae usualmente en estecaso entre colector y emisor?

4. En la region de corte: ¿Que valor tıpico se puede esperar para la caıda de tension UBE

entre la base y el emisor del transistor? ¿Cual es la magnitud de las corrientes IC decolector e IE de emisor?

5. Investigue que son circuitos multivibradores monoestables, astables y biestables. Analiceel funcionamiento de los circuitos multivibradores basados en BJT a un nivel conceptual.

6. Investigue como se puede cambiar entre los estados estables del multivibrador biestablemostrado en la figura 1.

7. Simule el circuito de la figura 1 y produzca cambios de estado de acuerdo a sus resultadosen el punto anterior. Mida y grafique las tensiones en las bases de los transistores, ensus colectores.

1

RC1RC2

RB2RB1

Usal2Usal1

UCC = 5 V

Q1 Q2

Figura 1: Circuito multivibrador biestable. RC1= RC2

= 1 kΩ, RB1= RB2

= 10 kΩ

8. Investigue como tiene que ser la entrada de disparo para que el multivibrador monoestablede la figura 2 se active.

9. Analice el circuito de la figura 2 y demuestre que la caıda de tension en la base deltransistor Q2 esta dada por la ecuacion

UB2(t) = UCC + (U0 − UCC)e−t/(RB2

C) (1)

donde U0 = UBEsat− UCC , y UBEsat

es la tension entre base y emisor del diodo ensaturacion, y t = 0 es el instante de disparo.

10. Demuestre que el ancho del pulso de salida esta dado entonces por:

T = RB2C ln

(

U0 − UCC

UBEsat− UCC

)

(2)

11. Simule el circuito de la figura 2 y grafique la tension de salida Usal, y la tension en labase de Q1 y Q2, y en el condensador C. En la simulacion utilice para los disparos unasenal cuadrada a diferentes frecuencias mayores y menores que 1/T .

12. Analice el circuito de la figura 3 y demuestre que la caıda de tension a la salida Usal

tiene una frecuencia aproximadamente igual a

f =1

T≈

1,3

RB1C1 + RB2

C2

(3)

donde la senal de salida Usal es aproximadamente UCC durante

tON = RB2C2 ln

(

UCC − U0

UCC − UBEsat

)

2

RC1RC2

RB2

RB1

2 kΩ

C

Usal

UCC = 5 V

D1 D2

0,1 µF

Disparo

Q1 Q2

Figura 2: Circuito multivibrador monoestable. RC1= RC2

= 1 kΩ, RB1= RB2

= 10 kΩ

y es aproximadamente 0 V durante

tOFF = RB1C1 ln

(

UCC − U0

UCC − UBEsat

)

13. Simule el circuito de la figura 3 y grafique la tension de salida Usal, la tension en la basede Q1 y Q2, y la tension en los condensadores.

14. ¿Como debe modificarse el circuito de la figura 3 para:

14.1. duplicar la duracion de un periodo?

14.2. que en un periodo la senal de salida tenga un ciclo de trabajo del 20 %, manteniendola frecuencia?

14.3. que en un periodo la senal de salida tenga un ciclo de trabajo del 80 %, manteniendola frecuencia?

15. ¿Como puede modificarse el circuito de la figura 3 para que la carga consista en dos LEDque alternativamente se enciendan y apagan con una frecuencia cada uno de 0,5 Hz.

16. Los resultados de todas las simulaciones con los tres circuitos deben ser presentados alprofesor antes de realizar las pruebas experimentales.

3

RC1RC2

RB2RB1

C2 C1

Usal

UCC = 5 V

Q1 Q2

Figura 3: Circuito multivibrador astable. RC1= RC2

= 1 kΩ, RB1= RB2

= 10 kΩ

17. En la sesion de laboratorio no se utilizan los circuitos mostrados en las figuras, sinomodificaciones propuestas por usted. Revise el procedimiento y realice todos los disenosallı indicados antes de la sesion de laboratorio. Monte sus circuitos antes de la sesionde laboratorio.

4

IV Materiales y Equipo

Los numeros indicados son las cantidades necesarias de componentes para montar todos cir-cuitos, que deben estar listos antes de la sesion de laboratorio.

1 fuente CC1 generador de funciones1 osciloscopio de rayos catodicos (ORC)1 aislador de tierras (tapon aislador)1 multımetro digital1 placa de montaje de prototipos (protoboard)

alambre aislado 26/24AWG, cables, alicates6 transistores NTE123, 2N2222 o equivalentes2 diodos de conmutacion rapida (por ejemplo 1N914, NTE519 o equivalentes)6 resistencias de 1 kΩ1 resistencia de 2 kΩ6 resistencias de 10 kΩ1 condensador de 0,1 µF3 condensadores dimensionados por el estudiante6 resistencias dimensionadas por el estudiante3 LED rojos3 LED verdes

V Procedimiento

1. Es importante antes de comenzar que:

• aisle la tierra del osciloscopio (use el enchufe aislador) respecto a la tierra de lafuente.

• comente todos sus circuitos con el profesor antes de aplicarles energıa electrica.

2. Modifique el circuito de la figura 1 para reemplazar cada carga resistiva (RC1y RC2

)por un LED en serie con una resistencia, que usted debe dimensionar para que limite lacorriente a un maximo igual a la corriente nominal del LED.

3. Compruebe el funcionamiento del circuito biestable. Para ello utilice el mecanismo decambio de estados por usted sugerido en el cuestionario previo y discutido con el profesor.Note que puede danar los transistores si utiliza algun mecanismo no apropiado.

4. Modifique el circuito de la figura 2 para reemplazar las cargas resistivas (RC1y RC2

)por LED en serie con resistencias dimensionadas como en el punto 2 del procedimiento.Ademas, dimensione RB2

y C para que el estado inestable perdure 1 segundo.

5. Verifique el funcionamiento correcto de su circuito produciendo disparos en forma manualy observando el tiempo que perdura el estado inestable.

5

6. ¿Que ocurre si el diodo D1 es reemplazado por un corto-circuito y el diodo D2 por uncircuito abierto?

7. Modifique el circuito de la figura 3 para reemplazar las cargas resistivas por LED enserie con resistencias dimensionadas como en el punto 2 del procedimiento. Ademas,dimensione RB2

y C para que cada estado perdure 1/2 segundo.

8. Compruebe el funcionamiento correcto de su circuito.

VI Evaluacion

1. Investigue aplicaciones para los circuitos multivibradores biestables, monoestables y as-tables.

2. Revise como se se pueden modificar los tiempos de los estados inestables en los mul-tivibradores monoestable y astable. Resuma resultados con formulas para calcular losvalores de los componentes correspondientes.

3. ¿Como puede utilizarse el multivibrador astable para medir la capacitancia de un con-densador?

4. ¿Por que deben ser los diodos en el circuito 2 de conmutacion rapida?

5. ¿Como se deben modificar los circuitos monoestables si se utilizan transistores BJT deltipo PNP?

PAM/pam, 1 de marzo de 2006

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