¿Cuándo se carga y descarga el condensador en un circuito multivibrador astable?

Primero algunos antecedentes.

Los transistores de unión bipolar (BJT) son dispositivos en los que la corriente de base emitida, que es la corriente que fluye entre la base y el emisor, controla la corriente del colector-emisor. En otras palabras, cuando una corriente fluye a través de la base del transistor, una corriente típicamente mayor fluye a través del colector.

Mientras que la corriente es variable, el voltaje en la base del transistor permanece bastante constante cuando se polariza en forma directa independientemente de (*) de la corriente, y para un dispositivo de silicio generalmente está en la región de 0.7V.

Ahora veamos el circuito del multivibrador.

Comencemos suponiendo que Q2 está desactivado y Q1 está activado. En esta configuración, Out2 se tira a 9V, y la base de Q1 está a 0.7V (por lo tanto, hay 8.3V en C2). Out1 se reduce a 0 V en Q1, y C1 se carga hasta 8.3V.

En esta configuración, la base de Q1 se conduce a través de R3, lo que permite que C1 se descargue a través de R2 y el colector de Q1.

Amedidaquesedescarga,alcanzarálos0V,yluegocomenzaráacargarseenlapolaridadopuestahastaqueelvoltajeenlabasedeQ2finalmentealcancelos0,7V.Enestepunto,Q2estácomenzandoaencenderseamedidaquelacorrientefluyehacialabase.

EnelmomentoenqueQ2seenciende,sucolectorsebajaa0V.Sinembargo,C2todavíasecargahasta8.3V,yaquenotieneposibilidaddedescargarse.Debidoaquelaplacadelamanoderechasehabajadoa0V,laplacadelamanoizquierdadebecolocarsea8,3Vpordebajodeesto,loquesignificaquelabasedeQ1ahorasebajaa-8,3V,quelaapaga.

Ahora,loquesucedenofluyecorrientehacialabasedeQ1,perohayunaresistenciadepull-upde+9V-atravésdeR3.EntoncesesatravésdeR3queC2comienzaadescargarsehastaquealcanza0V.Unavezquellegaa0V,ahoracomienzaacargarsenuevamente;recuerdequeseelevahasta+9V.Almismotiempo,C1ahoraseestácargandoatravésdeR1ylabasedeQ2hacia+9VporqueQ1ahoraestáapagado.

Alalcanzar0V,C2secargahastaquelabasedeQ1alcanza+0.7Vnuevamente.

Enestepunto,Q1seenciende,loqueempujainmediatamentelabasedeQ2a-8.3VdebidoaqueC1loapaga.Elcicloserepite.

Básicamente,losdoscondensadorescarganydescarganloscondensadores.Cuandountransistorestáapagado,elcondensadorcorrespondientesecargaatravésdelaresistenciadepull-upenelcolector.Cuandoeltransistorseenciende,generaunvoltajenegativoenelladodelabasedelcapacitorcorrespondiente,loquepermitequesedescargueatravésdelaresistenciadepull-upenlabase.

Hayuna simulación agradable del Multivibrador Astable en los ejemplos del Circuito de Java de Falstad Simulador.

^{(*) Técnicamente es variable, pero solo en un rango pequeño, similar a la tensión directa de los diodos}

Dado que los transistores se invierten de la base al colector y los dos forman un circuito de retroalimentación positiva con ganancia > 1.

Cuando el transistor TR2 está ENCENDIDO (Activo bajo), TR1 está APAGADO y el tiempo de retardo formado por el retardo de extracción RC con R3C2 hasta que Vbe1 alcance 0.65 V, luego TR1 se enciende y C1 apaga TR2 y el proceso se repite a través de las partes complementarias. / p>

Este reloj se llama ASTABLE, lo que significa que no es estable y que cambia constantemente. Los retrasos de R3C2 y R1C2 aumentan de Vce (sat) ~ 0.1V a 0.65V (Vbe (sat) que es menos swing que el 60% aproximadamente de V + donde se define RC = T).

La versión más fácil utiliza un disparador Schmitt 'HC14

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El principio básico es que no puede cambiar instantáneamente el voltaje a través de las placas de un condensador .

Como muchos osciladores, este astable requiere un ligero desequilibrio en los valores de los componentes. Debido a este desequilibrio cuando se aplica potencia, uno de los transistores se encenderá más rápido que el otro. Digamos que esto es Q1.

Inicialmente, ambos condensadores tendrán 0V en sus placas.

Diagrama 1. Inicialmente, ambas placas de C1 serán 0V. C2 desearía tener ambas placas a 9 V, pero la unión del emisor de base sujeta la base de Q1 a 0,7 V (aprox.). Lo que significa que Q1 está activado y Q2 está desactivado.

Diagrama 2. La placa de C1 se carga a través de R2 (se espera que llegue a 9v) hasta que alcance 0.7V.

Diagrama 3. En este punto, Q2 está activado. El voltaje en el colector de Q2 cae rápidamente (de 9V a 0V). Este borde descendente tira de la base de Q1 a -8.3V (+0.7 - 9V = -8.3V). Al mismo tiempo, el colector de Q1 sube de 0V a + 9V (flanco ascendente). A C1 le gustaría que la otra placa suba de 0.7V a 9.7V (un paso de 9V) pero está sujeta por el emisor de base de Q2 a 0.7V. Esta retroalimentación positiva tiene el efecto de aumentar la acción de conmutación de Q2 momentáneamente sobre la conducción de la base. En una nota práctica:

R3 ahora intenta cargar C2 a un voltaje final de 9V desde - 8.3V.

Diagrama 4. Cuando la base de Q1 alcanza 0.7V, se conecta y el voltaje en su colector cae de 9V a 0V, lo que hace que el voltaje en C1 pase de 0.7V a -8.3V. . Esto apaga el Q2 haciendo que el voltaje del colector aumente de 0V a 9V. La otra placa de C2 desearía subir a 9.7 V pero está sujeta por el emisor de base Q1. Esto le da un impulso adicional de corriente a la base de Q1 al encenderla por completo.

Desde este punto, los transistores se activan y desactivan alternativamente (4-3-4-3-4 y así sucesivamente).

En una nota práctica:

El principio básico del condensador nunca se viola en el astable, la carga y la descarga suceden muy rápidamente y tendemos a ignorar los pequeños fallos de borde en las bases, ya que no son parte del tiempo astable.

Las uniones de base-emisor de un BJT tienen un voltaje de ruptura bastante bajo en el orden de aproximadamente 6V. Esto significa (para un tipo NPN) que se descompondrá si la base se toma más de 6V negativa para el emisor y actúa como un diodo zener de 6V. Esto modifica la forma en que funciona el astable (aunque aún funciona), por lo que a voltajes operativos más altos (por ejemplo, 9V) no siempre obtenemos el valor negativo que creemos que deberíamos obtener.

(1) Se ejecuta un poco más rápido de lo que sugiere el cálculo de los tiempos de RC (no suele ser un problema).

(2) Eventualmente, el emisor de los transistores se dañará por picaduras y pueden dejar de funcionar.

Al poner diodos en serie con las bases, este efecto se puede eliminar fácilmente.