Análisis del circuito astable (oscilador) mostrado, realizado con el Circuito Integrado 555
Circuito oscilador o astable de onda cuadrada
El circuito integrado 555 es usado como monoestable o astable la diferencia es que en el mono estable es que tiene ser que activado por un pulso (entrada de pulso) y en astable es automático y continuo, el 555 tiene un transistor de descarga, ahora se supondrá que el 555 se encuentra en nivel alto entonces el transistor de descarga no conducirá y el condensador C1 se cargara hasta alcanzar la tensión de VCC a través de R1 y R2, finalmente, la tensión del condensador excederá los 2/3 de VCC, haciendo que el comparador de umbral dispare un biestable (flip flop), provocando que el transistor de descarga se active por lo tanto el 555 pasara a un nivel bajo, el capacitor C1 ahora se descarga a través de R2, llegando a 1/3 de VCC y esto activara el comparador de disparo, el cual hará que el circuito integrado regrese a su estado inicial y así sucesivamente.
Los tiempo y periodos de oscilación depende de:
Un tiempo alto.
La frecuencia de oscilación depende de:
Ahora veremos la simulación y por que los tiempos de alto bajo dependen de la carga del capacitor y de la resistencia.
Se puede observar en la figura anterior la señal del salida del 555 de color azul y la carga y descarga de un condensador con el color amarillo, lo que sucede es que a medida que hay una carga del capacitor se va produciendo un pulso alto en la salida del 555 y la resistencia limitara para que el capacitor no se cargue rápido y no llegue a los 2/3 aproximadamente de VCC, entonces esto provoca un tiempo en alto, el cual se puede prolongar y es por eso que depende de las resistencias y del capacitor, para el oscilador astable anterior se tiene un valor de:
Calculo de periodo alto
Una vez que la carga llega a 2/3 de VCC se activa un biestable el cual activa un transistor de descarga, de esta manera el capacitor es descargado hasta la tercera parte de VCC y es por eso que para determinar el tiempo bajo depende de la resistencia y del capacitor.
Calculo de periodo bajo
En algunas paginas se puede hallar estos valores rápidamente los tiempos hallados anteriormente será comprobados a continuación:
Calculo del periodo del oscilador con 555 a través de internet.
En la figura anterior podemos observar los valores de la resistencia 1 y 2 y el valor del capacitor y en la parte inferior nos da los resultados, donde T es el periodo de cada pulso la suma de T alto y T bajo, f la frecuencia y por ultimo el Ton que es el tiempo en alto y Toff que es el tiempo en bajo, como se puede observar los tiempo de Ton y Toff son casi iguales, lo que lo hace un generador de pulsos.
De acuerdo a las ecuaciones anteriores también podemos diseñar un oscilador a cierta frecuencia, por ejemplo se desea tener los valores de la R1, R2 y del capacitor para generar una frecuencia de 20 Hz, entonces:
Se debe tener en cuenta los valores comerciales de los componentes.
Diseño de un oscilador de 20 HZ
El valor hallado anteriormente será comprobado.
Simulación de un oscilador de 20 HZ
Comprobación de un oscilador de 20 HZ online
Circuito Integrado 74164
El 74164 es un registro de desplazamiento el consta de dos entrada de datos A y B, una entrada de reloj CLK y un pin para reiniciar o puesta a cero los biestables internos, tiene 8 salidas de QA hasta QH por los cuales podemos visualizar los datos que se an desplazando con la ayuda de la señal de reloj.
El funcionamiento de este circuito digital secuencial en el que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores. en su interior contiene biestables tipo D conectados en serie pero actuando todos con la misma señal de reloj lo que se puede decir que están sincronizados, el bit menos significativo es la salida QA y el de mayor es el QH.
Si deseamos colocar 1 lógico en la salida QA tendremos que colocar un 1 en las entradas A, B y aplicando un flanco de subida en la entrada de reloj. En la siguiente tabla de verdad veremos como se comporta.
Tabla de verdad del registro de desplazamiento 74164
"X" Puede ser cualquier nivel lógico L o H.
Los biestables del circuito se activan por un flanco ascendente de la señal de reloj.
Este registro de desplazamiento no es bidireccional, es sentido de los bits es de QA hasta QH.
PINOUT del 74164
Simulación
Ahora veremos el funcionamiento del circuito de desplazamiento para comprobar la tabla de verdad que se coloco anteriormente.
Simulación del CI 74164
Según la tabla de verdad cuando la entrada de Reinicio esta en nivel bajo las salidas son nivel bajo.
Simulación del CI 74164 cuando R=L
Ahora veremos cuando R=H, veremos como varia según las entradas A y B.
Simulación del CI para R=H, A Y B en alto
Cuando R=H y las entradas A y B están en nivel alto entones a la salida tendremos una salida alta cabe resaltar que solo se generara la salida en cada flanco de subida del CLK.
Simulación del CI 74164 para R=H, A=H Y B=L
Simulación del CI 74164 para R=H, A=L Y B=H
En las ultimas la imagen se varia las entras A, B de alto a bajo por lo tanto tenemos un salida en bajo, por lo tanto se va desplazando un valor cero a través de las salidas QA y QH.
A continuación se vera como según el valor que se obtiene en el bit de mayor grado significativo puede variar en la salida.
Simulación del CI 74164 con realimentación
En la figura anterior podemos ver que se esta colocando un transistor como realimentación, el cual esta operando como una compuerta NOT, según el valor de la salida de QH este lo invierte y lo envía a las entradas del 74164 y realiza una realimentación enviado un nivel bajo o un nivel alto según la salida de QH.
Video de simulación.
Video del funcionamiento.
Conclusiones y observaciones.
- Se observo el funcionamiento de los diferentes tipos de registros de desplazamiento, con entrada en serie, salida en serie, con entrada en serie y salida en paralelo o los entrada en paralelo y salida en paralelo.
- Se vio el funcionamiento del registro de desplazamiento 74164 que la entrada esta en serie y la salida en paralelo.
- Se realizo la tabla de verdad del circuito de desplazamiento 74164, en el cual odemos ver que la salida depende del flanco de subida del pulso de reloj dado por el circuito astable, de las entradas A y B las cuales solo dan u valor alto cuando ambos son altos y por ultimo para reiniciar el registro se tiene una entrada de reinicio que si se pone a nivel bajo, las salidas se vuelven a bajo, sin importar las entradas y el flanco de subida.
- Se simulo un circuito donde el registro de desplazamiento esta realimentado con un transistor, el cual opera como una compuerta NOT que va hacia a las entradas del registro de desplazamiento.
- Se vio el funcionamiento de un oscilador astable con el integrado 555 el cual depende de la resistencia y más importante del capacitor para realizar la carga y descarga y de esta manera generar un tren de pulsos.
- Se hallo el tiempo que se va demorar en alto y bajo en el astable con el CI 555 y se comprobó con calculadoras online los cuales nos ayudan a determinar la frecuencia de oscilación.
Integrantes
- Marco Chevarria
- Saulo Huallpa Aguilar
- John Cruz Checa
