Abans de fer aquesta pràctica cal haver fet, o al menys llegit, l'anterior: Multivibrador astable.
A la fig. 1 s'indica l'esquemàtic bàsic per analitzar el funcionament del circuit.
fig. 1
En el circuit d'un multivibrador astable s'afegeixen un díode D en paral·lel amb C i un polsador P , del tipus normalment obert, en paral·lel amb Ri .
En la situació que s'indica a la fig. 1 -polsador obert, és a dir, no accionat - , la tensió de sortida Vo només pot romandre en el seu valor de saturació positiu V+oSat com es veurà de seguida. Quan Vo és positiva:
1) La tensió de transició Vt de l'entrada no inversora de l'AO val:
2) La tensió Vi de l'entrada inversora de l'AO, a la qual està carregat el condensador C , és igual a la caiguda de tensió directa del díode: Vi ≅ Vγ -raoneu-ho.
3) Com que Vt >> Vi , la tensió de sortida de l'AO necessàriament he de romandre positiva.
Es veu, doncs, que aquest circuit només té un sol estat estable; d'aquí el nom monostable.
Si es polsa instantàniament P , Vt passa a valdre 0 V en aquest instant i al ser Vi > 0 la sortida de l'AO commuta a Vo = V-oSat . La tensió de transició passarà a valdre Vt = βV-oSat i el condensador C es començarà a carregar negativament a una velocitat determinada per la constant de temps RC . Observeu que, ara, el díode és com si no i fos ja que queda polaritzat a la inversa. Quan Vi superi, en valor absolut, el valor de Vt , la sortida de l'AO commutarà a Vo = V+oSat i així romandrà fins que es polsi de nou P -raoneu tot això. L'estat en el qual el circuit roman des que s'acciona el polsador fins que es produeix de nou la transició se'n diu metastable. El temps que el circuit roman en estat metastable depèn de la constant de temps RC .
A la fig. 2 es poden veure les formes d'ona del circuit monostable, on s'assumeix que la pulsació és pràcticament instantània.
fig. 2
fig. 3
fig. 4
fig. 5
A la fig. 6 es pot veure amb més detall el tipus de polsador emprat. S'han soldat dos trossets de conductors rígids als terminals per poder inserir-lo a la protoboard.
fig. 6
Relació de components:
Totes les resistències són de 0,25 W de dissipació.
Procediment i suggeriments:
• Compte amb la polaritat del condensador electrolític !!! El terminal negatiu del condensador ha d'anar a l'entrada inversora de l'AO -fixeu-vos en les fig. 3 i 4. Els condensadors electrolítics poden explotar si no es respecta la polaritat que duen marcada !!!
• Seleccioneu la sensibilitat de l'oscil·loscopi a 5 V/Div i la base de temps a 2 ms/Div.
• A la pantalla de l'oscil·loscopi comproveu que Vo = V+oSat val uns 11 V.
• En el multímetre seleccioneu l'escala de 20 V i mesureu la caiguda de tensió directa Vi del díode.
• Premeu el polsador, fent una pulsació instantània, per comprovar a la pantalla de l'oscil·loscopi que Vo canvia a V-oSat ≅ -11 V . Espereu-vos uns segons a que Vo passi de nou a V+oSat . Aquest temps d'espera correspon a l'interval de temps t1 que el circuit roman en estat metastable. Observació: entre dues pulsacions consecutives cal esperar un temps superior a t1+t2 .
• Per mesurar t1 premeu de nou el polsador a la vegada que engegueu el cronòmetre i mesureu el temps que tarda Vo a canviar de V-oSat a V+oSat , que ha de ser d'uns 10 s . Per contrastar aquest resultat experimental amb el previst empreu (2), amb els valors nominals dels components i el valor de la c.d.t directa Vi del díode mesurada anteriorment. Empreu també (3) per comparar aquest valor aproximat amb l'obtingut amb la (2).
• Premeu novament el polsador, observeu en el voltímetre com evoluciona la tensió Vi i raoneu si aquesta evolució està d'acord amb les previsions teòriques.
• Ja heu vist que els valors inicial i final de Vi són la c.d.t. directa en el díode. Premeu novament el polsador, a la vegada que engegueu el cronòmetre, per mesurar el temps que tarda Vi en recuperar el seu valor inicial. Aquest interval de temps serà t1+t2 . Com que abans hem mesurat t1 , per diferència podem trobar t2 . Per contrastar aquest resultat experimental amb el previst, empreu (5). Empreu també (6) per comparar aquest valor aproximat amb l'obtingut amb la (5).
• Observació: Quan el circuit roman en l'estat estable, la polaritat de la tensió en borns de C no és la adequada, això no obstant, aquesta tensió és inferior a 1 V i no representa cap perill per al condensador.
• Observació: En comptes del multímetre es pot emprar l'altre canal de l'oscil·loscopi, que també resulta molt il·lustratiu -comproveu-ho.
• Si es manté premut el polsador, la tensió de sortida esdevé un senyal periòdic -comproveu-ho. Si a la (5) de la pràctica anterior: Multivibrador astable, es fa tendir Ri a zero, el període T també tendeix a zero, és a dir, una freqüència que tendeix a infinit. A la pràctica, però, la resistència de contacte del polsador no és nul·la, així com tampoc ho són les resistències de contacte de la protoboard ni dels conductors emprats en el muntatge del circuit. Així, Ri serà molt petita en aquestes condicions, però no nul·la. La mesura del període T ens permet calcular el valor conjunt d'aquestes resistències paràsites inevitables.
Separeu Ri de la (5) de la pràctica anterior i tindreu:
El valor de la constant de temps, que s'ha d'haver calculat anteriorment, ha d'haver donat:
RC = 22·103·220·10-6 s = 4,84 s
Suposant que la mesura de T hagi estat de 5,5 ms , substituint aquest valor i el de RC a la (7), tenim:
En aquestes condicions, el valor de β serà:
i el valor de pic de Vi serà: Vi pic = β·V+oSat = 2,85·10-4·11 V = 3,14 mV . Aquesta tensió, de l'ordre d'uns quants mV, és molt més petita que la tensió llindar del díode i, en conseqüència, és com si aquest no hi fos. Seleccioneu l'escala de 5 mV/Div per a poder observar bé Vi i feu la prova d'extreure el díode per comprovar que les formes d'ona no s'alteren -raoneu tot això.
• Proveu amb altres valors de R i de C .
