11.1 Disparador de Schmitt

La figura 11-1 muestra la gráfica de voltaje de entrada contra el voltaje de salida de un Disparador Schmitt TTL típico. A medida que aumenta el voltaje de entrada, la salida permanece en el nivel Bajo o valor 0 hasta que el voltaje de entrada tenga un valor aproximado de 1.8 V. en este umbral superior, la salida salta al valor lógico 1. Cuando el voltaje de entrada cae, la salida no regresa al valor lógico 0 sino hasta que el voltaje de entrada tenga un valor menor que el umbral inferior, que es aproximadamente 0.8 V. la diferencia entre los umbrales superior e inferior recibe el nombre de Histéresis del disparador de Schmitt y, para un disparador de Schmitt es la gráfica de la figura 11-1, tal como se muestra en la compuerta no inversora que aparece en la parte derecha de la figura.

Figura 11-1 Gráfica de voltaje de salida contra voltaje de entrada de un disparador de Schmitt

11.2 Uso de un disparador de Schmitt para convertir una onda irregular en cuadrada

El hecho de que el disparador de Schmitt tenga histéresis es la razón por la que puede utilizarse para obtener una cuadra a partir de otra onda, como la senoidal. Conforme aumenta el voltaje de entrada y sobrepasa el umbral superior, el voltaje de salida cambia de estado. El estado no cambiará de nuevo hasta que el voltaje de entrada tenga un valor menor que el umbral inferior. Lo anterior se ilustra en la figura 11-2, en la cual se utiliza un disparador de Schmitt inversor.

Nótese que el voltaje de entrada solo desciende hasta -0.7 V con respecto a tierra. Esto se debe a que la parte inferior de la onda senoidal ha sido recortada por los diodos de recorte de la entrada del CI 7414. Para proteger el diodo de recorte, se emplea un resistor limitador de corriente para introducir la onda senoidal.

La habilidad del disparador de Schmitt para producir una onda cuadrada a partir de una senoidal puede emplearse para obtener señales de reloj de 60 Hz y 120 Hz muy precisas a partir de la red de energía eléctrica de CA.

Figura 11-2 Uso de un disparador de Schmitt para obtener una onda cuadrada a partir de una senoidal.

Figura 11-3

Las compañías generadoras de energía eléctrica deben mantener con gran precisión la frecuencia de 60 Hz de la red. Esta frecuencia puede emplearse con facilidad en aplicaciones digitales. La figura 11-3 muestra tres métodos para convertir una onda senoidal de Ca en una onda cuadra digital con niveles TTL.

11.3 Reloj con Disparador de Schmitt

Un reloj es un oscilador o, como se conoce en ocasiones, un multivibrador astable y se utiliza en un circuito digital. La figura 11-4 muestra un reloj sencillo construido a partir de un disparador de Schmitt 7414. Cuando el punto A (que es la salida del inversor) tiene un nivel ALTO o 1 lógico, el capacitor se encargará a través del resistor de 1Kohm y la entrada TTL como se muestra en la figura 11-5A. Cuando el voltaje del capacitor alcanza el umbral superior del disparador de Schmitt, la salida del inversor cae a un voltaje 0, o nivel lógico 0. Esto hace que el capacitor se descargue a través del resistor de 1 Kohm, como se muestra en la figura 11-5B. Cuando el voltaje en el capacitor desciende hasta el umbral inferior, la salida del inversor cambia de nuevo a 1 lógico. Completando con esto un ciclo de reloj, como se muestra en la figura 11-5. Nótese que el capacitor se carga con una rapidez mucho mayor que con la que se descarga. Lo anterior se debe que la carga de éste se hace a través del resistor de 1 Kohm y la entrada TTL del inversor, pero sólo puede descargarse a través del resistor de 1 Kohm, proceso que es más lento.

Figura 11-4 Reloj con un disparador de Schmitt.

Figura 11-5 Un ciclo del reloj con disparador de Schmitt inversor

La frecuencia del reloj depende de la constante de tiempo RC de carga y descarga. Dado que la entrada del inversor TTL es una carga de suministro que ayuda a cargar al capacitor, el resistor no puede ser mucho mayor que 1 Kohm ya que de lo contrario el voltaje de descarga nunca será menor que el umbral inferior del disparador de Schmitt. Por consiguiente, es necesario mantener el resistor R con un valor próximo a 1 Kohm, pero el valor de C puede cambiarse, con lo que cambiará la constante de tiempo RC para la carga y descarga. La fórmula para la frecuencia de reloj, como una función del valor del capacitor y suponiendo que R es de 1 Kohm, es:

El segundo inversor se emplea como compuerta de aislamiento de corriente para excitar otros circuitos, sin afectar el funcionamiento del circuito de reloj.

El oscilador con un Disparador de Schmitt inversor CMOS 74C14. Al emplear un inversor CMOS, la impedancia de entrada es muy grande (alrededor de 10 M ohm), lo que significa que la entrada no actúa como carga de suministro, como sucede con el inversor TTL. Lo anterior significa que el resistor que se emplea en el circuito RC puede tener casi cualquier valor. Un disparador de Schmitt CMOS típico tiene una histéresis cercada a 2 volts cuando el voltaje de la fuente de alimentación es de 5 V. El voltaje de histéresis se vuelve más grande a medida que el voltaje de alimentación aumenta. La fórmula para la frecuencia aproximada del oscilador con disparador de Schmitt CMOS es la siguiente.

Ejemplo: calcule el valor del capacitor para un oscilador de 2 KHz construido a partir de un circuito con disparador de Schmitt similar al de la figura 11-4.

Solución:

El cálculo puede hacerse con la formula dada en el texto.

El resistor debe ser de 1 K ohm, y la frecuencia final será aproximadamente de 2 KHz debido a las diferencias en las impedancias de entrada del disparador de Schmitt invesor.

Autoevaluación para las secciones 11.1, 11.2 y 11.3

1. ¿cuál será la frecuencia aproximada del oscilador con disparador de Schmitt de la figura 11-4 si el capacitor tiene un valor de .15 microfarad? [3]

2. Dibuje las formas de onda de la entrada y salida de un disparador de Schmitt inversor utilizado para obtener una onda cuadrada a partir de una senoidal. [2]

3. ¿cuál es la histéresis típica de un disparador de Schmitt TTL? [1]

11.4 Uso como reloj del temporizador 555

El temporizador 555 es un CI temporizador de propósito general que puede emplearse en muchas aplicaciones. Para comprender su funcionamiento, primero es necesario entender la operación de un comparador de voltaje formado por un CI amplificador operacional. La figura 11-6 muestra un CI comparador de voltaje LM339. En este CI existen cuatro comparadores, cada uno con dos entradas, una marcada con + y la otra marcada con -. Cada comparador también tiene una salida de colector abierto que no es común en la mayoría de los amplificadores operacionales, lo que se debe a…

Reloj construido con un Disparador Schmitt inversor

El osciloscopio muestra la forma de onda de la salida en la traza superior de un oscilador con disparador de Schmitt, tal como el de la figura 11-4. La traza inferior muestra el aumento y disminución del voltaje en el capacitor entre los umbrales inferior y superior del disparador de Schmitt inversor.