Comenzaremos a estudiar uno por uno los componentes que forman los distintos circuitos digitales que integran un ordenador personal.

A veces interesa, en lógica, producir un impulso de cierta duración cuando aparece un cambio de nivel en algún punto del circuito. Para ello, se puede emplear un circuito derivador sencillo: el formado por un condensador y una resistencia, según la ilustración correspondiente.

Si suponemos que, inicialmente, el condensador está descargado, entonces, al llegar la subida de la tensión de entrada, la placa derecha del condensador se pone instantáneamente a tensión alta y, luego, el condensador, se va cargando exponencialmente a través de la resistencia con una constante de tiempo RC.

El condensador se queda, pues, con la placa de la izquierda a la tensión de entrada y la placa de la derecha a la tensión de salida. Cuando llega la bajada de la tensión de entrada, la placa de la derecha baja instantáneamente hasta el valor negativo de la tensión de entrada y, seguidamente, el condensador se va descargando exponencialmente a través de la resistencia con constante de tiempo RC. Todo esto lo podemos observar en la ilustración correspondiente.

A partir de este simple circuito podemos obtener generadores de impulsos; comencemos por el más elemental.

Si acoplamos un transistor a la salida del anterior circuito RC, tendremos entonces un generador de impulsos rectangulares de tiempo de duración fijos, los cuales se producen cada vez que hay una subida de tensión en la entrada. El circuito básico lo podemos ver en la ilustración correspondiente.

El tiempo de duración del impulso depende de la constante RC y de la tensión de entrada. Según la ecuación de la exponencial de carga del condensador, se pueden obtener algunos valores representativos de tiempo y tensión en la base del transistor. Si a la tensión de entrada la denominamos E, al valor del condensador C y al de la resistencia R, tendremos la siguiente tabla:

TIEMPO TENSION BASE

0,5*RC 0,607*E

1*RC 0,368*E

2*RC 0,135*E

3*RC 0,050*E

Por tanto, cuanto mayores sean la constante RC y la tensión de entrada, más tiempo tardará en cortarse el transistor y mayor será el tiempo de duración del impulso.

Un multivibrador monoestable tiene un estado estable y otro casi estable. Este circuito permanece en su estado estable hasta que una señal de disparo provoca la transición al estado casi estable. Posteriormente, al cabo de un tiempo, el circuito vuelve a su posición estable. Por tanto, se ha generado un solo impulso y, en consecuencia, el circuito se denomina de disparo único.

Dicho de otra manera, un multivibrador monoestable es un circuito que funciona de forma que, al aplicar un impulso a la entrada, se obtiene en la salida un impulso de una duración siempre constante y que está fijada por el valor de una resistencia y un condensador.

Con componentes discretos, el circuito es de la forma que se indica en la ilustración correspondiente. El diseño del circuito se hace de modo que el estado estable se produzca con el transistor T1 cortado y el T2 saturado. Si se satura T1, introduciendo un impulso positivo en su base, el condensador que poseía en su placa izquierda la tensión de alimentación positiva, y en su derecha cero, tendrá ahora en su placa izquierda 0 voltios y, por consiguiente, su placa derecha pasa instantáneamente a tener la tensión de alimentación negativa, con lo cual se corta el transistor T2 y la tensión en la salida se pone alta.

El condensador se va descargando a través de R2 siguiendo un proceso transitorio exponencial. Cuando la placa derecha del condensador llega a 0,7 voltios, no puede subir más porque el transistor T2 empieza a conducir y, con el tiempo, se satura, por lo que la salida vuelve a estar en nivel bajo.

El transistor T1 se corta y el condensador se vuelve a quedar como al principio, recuperando todo el circuito su estado estable. Por consiguiente, en este circuito, aplicando un impulso en la entrada, se obtiene un impulso en la salida de una duración fijada por la descarga del condensador a través de la resistencia R2.

Podemos construir un multivibrador monoestable a partir de un amplificador operacional con un circuito un poco más complicado, pero mucho más utilizado en circuitos digitales, y que se puede ver en la ilustración correspondiente. Veamos el funcionamiento de este diseño: supongamos que se halla en estado estable con la salida a una tensión +V y el condensador a la tensión del diodo D1. Si la amplitud del disparo es mayor que el producto de la ganancia del amplificador por +V menos la caída de tensión en el diodo hará que el comparador pase a una salida con tensión -V.

Si reparamos en la ilustración correspondiente, observaremos que el condensador C2 se cargará exponencialmente a través de R1 hacia -V, con una constante de tiempo igual a R1*C2, ya que D1 queda con polarización inversa.

Cuando la tensión en el condensador C2 se hace más negativa que la ganancia por -V, la salida del comparador retorna a +V, empezando entonces a cargarse el condensador C2 hacia +V a través de R1 hasta que la tensión del condensador alcanza la caída de tensión en el diodo D1, y C2 queda otra vez fijado en la tensión de diodo.

El ancho del impulso de disparo debe ser mucho menor que la duración del impulso generado. El diodo D2 no es esencial, pero sirve para evitar un funcionamiento incorrecto si en la línea de disparo se presenta un pico positivo de ruido.

Puesto que el disparo único genera una onda rectangular que se inicia en un instante de tiempo definido, y entonces puede utilizarse para excitar otras partes del sistema, recibe el nombre de circuito de disparo. Además, como provoca una transición rápida en un tiempo predeterminado después del disparo de entrada, se denomina también circuito retardador de tiempo.

Tenemos que significar que la tensión del condensador no alcanza su valor de reposo hasta después de un tiempo mayor que la duración del impulso generado. Por tanto, existe un tiempo de recuperación igual a la diferencia de ambos tiempos durante el cual no puede dispararse nuevamente el circuito. Es decir, que un disparo de sincronización debe retrasarse respecto al impulso de entrada inmediato anterior en, por lo menos, el tiempo que alcanza el condensador su valor de reposo.

Así mismo, hay otros circuitos mediante los cuales puede evitarse este inconveniente, y son los llamados multivibradores monoestables redisperables.