Oscilador biestable con transistor NPN

Propósito:

oscilador astable que provoca un parpadeo en los LEDs
Materiales:

-Batería
-2 resistencias de  330 ohmios (naranja, naranja, café, dorado) R1 y R2
-2 resistencias de 15 k (café, amarillo, naranja, dorado) R3 y R4
-2 Diodos LEDs (D1 y D2)
-2 Transistor NPN (2N3904) Q1 y Q2
-2 condensadores electrolíticos 100 uf C1 y C2

Procedimiento:

Arme el circuido del dibujo. 

Cuando energice los LEDs se encienden alternadamente


Explicación del procedimiento:

Estado 1: Q1 conduce, Q2 en corte

Un astable tiene dos estados, y ambos son inestables, de forma que el circuito alterna continuamente uno con otro. Empecemos por el estado 1. Al contrario de otras explicaciones que veréis, yo no voy a partir de cuando se aplica tensión. Está el circuito justo al empezar el estado 1, como si acabara de conmutar desde el estado 2. De momento tendréis que creer en estas condiciones iniciales, pero al final entenderá el por qué.

Al comienzo del estado 1:

Q1 está en conducción.
Q2 está en corte.
C1 está cargado positiva-mente con un potencial de Vcc - 0.7.
C2 está cargado negativamente (el terminal + está a menos tensión que el -) con un potencial de -0.7V. Como Q2 está en corte vamos a considerar que no pasa corriente por sus terminales. Así imaginariamente sacamos Q2 del circuito. Como Q1 está en conducción, su unión Base-Emisor es como un diodo polarizado en directo (sustituimos esta unión por un diodo); y al estar saturado suponemos que la pérdida de tensión Emisor-Colector es mínima (sustituiremos esta por un conductor).

C2 va a cargarse a través de R4 y la base de Q1. Así pues C2, que empezó con -0.7V va a cargarse hasta Vcc-0.7V (no llega a Vcc porque 0.7V es la caída de tensión B-E de Q1). Y además esta carga será muy rápida porque R1 y R4 serán de un valor muy bajo comparadas con R2 y R3.

Mientras tanto C1, que partía con Vcc-0.7 voltios positivos, ahora está conectado del revés. Así que empieza a descargarse (o a cargarse negativamente, da igual) a través de R2. Esta carga será más lenta. Desde los Vcc-0.7 hasta... en teoría hasta -V (suponemos el menos para indicar que está invertido), pero no va a llegar ahí. Porque cuando C1 alcanza los -0.7V, su terminal + está a masa y el - tiene ya 0.7V, y este último está conectado a la base de Q2. ¿Qué pasa cuando cuando a un NPN le aplicamos a su base 0.7 voltios más que a su emisor?

La tensión BE de Q2 es 0.7 más o menos, mientras la tensión en la base esté por debajo de ese valor no va a conducir. En el momento en que se alcanza esa tensión ya sí conduce. La base de Q2 queda polarizada a través de R2.

Recordemos que a estas alturas C2 se había cargado completamente hasta Vcc-0.7. Pues cuando Q2 pasa a conducción conecta a masa el terminal + de C2, mientras el - sigue aplicado a la base de Q1. Es como si se aplicara el condensador, invertido, a Q1. La base de Q1 recibe de golpe -(Vcc-0.7) que lo lleva inmediatamente al corte. Pudiendo incluso provocar una ruptura de la unión por avalancha. En estas condiciones entramos al estado 2.

Estado 2: Q1 en corte, Q2 conduce

Tal como hicimos para el estado 1, vamos a describir las condiciones iniciales del estado 2. Que son las del párrafo anterior.

Al comienzo del estado 2:

Q1 está en corte.
Q2 está en conducción.
C1 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V.
C2 está cargado positivamente con un potencial de Vcc - 0.7.Haciendo lo mismo que antes, vamos a eliminar Q1 del circuito y vamos a sustituir Q2 por un diodo y un puente.

Vemos que C1 va a ir desde -0.7V hasta los Vcc-0.7V, rápidamente pues R1 es pequeña.
C2 va a (des)cargarse lentamente a través de R3 desde los Vcc-0.7V hasta los -Vcc,¡MENTIRA! sólo va a llegar hasta -0.7V. Porque cuando llegue ahí Q1 va a conducir, va a llevar a masa el + de C1 y va a aplicar a la base de Q2 toda la carga de C1 invertida, llevándolo al corte. Y provocando el estado 1 de nuevo.

Vemos que cuando eso pase tendremos:

Q1 está en conducción.
Q2 está en corte.
C1 está cargado positiva-mente con un potencial de Vcc - 0.7V.
C2 está cargado negativamente con un potencial de -0.7V. Que son justamente las condiciones iniciales que dimos para el estado 1. Así el ciclo se repite indefinidamente.