Electrónica Digital. 01. Digital Básica-LIBROSVIRTUAL

F

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FDITORI-S Editor: Julio Goñi Director Editorial: Julio Rodríguez Director de Producción: Producción: Gregorio Goñi Ayudante de Producción: Producción: Begoña Piríz Coordinación Editorial: Claudia Encinas Director Administrativo: Administrativo: José Ma Muñoz Dirección y Realización Técnica: Videleo, S.L. Colaboradores: José Ma Villoch, Pablo de la Muñoza, Javier Cifrlan Vicente F&G Editores, S.A. C / Medea 4, 5a planta (Edificio ECU) ECU) 28037 Madrid Tlf: +34 91 327 01 00 Fax: +34 91 304 91 21 Números atrasados y Suscripciones: C/ La Forja, 27 28850 Torrejón De Ardoz Madrid Tlf: +34 91 677 70 75 Fax: +34 91 676 76 65 [email protected] Distribución en España: Coedis, S.A. - Ctra. Nacional II, Km. 602,5 08750 Mollns de Reí Barcelona Importador para Chile: Chile: Iberoamericana de Ediciones, S.A. C/ Leonor de la Corte, 6035 Quinta Normal Santiago de Chile Tlf: 774 82 87 - 774 82 88 Fax: 774 82 89 Distribución en Chile:  Alfa, S.A. Importado r exclusivo Argentina: Argentina: EDILOGO, S.A. Distribuidor en Capital Federal: DISTRIRED Distribuidor en Interior: D.G.P. Distribución Distribución en México: CADE S.A. de C.V Negra modelo N° 6 Fraccionamiento Alce Blanco Municipio de Naucalpan de Juárez (53330) (53330) Estado de México TEL: (52-55) 5560-7682 FAX: (52-55) 5560-7774 Distribución Estados: Citem Distribución D.F.: Unión de Voceros Distribución en Venezuela: Distribuidora Continental Continental Distribución Distribución en Colombia: Dlsunldas, S.A. Distribución en Ecuador: Dlsandes Fotomecánica: Videlec, S.L. C/ Santa Leonor, 61 -4° 28037 Madrid Impresión: IBERGRAPHI 2002 C/ Ma r Tirreno, Tirreno, 7-BIS Pol. Ind. San Fernando de Henares 28830 Madrid Plan General de la Obra: Esta obra se compone de 70 entregas de aparición semanal. semanal.  ©F G Edito res 2004 ISBN FICHA: 84-95617-53-6 ISBN OBRA: 84-95617-54-4 ISBN TOMO I: 84-95617-55-2 ISBN TOMO II: 84-95617-56-0 Depósito Legal: M-52126-2003 F&G Editores, S.A. garantiza la publicación de todas las fichas que componen esta obra y el suministro de cualquier número atrasado o archivador mientras dure la publicación. El editor se reserva el el derecho de modificar el precio de venta de las fichas en en el transcurso de la obra si las circunstancias del mercado asi lo exigieran. exigieran. 03/05 P.V.P. en Canarias, Ceuta y Melllla: N°1 3,95 Euros. Sucesivos 6,95 Euros Euros

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Digital Básica Prácticas con los circuitos digitales

Digital Avanzada

Prácticas con circuitos secuenciales

Microcontroladores

Prácticas con microcontroladores

u

UDogoítaO taO [ bi seca (^Puertas lógicas El gran impulso que ha experimentado la electrónica digital se debió a la aparición de circuitos integrados que contenían puertas lógicas y podían, ya entonces, realizar  operaciones matemáticas y sustituir, con gran ventaja, a los autómatas analógicos que se utilizaban en algunas aplicaciones.

Álgebra de Boole El tamaño mínimo de los circuitos integra dos, comparado con lo que existía en ese mom ento, y el álgebra álgebra de conm utación, fun da  mentada en el álgebra de Boole, permitieron el rápido desarrollo de circuitos digitales con reducidos tam año ycos te, los los cuale cualess realizaban realizaban fácilmente las funciones matemáticas estudia das en el álgebra de Boole. Esto Estoss prim eros circu itos estaban estaban basados en puertas lógicas, y tenían cone xiones de entrada y de salida. Cualquier correspondencia entre las varia bles bles de entrada y de salida salida de un circ uito combinacional se expresa mediante una función lógica, lógica, que representa al al circu ito im pleme ntado. En el lenguaje h abitual esta esta correspo nde ncia se denomina función. Representación En electrónica la forma habitual de representar gráficamente las funciones es la tabla de verdad. Dicha tabla tiene tantas tantas column as c omo variables variables de entrada, más otra, situada a la derecha, que represen repr esenta ta la salida. Si Si hay más salidas salidas se añaden añad en tantas columnas a la derecha como salidas. Se necesitan tantas filas como combinaciones posi bles puedan pued an realizarse con las variables de entrada. Hay que tene r en cuenta que en electrónica digital se trabaja en el sistema sistema bin ario y p or tanto sólo hay dos valores posibles para cada varia ble, el uno y el cero. Funciones básicas Las funciones básicas son OR, AND y NOT, aunque en electrónica es más común emplear puertas NAND, NOR,yOR-exclusiva;esta última se utiliza con bastante frecuencia . Hay una gran variedad de circuitos con puer tas lógicas en el mercado.

Función OR La expres ión matemática de esta esta fun ció n es: F = A+B. Se necesita necesitan n al menos dos do s variables de entrada. Esta sta fun ció n c umple um ple la siguiente sigu iente premisa: para que la salida salida tom e el valor uno es con dició n su ficiente que al menos una de las variables valga uno, sin embargo, para que la salida sea cero, todas las variables variables de entrada deben tom ar el valor cero. cero. Si el número de variables es mayor, la expre sión es idéntica: F = A+B+C+D A+B+ C+D+... +... A 0 0 1 1

 S-------

A B

B  X  -------------F (O R )^ 0 0 1 1 1 0 1 1 N ____\  ------------------

Puerta OR de dos entradas

Función NOT Esta fun ció n inv ierte el estado de la entrada y sólo tiene una posible variable de entrada y una salida. La salida es uno si la entrada es cero y cero si la entrada es uno. A

Puerta NOT 

FÍNOT

wrntm

Di gi t a l fei soca Su expresión matemática es un trazo hori zontal encima de la letra, no obstan te, para fac i litar la escritura de esta expresión como texto, frecuentemente se utiliza como símbolo de inversión la barra inclinada F =/A. Los circuitos integrados que contiene n pue r tas que realizan esta función se denominan inversores.

Función NAND Si aplicamos de nuevo el teorem a de Morgan obtendrem os la función NAND: F = /(A*B ) = /A+/B. Su presentac ión es similar a la de la func ión  AND, a ñadie ndo en este caso un circulo antes del trazo que indica la salida. Los circuitos integrados que contienen puertas NAND son muy comunes en los establecimientos de componentes.

Función ÑOR La puerta ÑOR se obtiene conectando una puerta NOT a la salida de una puerta OR. Es una consecuencia de aplicar el teorema de Morgan:

m 0 0 1 1

F = /(A+B) = /A* /B.

 A —1 0 0 1 1

B F(NOR)^\ —i 0 1 1 0 0 0 1 Lo

Puerta ÑOR de dos entradas

0 1 0 1 l

k

1 1 1 0

Puerta NRND de dos entradas

Función OR-excIusiva Esta función, también denominada función de comparación, se emplea con mucha fre cuencia. La co nd ició n para que su sal ida tom e el valor uno es que sus entradas sean diferentes entre sí, mientras que la salida valdrá cero cuando las dos variables tengan el mism o valor.

Función AND Esta func ión correspo nde al produ cto lógico del álgebra de Boole:

BO -

F = A*B *C. La co nd ició n para que su salida sólo tome el valor uno es que todas las variables tengan el valor uno. Si sólo una de las variables toma el valor cero, la salida será cero.

 A Ao

Puerta RND de das entradas

Ao-

0 0 1 1

\ 

0 0 0 1

l

0 1 1 0

Puerta OR exclusiva

B FÍAND A 0 1 0 1 .

0 0 1 0 1 0 1 u

ammmmm HCF4011BE 

SJ9AA9448  MAL AY SI A

~ ■ y y  El circui to inte grad o LiOOi  tiene en su interior cuatro  pu ertas ÑOR de do s entr ada s

y

El ROII tiene en su interior  cuatro puertas NRND de dos entradas

o ©ogofaD básoca

c

■o

El sistema binario

r 

Antes de comenzar los experimentos prácticos hay que tener claros muchos conceptos, afortunadamente esta tarea no es difícil ni complicada. Habitualmente empleamos la numeración decimal, que consta de diez símbolos, del 0 al 9, lo cual es una gran herenc ia de la cultu ra árabe. Sin em bargo , la elec trón ica digital, desde el más sencillo circuito con puertas lógicas al más complicado de los ordenadores o computadores, utiliza el sistema binario. Sólo dos símbolos El sistema binario, también den om inado sis tema de num eración de base dos, utiliza ún ica mente dos símbolos para representar un nú mero. Estos símbolos se asignan a dos estados o niveles de tensión. Para utilizar el sistema binario se asigna el "cero" acero voltios y el "un o" a una determinada tensión, por ejem plo 5 Ve n la clásicafamiliaTTL, aunque podría ser cualquier otro valor, incluso estado de un circuito, según la máquina de que se trate. A propósito del término "máquina", debemo s de cir que es muy corriente, ya que es más global y ge nérico. Ocasionalmente también se usa la lógica negativa, en laque el cero se asigna al nivel alto de tensión y el uno al nivel bajo. La electrónica digital está basada en la lógica matemática, que por supuesto es anterior a los ordenad ores digitales. Por ello es muy com ún hablar de "niveles lógicos", así son frecuentes las expresiones nivel lógico uno o nivel lógico cero, así como también es normal su trascrip ción num érica 0 y 1, po rqu e es más corta.

en base 2. Esto nos obliga a pensar en base 10 y trabajar en base dos, por lo que necesitamos saber pasar de una base a otra. Pero antes vamos a ver cóm o se utiliza el sistema binario. Si sólo tenemos dos símbolos, que denomi naremos 0 y 1, únicame nte pod remo s re presen tar dos valores: el 0 y el 1. En este punto hay per sonas que se inquietan, por e llo vamos a recor dar cómo funciona el sistema decimal. En el sis tema decimal hay diez símbolos, del 0 al 9, y resulta evidente que utilizan do un único símbolo sólo podríamos representar diez valores. En el sistema decimal, para represe ntar valores mayo res van añadiéndose cifras a la izquierda. En el sistema binario se hace exactamente lo mismo.

Orden Para representar números más grandes se recurre a los agrupamientos de o rden superior. En el sistema bina rio dos unida des de un o rden forma n el orden superior, de tai manera que con una "c ifra " pod emo s represen ta 2 valores, el 0 y el 1, con 2 cifras 4 valores, con 3 cifras 8 valo res, con 4 cifras 16 valores y así suce sivam ente,

La traducción Me ntalm ente estamos acostumbrados a tra bajar en base 10, aunque las máquinas trabajan

° 5V

5V

ov

MQII

"O "

El I se asigna a una tensión y el O a cero voltios.

oO V

T \ Prueba de una puerta NRND.


( b ls flc a

~22\DECIMAL División Cociente Potencias de 3.

22/2 11/2

i

11

0

5

1

2 1

5 /2

cada cifra añadida duplica la cantidad de va lo res representados. Las cifras, al igual que en el sistema decimal se añaden a la izquierda.

Resto

2/2 1 /2

1 ■

0

2 0_ 

Ejemplos

BINARIOVfO

0

Por ejemplo el número decimal 6 en binario se escribe co mo 110. Sin embarg o, no rmalm ente se represe ntan grupos de 4,8,16, etc. cifras, y por tanto suele expresarse 0110. Pero recordemos que con 4 cifras sólo puede n s imbolizarse 16 va lores, es decir, los valores decimales del 0 al 15. Veamos otro ejemplo: queremos represen tar en binario el decimal 37, que sería 100101 y se expres aría 0010 0101 p orq ue se usan grupo s de 4 cifras de jan do un espacio libr e entre ellos. Cada posición o cifra utilizada recibe el n om  bre de bit, po r tanto, en el primer ejemplo uti lizamos una representación de 4 bits y en el segu ndo de 8 bits.

- Se divide por dos y se obtiene un cociente y un resto, el resto es el bit m enos sig nificativo, es decir, el de la derecha. - El cociente obte nido , si es mayor que uno, se vuelve a div idir po r dos, obteniénd ose de nuevo un cociente y un resto, el resto es el siguiente bit, y asísucesivamente hasta que el coc iente sea cero. - El núm ero en bin ario se form a con los res tos, que sólo pued en tom ar el valor cero y uno, ordenado s según van obtenién dose de derecha a izquierda.

Cambios de base

Paso de binario a decimal

 A continuació n ex plicaremos dos pro ced i mientos para cambiar de base, el primero de decimal a binario y el segundo de bina rio a deci mal, además una vez utilizado uno empleare mos el otro para comprobar.

Paso de decimal a binario La explicación teórica debe seguirse consu l tando la ilustración. Partimos del núm ero decimal que querem os representar en base 2:

Cambio de base de decimal a binario.

El procedimiento para convertir un número del sistema binario al decimal, se entiende me jor si miramos el ejemplo: - Se elige el prim er b it comenzando por la izquierda y se multiplica por 2 elevado a cero (es decir por 1), y se guarda el resultado. - El siguiente b it se multiplica po r2 elevado a 1 (x2) y se suma el res ultado ob ten ido al anterior. - Igualmente, multiplicamos p or2 elevado a 2 (x4) el siguie nte b it y sumamos el resu ltado al anterio r, y así suces ivamente. Las pote ncia s van incrementándose de uno en uno hasta que se acaben los dígitos. La suma final obtenida es la representación en decimal del número original representado en binario. II 0 1,0,1 O X BINAmp, 1x25+0x24+1x23+0x22+1x21+0x2°

32

+ 8

+ 2

= |42 \ D ECIM AL

L Los ordenadores trabajan en base 3.

Cambia de base de binario a decimal.

Digital básica

c

El sistema hexadecimal

i

Como ya hemos explicado, los ordenadores, internamente, trabajan en el sistema binario. La información, más correctamente denominada datos, y las órdenes y señales de control, realmente consisten en uno o varios bits debidamente organizados. El bit resulta muy pequeño, y lo que en realidad se utiliza son agrupamientos de bits de diversos tamaños, alguna de cuyas denominaciones nos serán muy familiares. El byte El ag rup am ien to más util iza do es el byte, que equ ivale a 8 bits. A su vez el byte se div ide en 2 nibbles, es decir, en dos grupos de 4 bits. En general, cuando se escribe un número gran de en bin ario su ele dejarse un espacio cada 4 bits con el fin de facilitar su lectura. En infor mática se utiliza un byte para representar un carácter único, que puede ser una cifra, una letra o un símbo lo gráfico o de puntuación. Múltiplos del byte Los mú ltiplo s del byte son muy conoc idos, al menos de haberlos oído alguna vez. El m últi pl o más cono cido es el kilobyte  (KB), que representa 1.024 bytes, aunque por proxi midad y para simp lificar frecuen tem ente se dice que son 1.000 bytes, lo cual es inexacto. Traba  ja nd o en base 2, van hacié ndose m ultip licacio  nes sucesivas por dos hasta llegar al 1.024. Otro múltiplo, también muy popular, es el megabyte  (MB) que corresponde a 1.048.576 bytes. Esta cifra se obtiene multiplicando1.024x1.024. Es decir, un megabyte   agrupa 1.024 kilobytes. Otro múltiplo superior es el gigabyte   (GB), que equivale a 1.024 MB o 1.048.576 KB. Esta uni dad se emplea mu cho en la actualidad para def i nir la capacidad de los discos duros.

N ibble Byte Palabra Do ble palabra C uádruple palabra Párrafo Página Segmento

' 4 8 16 32 64 256 X

fígrupaciones de bits.

Como ya dijimos anteriormente, cada letra, núm ero o signo de puntuación ocupa un byte (8 bits). Por ejem plo, cuan do se dice que un archivo de texto ocupa 17 KB, estamos afirmando que éste equ ivale a 17.000 letras o caracteres.

Sistema hexadecimal El sistema hexadecimal usa15 símbolos en vez de 10. Lo prim ero que se nos ocurre es que ¡son ganas de com plic ar las cosas!, sin embargo , si nos paramos a pensar es fácil darse cuenta que cada nibb le puede representarse por un solo símbolo del sistema hexadecimal, ya que con cuatro bit solo hay 16 posibles combinaciones, desde la 0000 hasta la 1111. Además, es más fácil trabajar 

Byte (B)

El byte B es une agrupación de 8 bits.

0,5 1 2 4 8 16 16k \6 4 l<

Clásico disquete de 1, W MB.

pogofao

feásoca
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

 \

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

 \ f t . íSfsTs \ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Tabla de conversión decimal  / binaria  / hexadecimal.

Dirección - Código programo -----nono: 2 0 0 5 3 F F F 3 F F F n o n o : 0 0 0 5 3 0 0 7 0 0 62 o o i n : 2 0 1 7 0 0 6 4 0003 0 0 1 0 : 3000 OOOC 3001 0020 : 2B1D 1003 3000 0020 : 202E OBQC 2027 0 0 3 0 : 0064 1D0D 2030 0 0 3 0 : 0005 3007 0062 H40: 1 4 0 5 1 6 0 3 30FF 0 0 4 0 : 2 0 4 7 1 1 0 5 1603 0050 : 0 0 0 0 1 1 0 5 300E 0 0 5 0 : 0 0 0 6 2 0 4 0 1405 Dirección - Dolos Eeprom FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 0010 FF FF FF FF FF 0010 FF FF FF FF FF 0 0 2 0 FF FF FF FF FF 0 0 2 0: F F FF FF FF FF 0030 : F F F F F F F F F F 003U ; F F F F F F F F F F

I

[H jjr I

|PIC16F870

3FFF 0100 0006 0006 OOOC ODOD 110D 1203 0006 0106 0090 204F FF FF FF FF FF FF FF FF

| Buffcr 2 | Buffcr 3 | Buffcr

3FFF 1203 0E06 202E 3000 20OF 3400 OIOS 1203 1203 0D90 1003

FF FF FF FF FF FF FF FF

FF FF FF FF FF FF FF FF

1603 3003 0406 0D06 0006 2035 1603 1005 1303 1003 2034 0006

0106 OOGD 20 OF 202E 202E 3025 0106 1105 0000 0000 0000 2040

301F 1005 1003 ODOC 0C06 0001 3010 206F 1006 1305 1003 2B4F

Oscilador:

ns . a . t . t. a ...a«T.t

[CPOFF

.«t'o.sw

..

.

C.jft jf ... . .□□T.  te .o .t o o

-I

itlrtrVIWW  VWWWfít  VWfíftWinf  VifiTifititirt  írtMiWVi/Y  VWWYÍTÍT  WWifWV  infifinfiCW 

Bits configuración: I- VVDT FWRT I- BODEN r~ l v p r~ cpd r~ VMRT 1“ DEBUOOER Chocksum Valor ID [ffff |6B2B Palabra conflg: 3D39h

4| Buffer 5 ] [Dispositivo: PIC16F07O (89:

Presentación de programación en hexadecimal.

Palabras Desde que IBM lanzó al mercado los popu lares AT con bus de 16 bits se generalizó la uti lización de la "palabra", o ag rupació n de 16 bits, que está formada por dos grupos de 8 bits, es decir, por 2 bytes.

Posteriormente los ordenadores e mpezaron a usar la do ble palabra, 32 bits, es decir, dos pala bras consecutivas, y actualmente se emplea la cuádruple palabra que agrupa cuatro palabras cons ecutiva s, es decir, 64 bits. También se utilizan otras agrupaciones más grandes como son el párrafo, que agrupa 16 bytes, la página, que a grupa 16 KB y el segm ento que agrupa 64 KB.

Conversión de binario a hexadecimal Una de las principales ventajas del sistema hexadecimal es lafacilidad parac onv ertirde bina rio a hexadecimal y viceversa. Puede realizarse de mem oria o me diante una tabla, de tan sólo 16 filas. La fácil ¡dad de conversión deriva de que un byte se represen ta con sólo 2 símbolo s hexadecimales. Para convertir un número representado en hexadecimal a binario, bastasustituirca dasímb olo hexadecimal p or los 4 bits que le correspond en. Por ejemplo el byte 1110 1001 se representa E9 (HEX), y 00001011 como OB (HEX). Cuan do el núme ro de bits no es mú ltiplo de cuatro se añaden ceros a la izquierda de la cifra en binario hasta conseguirlo.

BINARIO 1 1 1 11 1 0 | 0 | 1 | 0 | 0

B 0 0  m b  / 8 0  m in 

En los OD se indica su capacidad en megabytes.

:

Protección código:

a . o .. f t . ...*bf<  . . o ■ f in f .  . r 

| JDM Progrommer en Comí

en hexadecimal que en binario, ya que mental mente es bastante desagradable trabajar con series interm inable s de unos y ceros. Un byte, es decir, 8 bits, se representa sólo con dos símb olos hexadecima les, lo cual es muy cor rien te en los sistemas de prog rama ción y en los editores de programas. Los 10 primeros símbolos del sistema hexa decimal coinciden con los del sistema decimal, y los seis siguientes a doptan las letras A, B, C, D, Ey F para evitar la creac ión de nue vos símb olos y po de r u tiliza r así los ya existentes en teclados,  jueg os de caractere s, etc.

j 

3

-Configuración

□ r

y 

— m

HEXADECIMAL Cambio de base de binario a hexadecimal.

EHogotaD básoca

c

Las familias CMOS

i

Cuando va a realizarse un diseño hay que considerar la tecnología a emplear y la disponibilidad de materiales, en tiempo y en coste. Actualmente casi todos los diseños se realizan con tecnologías de bajo consumo, siempre que sea posible. Lo más económico es emplear circuitos integrados que formen parte de las diferentes series que los fabricantes ofertan, y que además son bastante fáciles, por lo general, de encontrar en los establecimientos de componentes electrónicos. CMOS

La tec nolog ía C MOS ya tie ne algun os años y, sin embargo, sigue utilizándose, tanto por los fabricantes de grandes series de equipos para diseños a medida, com o en circu itos integ rados estándar de libre disposición. La tecnología CMOS combina dispositivos MOS (Metal Oxide Semiconductor) de canal N y de canal P en el mismo chip. La utilización de transistores complementarios da origen a su denominación CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

V d d

 S2 I--------

Vi o—"G

D1

>Vo

l

Inversor CM05. transmisión CMOS.

Tecnología CM05.

Q

S1

S2

D

Q

G1 H i ü

|D1 Í

N

1

o

D21 G2 P

P

P N

Y  1

Serie 4000  Al pr incipio se con siguie ron velocidades bas tante aceptables y cierta compatibilidad con la familia TTL que había marcado pauta con su ali mentación de 5 V. Después de cierto tiempo de pruebas y ensayos apareció la popular, e conó mica y eficaz serie 4000, que m uchos fabrican tes ad op tan en sus catálogos. Es una familia muy extensa, con circuitos que van desde las sencillas puertas inversoras hasta complicados circuitos contado res, multiplexores, codificadores, registros, etc. Desde el principio se puso de m anifiesto su gran ventaja sobre la familia 7400, la TTL de los primeros tiempos, el bajísimo consumo . Laalimentación era

posible en tre 3 y 18 V, con lo que podía alimentarse a5 V, y tomando ciertas precauciones con los nive les de entrada y salida, podía sustituir o incluso u ti lizarse conjuntamente con circuitos TTL. Sin embargo, tenían un prob lema, eran unos circuitos bastante más lentos que los TTL, y en aplicaciones don de la velocidad es im portan te seguía teniendo ventaja la TTL. La aparición de la familia TTL74LS de alta velocidad y bajo con sumo podría haber sido el final de la familia 4000, pero el mercado seguía exigiendo equi pos portátiles, y com o las pilas o acumu ladores

\ 

________

Integrados de la serie >-1000.

o

Di g i t a l b á s i c a Tensiones garantizadas

min

5

tip

max

10 15 (3 al 8)

min tip max

2

5

min tip max

6 4,5

5 5,5

Tensión de alimentación familias CMOS.

siguen siendo caros, y los equipo s deben tene r una buena autonomía, es incómodo cargar o sustituir continuamente las baterías.

Series HC y HCT Los investigadores nunca se rinden y fruto de las continuas investigaciones aparecen otras fami lias CMOS. Teniendo siempre en cuenta que hay muchos circuitos TTL de diversas series o familias 74XX y 4000, surgen dos nuevas familias de circui tos integrados, que combinan las ventajas de la serie HE4000B (deno minación utilizada por Philips Sem ¡conductor para su serie4000) con las de la serie TTL de alta velocidad, cuyos circuitos se identifican como 74LSXX (la L de Low p ow er y la Sde Schottky).  Además de sumar las ventajas de ambas series, se marcan como las diferentes series 74 cuando tienen la misma distribución de terminales y rea lizan la misma función. Por otra parte, cuando la fun ció n sólo existe en la serie4000 utilizan la deno  minación de ésta y es compatible pin a pin y fun cionalmen te con Iaserie4000. Porejemplo, el in te grado HE4002B que co ntie ne dos puertas ÑOR de 4 entradas tiene corresp onde ncia en la serie HC y HCT con los respectivos 74HC4002 y 74HCT4002. Pero hay que ser cautos, ya que no todos los circuitos TTL y CMOS tienen su corresponden cia en HC y HCT. Pero el catálogo es muy extenso y será muy fácil solucionar este problema.

Serle 7UHCT 

Vcc = 9.5 a 5.5 

VOLmax 

0.1

VIHmln

3 .0  

VILmax

O.B

Serie 9000

Vcc = S

V cc = 10

V cc = 15  

VOLmax

0 .0 5  

0.05 

0.05 

VOHmin

V. 95

9.9 5

19.95  

VIHmln

3 .50  

7.00 

11.00 

VILmax

1.50

3.0 0

9.00 

Serle 79HC 

Vc c = 3

Vc c = 9 .5  

Vcc = 6 

VOLmax

0.1

0.10  

0.1

VOHmin

5. 9

1.9

9.90 

VIHmln

1.5

3.15

9.3

VILmax

O.B

3.10 

3. 8 

Serie HC Esta serie o fam ilia con salida tipo bu ffer está especialmente diseñada para trabajar con cir cuitos CMOS.Tal y como p odemo s observaren las tablas admite un amplio margen de alimen tación, y además, lo que es más importante, los niveles de entradas lógicas son comp atibles con la familia 4000. Por otro lado, está diseñada para aprovechar al máximo la inmunidad al ruido de la familia 4000 y opera en tre 2 y 6 V. Serie HCT Esta serie tiene los mismos integ rados y fu n  ciones que los HC, sin embargo está especial mente diseñada paratrabajarconjuntamente, o sustituye ndo , a los circu itos TTL que trabajan a 5 V,con un margen de variación má xim od ete nsión de alimentación del 10%. Estos circuitos también se pueden utilizar para convertir directamente niveles TTL en CMOS y excitar directame nte circuitos CMOS, pero con mucha precaución, como siempre que se mezclan puertas, con las alimen taciones . Serie HCU En los catálogos enco ntram os otra serie, muy similar a las anteriores, excepto en que no tie nen buffer (la letra U viene de Unbuffered). Este tipo de dispositivos satisface la necesi dad de realización de osciladores controladores a cristal, ciertos circuitos de radiofrecuen cia y otras aplicaciones especiales.

Retardos de propagación típicos Condiciones 25 °C y Ci = 50pF  bHO lPLH  Integrados de la serie 70HC y 70HCT.

HEF0002  5 0 ns 15 VI 25 ns 110 V]  20 ns 115 VI 

70HC0002 3 0 n s 12 VI   II ns 10.5 VI  9 ns 15 VI 

70HCTQ002   13 ns 10.5 VI 

Digital básica (^Codificador BCD/7 segmentos J ) A veces los datos disponibles contienen la información necesaria, pero esta información está representada de otra manera, es decir, siguiendo reglas de codificación diferentes a las que se utilizan en el sistema, equipo o circuito donde las vamos a utilizar. Los circuitos codificadores, también llamados decodificadores, o simplemente decoder, se encargan de obtener la información codificada de la manera necesaria, y lo hacen aplicando a su entrada la señal con otro código, mientras que la circuitería interna se encarga de realizar  esta cambio de código. Entradas y salidas En los sistemas con entradas y salidas bina rias, el codificador debe tener n salidas si se quieren co dificarNentrada s, de tal maneraque siempre debe cumplirse que N   sea menos o igual q ue 2n. Lo más norm al es utiliz ar una tabla de verdad, también de nominada tabla fun cio nal, de la que se extraen las funciones de la salida. Codificador BCD 7 segmentos Estos codificadores se utilizan para obtener las señales necesarias para determinar qué seg mentos del display se deben iluminar para representaren decimal el código bina rioque se aplica a la entrada del decodificador. Este tipo de circuitos integrados tiene 4 entradas, cada una de ellas correspondiente a un bit del grupo de cuatro que representa el número en binario, y 7 salidas, cada una de las cuales se utiliza para excitar un segmento de los 7 que usa el display para representar los números del 0 al 9.  /

INPUTS

DECODER. 11

02

—O

O—

12 13

03

—o

o—

o—

7

1

2

6

OUTPUTS

—o —0

O— 

 /

4511 Ésta es ladenom inació nge nérica deu n circuito integra do CMOS de la familia 4000, en el qu e ade más del codificador BCD 7 segmentos hay otros circuitos adicionales que mejoran las funcione s del cod ificador. Tiene un latch de entrada que per-

—° (

O—

o—

Se activan de manera simultánea todas las salidas necesarias para representaren el display el núm ero en decimal que correspon de a cada dígito, expresadoen el sistemadecimal, cuando a su entrada se aplica un cód igo bin ario d e 4 bits que puede varia r en tre el 0000 y el 1001.

IN

Codificador N entradas y n salidas.

On —o  \ 14 15 9 10 11 12 13 Diagrama de bloques funcionaI del ifSll.

Digital básica VDD

16 :::

Of

15

" Si

Os

Oa

14 ;

13

Ob

12

Oc

Od

11

:■

Oe

x

10

__ i

Circuito integrada Q5II.

D b

D c 

LT

Bl

EL

D d

Da

V ss

Distribución de terminales del   <75//.

mite m emo rizar los datos de entrada y un driver a la salida, que suministra suficiente corrien te para excitar un LED, y pued e llegar a pro po rcio na r 25 mA. Au nque con los LED actuales de alta efici en cia es difícil pasar de los 5 mA.

Entradas y salidas El dato de entrada se aplica a los terminales 7,1,2 y 6 que co rresp on de n a DA, DB, DC y DD, es decir, los cuatro bits de entrada. La salida tiene 7 terminales, 13,12,11,10, 9,15, y 14, que corre spo nd en a cada uno de los 7 segmen tos a, b, c, d, e, f y g que se utilizan para formar los núm eros decima les del 0 al 9.

y

número decimal éste quedará fijo. Cuando per manece a nivel bajo el dato d e la entra da se aplica al deco dific ad or y se representa en la salida. El terminal 3, marcado como /L.T, se utiliza como TEST, es decir, normalmente está a nivel alto y pe rman ece inactivo, pero si se pasa a nivel bajo activa de manera simultánea las 7 salidas, con lo que se ilumin an los 7 segm entos y de esta manera se com prueba la cone xión entre este integ rado , el displayy las conexiones de las resis tencias limitadoras de corriente de cada LED del display. En el caso de que alguna conexión esté cortada el LED corre spo ndie nte no se iluminará. El term ina l 4, marcado com o/B I, perma nece normalmente a nivel alto, y cuando se pasa a nivel bajo, con la con dición de que el terminal 3 esté a nivel alto, se apagan todos los segmen tos del display; este terminal sirve para diseñar display multiplexados.

Alimentación

Terminales de control  Adem ás de los te rm in ale s de en tra da y de salida hay otros tres que se utilizan de la si guiente manera: El terminal 5, marcado com o/EL se emplea para memorizar, cuando se pasa a nivel alto el último dato que en ese momento esté presente en la entrada, con lo cual si estamos repre sentan do un

Este circuito debe alimentarse a la misma ten sión que el circuito que se utilice para excitarlo, nor  malmente un contador. Al serde Iafamilia400estará compren dida entre 3y12 voltios, usualmente5. El term inal positivo es el 16 y el negativo el 8. FUNCTION TABLE

E

a

blank  blank   tilank  blank 

Distribución de segmentas de l display.

y

No 1. H = HIGH slalo (tho moro positive vollago) L = LOW slalo (iho less positivo vollago)  X = stalo ¡s immaterial ■Depends opon thoB CD codo opplkxl fluring tho LOW l o HIGH tronsilion oí ÉL.

Tabla de fu ncion es de l circ uito in tegrad o L.1511.

y

i

i ogotaB biseca ^~EI transistor bipolar  Uno de los grandes hitos de la electrónica moderna, que causó una enorme revoluc ión en el año 1 94 7, se debió a los investigadores John Bardeen, W alte r  Brattain y Williams Shockley, que desarrollaron el transistor. Este logro fue recompensado en 1956 con el premio Nobel.

C

El transistor 

Funcionamiento

Un transistor es un dispositivo elec trónico formado por un material semiconductor, nor ma lmen te silicio. En el tran sistor se pued en d is tinguir tres zonas que se distribuyen de la siguiente manera: dos zonas N separadas por una zo na P, o dos zo nas P separadas p or una zona N. En cada una de estas zonas se conecta un electrodo de contacto, que es lo único que se ve desde el exterior. El transistor que hemos descrito es bipolar, del cual podem os dis tingu ir dos tipos, según la distribución de zonas mencionada anterior mente: NPN o PNP. Sin embargo, las dos zonas N o las dos zonas P no son intercambiables, una de ellas recibe el nom bre de em isory la otra de colec tor, la zona cen tral co rresp ond e a la base.

El funcionamiento del transistor bipolar se basa en el con trol de la cor rien te que circula p or un terminal (IC), modificando la tensión apli cada entre los otros dos (VBE). Cuando el transistor se polariza, la corriente del colector es directamente proporcional a la corri ente de la base, el transisto r está trabajan do en zona activa, y funciona como un amplifica dor de corriente. La corriente de colector, se controla con una corriente pequeña, que es la corrie nte de base.

Transistor NPN.

Transistor PNP 

Pero en circuitos digitales el transistor se hace trabajar en con mu tació n, es decir, la te n  sión de control aplicada entre dos terminales hace que la corriente del tercer terminal cam bie entre dos valores, uno que es prácticam ente cero y otro valor determ inado , cercano a la ten  sión de alimentación, obteniéndose de esta manera los dos valores lógicos utilizados en electrónica digital.

Utilización

Transistor da difusión.

 A te n ié nd o nos a las ante riore s fo rm as de funcionamiento podemos clasificar los cir cuitos con transistores bipolares en dos gran  des grupos: circuitos de amplificación y de conmutación.

.

6

Digital básoca El transistor  polarizado

vcc o RB

RC -oVo

Vi ■o0 Circuito de polarización de un transistor NPN.

La configu ración de polarización más utili zada es la de em isor co  mún, cuyo nombre se debe aque el emisores el terminal común a la entraday a la salida. Con el mismo circuito, y variando los valores de las resistencias, el tran sistor puede trabajar de forma muy diferente.

a (W  ■ ] \/  \í!l W ysy

T^T

Transistores NPN  de uso genera!.

iv

Transistores PNP de uso genera!.

Zonas de trabajo Para estudiar el transistor vamos a partir de la configuración más sencilla, la de emisor común, usando un transistor del tipo NPN. Si nos fijamo s en el esquema, es fácil com pre nd er que la tensión de base es superior a la de emi sor y dep end e de l valo r de la resistencia de base RB, po r tan to la unión base/emiso r estará polarizadaen directo, sin embargo, como la tensión de co lec tor es su pe rior a la de la base, la unió n colec tor/base estará polarizada en inversa. La ten sió n aplica da a la base debe ser tal que gara ntice q ue en la base se alcance n los 0,7 vo l tios, para transistore s de silicio, de manera que la unión emisor/base se comporte como un diod o polarizado en directo y que deba supe rarse esta tensión umbral para que conduzca. Cuan do el transistor trabaja en estas con dic io nes se dice que está trabajando en zona activa, y en esta zona la corriente de co lector es direc tamente proporcional a la corriente de base; este factor de proporcionalidad se denomina beta, y es la ganancia de corriente en emisor común que suele alcanzar valores entre 100 y 600 cua ndo se trabaja con c orrien tes pequeñas.

m\

WStm* 

Transistores de mediana potencia.

y 

el cable que une la resistencia de colector al colector; si medimos la tensión en el colector mediremos prácticamente la tensión de ali mentación. Pero también puede darse otra posibilidad, cuando se aumen ta en exceso laten sión de base, llegando un mo me nto que la resistencia de colec to r ya no deja pasar más corrien te. La resistencia de colector evita que el transistor se destruya al limitar la corriente que circula por el mismo, ya que p or la Ley de Ohm la máxima corriente que puede circular es Vcc/Rc, y si el producto de Ibx Bes sup erio r a Vcc/Rcy estamos inten tand o hacer que pase más corrien te que la que pue de circ u lar por la Re, se dice que el transistor está traba  jand o en la zona de saturación, p or él circula una fuerte corriente y la tensión colector/emisor puede reducirse hasta0,2 voltios, obte nie ndo una tens ión muy baja en la salida. vcc

Transistor en conmutación En aplicacione s en las que el tran sisto r se uti  liza en circuitos lógicos o como interruptor, el transis tor trabaja entre dos estados, corte o satu ración, en cuyo caso no trabaja en zon a activa. Veamos qué sucede cuando la tensión de base es ins uficie nte pa raqu e condu zca la unión base/emisor. En este supuesto la corriente de base es prácticame nte nula y, porta nto , tamb ién la de colec tor, de manera que el transisto r está en la zona de co rte, es decir, es com o si cortase

rc

v¡

Vo

Tx Circuito inversor lógico realizado con un transistor.

( 

Digital básica (^Puertos del Los puertos del PC se utilizan para intercambiar información con el exterior. Hay dos puertos muy clásicos, el serie, que utiliza un conector serie de 9 terminales macho situado en el PC, o uno de 25 terminales, también macho, y el puerto paralelo, con un conector hembra de 25 terminales. Puerto serie El puerto serie es una interfaz RS-232 que tuvo, y sigue teniendo, muchas aplicaciones.  An tes de la apa ric ión de las redes inform áticas era muy común utilizarlo para transferir datos entre dos máquinas, posterio rme nte se co nv ir tió en el puerto clásico para la conexión de un MÓD EM y actualmente sigue siendo muy fre cuente emplearlo para controlar equipos cuando no se necesita una gran transferencia de datos, ya que aun que no suele u tilizarse para la transferencia de datos, sí se usa para el con trol y configura ción de equipos, tales como router, switch, SAI, etc., desde un PC, y también es frecuente usarlo en los laboratorios para con trolar dispositivos de grabación de memoria y mic roco ntrola dore s. EHoydía están apare ciendo algunos ordenadores sin este puerto, lo que realmente está causando bastante irritación en algunos sectores, sin embargo, ya existe una amp lia gama de adaptadores que ob tien en esta interfaz a partir de un puerto USB. Las primeras cámaras digitale s de fotog rafía utilizaban este p ue rto para trans ferir imágenes al PC, pero resultaba excesivamente lento, por tanto no es recom end able para esta aplicación. La máxima velocidad de transferencia es de 115,2 KB/s. Puerto paralelo Este pue rto tran sfiere datos de 8 bits po r vez en caminos paralelos y es más rápido que el

Terminales de un conectar 5ubD. 9

puerto serie. En los primeros PC era bastante utilizado, incluso había discos duros ex teriores que se conectaban a este puerto, posterior mente se usó, casi exclusivamente, para las impresoras, y aún sigue usándose, aunque parece que muy pronto desaparecerá, ya que casi todas las impresoras actuales tienen co ne  xión de red o por puerto USB.

Nuevos puertos El aumento de la capacidad de los discos du ro sy de la veloc idad de los sistemas de trans misión de datos orig inó la necesidad de trans fe rir grandes cantidades de datos a gran velo ci dad, y los puertos clásicos serie y paralelo qu e daron a nticuados, ha ciéndos e necesaria la apa rició n de nuevos pu ertos. Para cu br ir estas nece sidades aparecieron dos nuevos puertos serie,

L Puerto serie de PC de 9 pines.

Conectar dei puerta paralelo de! PC.

7

 © ó g ó t a l

toásoca

Conectares USB.

de nomina do s USB y IEEE 1394 (Firew ire), qu e tie  nen algunas características comune s: - Utilizan cables de pocos hilos. - Permiten conectar en cadena varios dispo sitivos: 127 en USB y 63 en Firewire. -So porta n Plugand Play, y el ord en ado r reco noce los dispositivos conectados de manera automática. - La transferencia de datos es mucho más rápida que en los pue rtos se rie RS232y paralelo. - Pueden conectarse y desconectarse sin necesidad de apagar el orde nador. - Distribuyen alimen tación de 5 voltios para dispositivos de bajo consumo. Estos pue rtos ya se inc orp ora n en la práctica totalidad de los ordenadores nuevos, el pue rto USB está ya totalmente incorporado y el Fire w ir e sigue sus pasos.

USB El BUS USB (Universal Serial Bus) inicial mente tenía una velocidad de 12 Mb/seg. Pos teriormente, el USB 2.0 aumentó la velocidad has ta480 Mb/seg ., es decir, 40 veces más ráp ido que las conexiones mediante cables USB 1.1. La ventaja de este pu erto es eviden te, ya que un pu erto USB puede llegar a trans m itir a velo  cidades entre 1,5 Mb/segundo y 12 Mbps; un puerto paralelo de 600 Kb/s a 1,5 Mb/s y un pu erto serie clá sico hasta 112 Kb/s. USB es una nueva arquitectura de bus des arrollada por un grupo de siete empresas: Co m paq, Digital Equipment Corp, IBM PC Co., Intel, Micro soft, NEC y No rthern Telecom. FireWare También conocido como IEEE 1394, fue pre sentado por Apple a mediados de los 90, quien lo desarro lló hasta conv ertirlo en el estándar multiplataforma IEEE. Es muy utilizado para conexión y transferencia de datos de videocámaras.

Conectares FireUJire.

FireWire es una tecnología para la entra da/salida de datos en serie a alta velocidad y la conexión de dispositivos digitales como video cámaras, cámaras fotográficas d igitales y o rde  nadores. Esta interfaz fue adoptada por fabri cantes de periféricos digitales como Sony, Canon, JVC y Kodak. FireWire se ha co nv ertid o en el estándar establecido, tanto para cons um i dores com o para profesionales, y es uno de los estándares de periféricos más rápidos que se han desarrollado, característica que lo hace ideal para su uso con p eriféric os del sec tor m ul timedia (como cámaras de vídeo) y otros dis positivos de alta velocidad, incluso unidades de disco duro externas. Es la interfaz preferida en los sectores de au di oy víd eo digital, ya que es muy rápida y fácil de conectar, soportando hasta 63 dispositivos. Conectar serie 35 terminales

Conectar  serie 9 terminales

fíbreviatura

Nom bre completo

3

3

TD

Transmit Data

3

3

no

Receive Data

9

7

RTS

Repuest To Send  

6

6 

DSR 

Data Set Ready 

8

1

CD

Carrier Detect 

30

9

DTR 

Data Terminal  Ready 

33

9

Rl 

Ring Indicator 

Blesteble R-5 con disparo por flanco de subida.

Digital básica

c

Cables de interconexión ió n 3

Los cables forman parte del medio de transmisión y hay que tenerlos muy en cuenta a la hora de conectar un equipo con el exterior, realizar un sistema, o incluso conectar  entre sí los diferentes componentes de un equipo. Debemos evitar el error de dedicarnos en exclusiva a la circuitería electrónica digital, porque hay conceptos básicos de electrónica y de cableado que siempre hay que considerar.

C

Cables con conectores Una de las maneras más adecuadas de c one c tar equipos entre sí es mediante cables con conectores en ambos extremos. Este procedi miento es muy bueno y seguro, si se utilizan cables construidos p or fabricantes homologad os que ga rantizan las características electró nicas de los mismos, según la normativa vigente. De esta manera aseguraremos la conexión. En la trans misión de datos através de un cable interv iene n muchos factores, y diseñar un cable no es tan fácil com o p uede parecer a prime ra vista.

Conectores Una característica muy impo rtante de los cone c tores es la normalización, deben cumplir una norma, estar certificados y no ser una imitac ión, sí es así no debe p reocu parnos qu ién es el fabricante.  Ac tualmen te se utilizan interfaces mu y rápi dos que trabajan a frecuencias elevadas, lo que obliga a elegir un tipo de conector que soporte las elevadas frecuencias de trabajo. Son muy con ocidos los conectores USB y los FireWare para conexiones a muy corta distancia, por eje mp lo 2 metros, que se utilizan básicamente para unir equipos entre sí. También se usan mu cho los RJ45 para conexiones de red y distrib ució n de datos a distancias medias (menos de 100 m entre el dis-

Cable de conexión serie, actualmente de uso muy  limitado.

positivo que distribuye y, por ejemplo, el orde nador), mu y frecue nte en cableado estructurado de e dificios . Para distancias mayores se emplean otros tipos de transmisión, e incluso conec tores de fibra óptic a con los que se alcanzan fáci Imente varios kilóme tros de distancia.

Los cables No puede utilizarse cualqu iercable paracualquie r aplicación. Si nos lanzamos a la aventura, la distancia es corta y la interfaz no es muy rápida, la conexión a un pu erto serie de un ordenador, po r ejemplo, tendrem os bastantes proba bilidades de éx ito con un cable relativamente normal de varios con ductore s. Cada interfaz, e incluso de ntro de cada interfa z cuan do se está cerca de los límites máxi mos de distancia, exige la utiliza ción de un ca ble apropiado a sus características.

Cable de conexión USB, muy utilizado  par a con exi ón de equipos ai PC.

Cable coaxial con BNC. utilizado en RF y en algunas redes antiguas de transmisión de datos.

i D o g ota fl

t b i s o c a

Detalle de RJII. utilizado en telefonía y  conexión de MÓDEM RTB IRed Telefónica Básical.

El   f?JV5 se usa mucho en redes de datos.

Cable USB y FireWiire Este tipo de cables func iona muy bien cuand o se usan dentro de las distancias para las que fue definida la interfaz, cuando están fabricados y construid os con cone ctores y cables de calidad y, además, han sido probados previamente para garantizar sus características. Actualmente hay una gran oferta de cables con los conectadores instalados a un pre cio m uy bajo, de bid o a la pro ducción en serie, por tanto, salvo una emergen cia, es recomendable adquirir los cables de este tipo ya montados. Cables de red Normalmente nos encontraremos con una red ya instalada, por ejemplo en un edificio, y una base mural RJ45 para conectarnos. Normal mente se utiliza un latigu illo con dos conectores RJ45 aéreos en ambos extremos; este cable suele tene r una lon gitu d de unos 3 a 5 metros y una categoría 5, de velocidad 10/100, o catego ría 6, para v elocidad 10/100/1.000.

La distribución de datos utiliza conectores RJ'-iB.

Frecu entem ente se adq uiere n los cables, los conectores y una tenaza apropiada al modelo de conectory de cable utilizado, para realizar la conexión introduciendo cada cable, normal men te sin pelar, en el aloja mie nto apro piad o del conector y utilizando la tenaza para prensar el conector, momento en el cual se produce la conexión, normalmente por desplazamiento del aislantede lacu bierta de l cable. La conexión es pin a pin. Debemos tener en cuenta que si queremos conectar entre sí los dos ordenadores hay que utilizar un cable cruzado, de manera que estos cables deben marcarse muy bien, por lo que recomendamos que una de las carcasas sea de color rojo.

Cable con pantalla La pantalla evita la captación, o radiación, de perturbaciones, pero también puede aportar capacidades parásitas. En audio se utilizan nor malmente cables apantallados en las conexio nes de micrófono y entradas de bajo nivel. En equipos receptores o transmisores de radio de diferentes frecuencias se usa cable apantallado, incluso algunas redes de datos aún funcio nan con este tipo de cable. Cada tipo de cable dedicado a cada aplica ción tiene un tipo de pantalla diferente.

Los conectores RJQ5 son fáciles de u nir ai cable.

©ogoíaO Gsásoca (^""sumar  y restar J ) El cerebro humano se habitúa a realizar operaciones complejas, entre otras, la suma, de tal manera que las realiza casi inconscientemente, hasta olvidarnos incluso del proceso de aprendizaje, muchas veces duro y difícil, que hemos tenido en la escuela durante la enseñanza primaria. El cerebro se habitúa y "lucha" contra los cambios, de manera que cuando se camb ia de base y hay que sumar, "esta lucha" orig ina una aparen te dificultad. Suma Básicamente la suma en binario se hace igual que la suma en decimal, sin embargo, sólo hay que memorizar cuatro datos, ya que al haber única mente dos símbo los no hay más que cuatro c om  binaciones posibles, y además dos son iguales. Pero, antes de comenzar a explicar la suma en binario vamos a recordar cómo se hace una suma en decimal con un sencillo ejemplo: Tenemos dos sumandos, el 3y el 7, el res ultado es 10, nada sorprendente, pero si nos fijamos observare mos qu e el resultado de sumar las uni dades es cero y, por tanto, hace falta añadir una cifra a la izqu ierda para pod er represe ntar el uno. Veamos otro ejem plo, en este caso queremo s sumar 17 más 23, al sumar las unidades obtene mos 10, el cero lo escribimos en el lugar de las unidades y el uno se suma a la columna de las decenas que sería 1+2+1, con resultado de 4, obten iénd ose40 com o resultado final de la suma. Suma en binario La suma se realiza bit a bit; si un núme ro tie ne varios b it se comienz a la suma por el menos sig nificativo , es decir, po r el de la derecha. La suma de dos bits es sencilla, basta observar la tabla. Sólo hay cuatro posibles combinaciones, 0 + 0 = 0,0 + 1 =1,1 + 0 = 1y po r últim o 1+ 1= 0, pero hay un í deacarreoyel resultadoes10(unocero),es de cir2 en decima l, no diez. Este 1 que nos obliga a añadir un BIT a la izquierda debe sumarse al

0 +0 0

L

0 1 1 +1 +0 +1 1 1 10 Acarreo (Carry)

Suma de 2  bits. Cuando las das sumandos son 1se  pro duc e un acarreo.

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

0 0 0 1

Tabla de verdad de la suma de 2 bits, fí y B sumandos. C, ICarry) acarreo. 5, suma.

segundo BIT, en el caso de que haya más bits. Com o se puede observar el proc ed im iento es el mism o que para la suma en decimal.

Suma de varios bits Lo más normal es que la representación se realice con 4 ,8 o más cifras. En este caso, se suma prim ero el bit menos sign ificativo (LSB) de cada númeroyseobtieneel primerbitdel resultado, que tam bién es el menos s ignificativo , es decir, el de la derecha. Si hay acarreo (c arry en inglés) se añade a la suma de los dos bits siguientes, obteniéndose como resultado el segundo bit, si vuelve a hab er acarreo se añade a la suma de los bits siguientes y así sucesivamente hasta finalizar los bits; al final puede haber acarreo, que se suele denominar desbordamiento, ya que exige disponer de un bit más para poder representar el dato obten ido.

+

C4

 \

C3-x

C2-N

A 3

a2

C1^ l A1

b3

b2

Bt

 S 3

Suma de y bits.

^s2

Ao B0 ^S0

A ' + B C4 S

iogitaB A

C3<—\

C 2<-x

Cl*-N

A3

A2

A1

A0

Bi

B0

+ +

C4

b

3

s3

básica

b

2

U2

B

S0

Le resta es una suma, pero pasando el sustraendo a complemento al, y sumando I al resultado.

Complemento a uno El complemento a uno de un número en binario se obtiene cambiando los unos por los ceros y viceversa. Tiene una gran utilidad por que es muy frecuente usarlo para realizar ope raciones matemáticas. Se obtiene muy fácil mente, aplicando cada bit a un inversor, para conseguir directamente el com plem ento a uno. Complemento a dos Elcomplementoadosdeun númeroseobtiene sumando uno al complemento a uno. Tiene mu cho interés teórico, ya que se utiliza en la resta, sin embargo, para los circuitos disponibles, al menos los más antiguos, es más fácil y cómodo obtenerel complementoa unoysumarle un uno. Resta La resta en binario se realiza a partir de sumas. Lo que se hace es camb iar el sustra end o y realizar operacion es de suma. Hay varios p ro  ced imie ntos , vamos a ver el más utilizado. Supongamos que tenemos dos números que representamos por A y B y queremos obtener el resultado de A-B. En este caso lo que real men te se hace con los circuito s es lo siguiente: se suma A + (com plem ento ad os de B), aunque tam bién pue de hacerse A + (com plem ento a uno de B9 + 1).

Sem isum ado r Half Rdder, HR.

Circuitos El circuitoque sum ados bitsydac om o resul tado la suma y el acarreo se denomina semisu mador (en inglés Half Adder, HA). El sum ad orc om ple to (Full Add er FA) es igual que el anterior, pero tiene un terminal para ad m itir el acarreo origina do en la suma del bit anterior, de manera que el circ uito pued e sumar bits a partir del segundo si hubiese acarreo de los bits anteriores. También es posible encade nar varios sumadores para sumar números de mucho s bits. Suelen encontrarse circuitos sumadores de 4 bits, ya que eran bastante utilizados, pero actualme nte, con la aparición de los circu itos de lógica programable y microcontroladores, la existencia de estos circuitos comienza a pare cer innecesaria, ya que se implementan con estos dispositivos más complejos.

C ió

Sumador completo, Full Rdder, FR, con entrada de acarrea.

Espuema de un sumador completo, Full Rdder.

Digital básica (^Álgebra de Boole J) Los circuitos lógicos pueden estudiarse desde el punto de vista de las matemáticas, ya que representan funciones lógicas. Estas funciones lógicas se estudian tradicionalmente con el álgebra de Boole. A pesar de que los libros actuales de electrónica digital comienzan con el álgebra de Boole, es muy conveniente recordar  que el matemático inglés, George Boole, al que debemos estos estudios, nació en 1815 y falleció en 1864. Este matemático fue el primero en demostrar que las fórmulas matemáticas se podían utilizar para representar relaciones lógicas. ~\

Conceptos básicos El álgebra de Boole se basa en dos estados, es decir, es una lógica binaria. Hay elementos cuyo valor no cambia, denominados constantes,  que tien en v alor fijo y sólo pued en ser dos, 1 y 0. Las variables son elementos cuyo valor puede cambiar y se representan po r letras. Las operaciones  son reglas que permiten la realización de los cálculos, y se representan median te operadores que se den om inan usual mente signos. Las combin acione s de constantes, variables y operadores se den om inan expresiones algebrai cas. Las funciones son expresiones con variables y en nuestro caso serán la representación de un circ uito o viceversa.

Operaciones básicas En el álgebra de Boole hay tres operaciones básicas que ya conocemos, la unión, que se repre senta por lafunción OR  A+B, que no hay que c on fu ndi r con la suma, aunqu e es parecida, excepto que en lafunción OR1+1 =1 yen Iasuma1+1 = 0 con el acarreo de 1, como también hemos visto. Desdichadamente se utiliza el mismo signo, aun que en realidad las confu siones no suelen darse. Otras operaciones básicas son la intersec ción, quese representa por la func ión AND AB, y la complementación o inversión,  que se

F= AB = A + B A B Fundó n NRND y sus expresiones, u tilizando el teorema de Morgan.

corresponde con lafunción NO  y se repre senta por la misma letra con un trazo horizontal encima, aunqu e tamb ién suele representarse como /A o  A '   para facilitar su escritura con los procesadores de texto.

Otras operaciones Derivadas de las operaciones anteriores hay otras dos que re alme nte se utilizan más que las básicas, y que son la NAND , que es la co m bin a ción de NO y AND, y la ÑOR, que es la combi nación de NO y OR.

~ \ 

F= A + B = A

B

A B Función ÑOR.

Función RND obtenida con puertas NRND y ÑOR.

É i10 [¡Digital básoca FUNCIÓN  ÑOR 

tlR.Bl  =  /IR+ Bi  = IR IB

fIR.BI = IR+BI - R B

NRND

fIR.BI =   /IR B1 = IR  + IB

fIR.BI = IRBI = R + B

 XOR 

fIR.BI  = RSB  =  /RB  + R IB

fIR.BI = R ® B = RB + RB

 XNOR

fIR.BI = RNB = /IRSBI  =  /R/B+RB fIR.BI  = RAB = I RWB I = RB+RB

 A+(B+C) = (A+B)+C y también A(BC) = (AB)C.

Propiedad distributiva  A+BC = (A+B)(A+C) y también A(B+C)=AB+AC.

Propiedad de absorción Función Ofí obtenida con p uerta s ÑOR y NRND.

También se emplea la OR exclusiva, que se puede expresar XOR, y la XNOR o fun ción eq ui valencia. A continua ción se puede ver cómo se expresan estas funcio nes .

Elemento neutro El elemento neutro para una operación es aquél co n el que una vez realizada la ope ración el resultado no cambia. El elem en to n eu tro para la op era ció n OR es el cero, es decir, A + 0 = A, y para la ope ració n AN D es el uno, es de cir A*1 =  A. El opera nd o o sign o de la in tersec ción * se suele o mitir, es decir, las expresione s A*B y AB son equivalentes.

Idempotencia La operación de una variable consigo misma da por resultado la misma variable, es decir,  A + A = A y A A = A.

 A+AB=A y ta mbién A(A+B) = A

Teorema de Morgan Este teorema se emplea mucho cuando se trabaja con funciones, para modificar la forma de representarla, hasta llegar a conseguir una expresión que p ued acon vertirsefácilmente en un circuito real con las puertas disponibles. /(A+B) =/A /By su expresión dual/(AB) = /A+/B.

Doble negación La doble negación de una variable nos lleva a la misma variable. En la práctica veremos que esta propieda d se emplea mucho.

Dualidad Si observamos detenidam ente las expre sio nes anteriores podre mos darnos cuen tade que son duales. Una función dual se obtiene inter cambiando los operadores de unión e inter sección y el 1 con el 0.

Propiedad conmutativa El orden de las variables no afecta a la fun ció n OR ni a la AND. Es dec ir: A+B = B+A y tam  bién AB = BA.

Propiedad asociativa El orden de las operaciones parciales no altera el resultado.

Puerta ÑOR de cuatro entradas a partir de puerta ÑOR de dos entradas.

C o-------------------------------- 1 Puerta RND de tres entradas formada a partir de puertas NRND de d os entradas.

Representación de puerta ÑOR de cuatre entradas.

11

iogotaB (biseca (^Funciones y tablas de verdad') Las tablas de verdad no sólo se utilizan para representar la función lógica de una determinada puerta de un circuito, también sirven para representar circuitos complejos, y lo que es lo mismo, funciones más complejas que las que corresponden a una sencilla puerta lógica.

C

c

Tablas de verdad  Aunque ya hemos ha blad o de las tablas de verdad vamos a recordarlas de nuevo, ya que realmente son una herramienta muy útil para estud iar las func ion es algebraicas. Primero estudiaremos la relación que hay entre una tabla de verdad y una fun ció n, y más adelante veremos cóm o se obtiene un c ircuito que correspo nda a dicha func ión. Una tabla de verdad está formada por filas (horizontal) y columnas (vertical). Lo prim er o qu e hay que analizar es el n ú mero de variables de la función, ya que vamos a necesitar tantas columnas como variables. El número de filas depe nde del núm ero de variables y se calcula como 2 elevado al nú m ero de variables. Es decir, para dos va ria bles se necesitan cuatro filas, y el número se duplica por cada variable añadida. Por ejem plo, para tres variables se necesitan ocho filas. El resultado, o lo que es lo mismo, lafu nc ión , se representa en otra columna.

 Aunque una fu nció n pu ed a repres en tarse median te d iferentes expresiones, éstas tienen que ser equivalentes, ya que una función tiene una tabla de verdad única.

Funciones Ilustraremos cóm o se puede representar una función con una tabla de verdad mediante un ejemplo. Dada lafunción : f(A,B,C) = ABC + /AB + /C(A + B) descompondremos cada uno de los ele mentos de la func ión OR:  ABC = X /AB = Y /C(A + B) = Z y representaremos cada uno por su tabla de verdad, u tilizando tablas intermedias auxiliares para evitar errores: ñ

B

c 

 X 

fí

B

c   /fí

Y 

fí

B

c

fifí, B, C)

0 

0 

0 

0 

0

0

0

1

0

0 

0

0

0 

0

0 

1

0 

0 

0

1

1

0 

0

0

1

0

0 

1

0

0 

0

1

0

1

1

0 

1

0 

1

0

1

1

0 

0 

1

1

1

1

0 

1

1

1

1

0 

0

0 

1

0

0 

0

0 

1

0

0

1

1

0 

1

0 

1

0 

I 

0

0 

1

0 

1

0 

1

1

0

0

1

1

0

0

 0 

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0 

1

1

1

1

 

Ejemplo de tabla de verdad de una función.

Tabla auxiliar X.

 

Tabla au xilia r Y.

 

Digital feásoca Vamos a utilizar una expresión auxiliar:

Tabla aux iliar Z.

fí

B

0

C

/ c 

0 

0

1

0 

0

1

0

1

0 

ÍR+BI  z  0

0 

0 

0

0 

0 

1

1

1

1

 /

0 

1

0 

1

0

0 

1

1

1

1

0

1

0 

1

0 

1

1

0 

1

1

1

1

1

1

0 

1

0 

Una vez obtenidos los operandos auxilia res aplicarem os la fun ció n OR a estos tres elem entosy conseguiremos latab lade verdad de la func ión: «

B

 X+Y+Z  fíR.B.C)

c

X

Y 

z 

0 

0

0 

0 

0 

0

0

0

0

0

1

0

0 

0

0 

0 

0

1

0

0

1

1

1

1

0 

1

1

0 

7

0

1

1

1

0  0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0 

0

0 

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

Tabla de verdad de la función.

Utilización de las propiedades Una func ión puede tener diferentes expre siones. Aplican do las propieda des lógicas pue de cambiarse fácilmente la expresión, pero teniendo siempre en cuenta que representa una única función. Podemos utilizar el mismo ejemplo anterior: f(A,B,C) = ABC + /AB + /C(A + B) =  ABC + /AB +/CA +/CB =  ABC + (/A + /C)B + /CA = BAC + (/A + /C)B +/CA = B/(/A+/C) + (/A + /C)B +/CA =

/A + /C = M B/M + MB +/CA = B(/M + M) +/CA = B(1)+/CA = B +/CA Y a modo de comprobación calcularemos la tabla de verdad de esta nueva expresión, observando que se llega a la misma tabla de verdad, lo que dem uestra que la nueva expre sión es correcta, ya que representa la misma función. «

B

C   /c   /CR

0 

0

0

1

0

0

0

0 

7

0

0 

0 

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0 

7

1

0

0 

1

1

 /

7

0

1

0

0

7

7

0 

7

1

7

7

1

0 

0

0 

'

Tabla de verdad de la función, con otra expresión.

fíR.B.C! 

 

 

7

0 

 

Propiedades Las tablas de verdad tam bién son mu y útiles para com prob ar algunas propiedades.  / f í / B

m

 / B

1

i

1

1

1

0

i

0

0  

0 

1

0 

0 

1

0 

1

1

0

0

0 

0 

R

B

fí+ B

0

0

0

0

1

1 1

Teorema de Morgan. R

/R 

R+/R 

0 

7

7

1

0 

7

 / lf í + B )

@¡§ifai básica (  Símbolos y esquemas

)

Cuando los circuitos electrónicos eran sencillos y se construían con elementos discretos se representaban todos los componentes. Posteriormente aparecieron los primeros circuitos integrados, que contenían varios transistores en su interior y que realmente consistían en un amplificador operacional, cambiando la representación de los esquemas con los bloques funcionales, que son circuitos que realizan una función determinada y tienen entradas y salidas. A veces, para eliminar líneas de dibujo de los esquemas, no se representan los terminales y las conexiones de alimentación.

Circuitos digitales

En los circuitos digitales se utilizan normal men te los diagramas lóg ico sy la represe ntación de pue rtas que ya cono cem os co mo clásica, sin embarg o, cada vez se usan más los símbolos de representación de las normas EIC (Internatio nal Electrotechnical Com isión), que realmente es muy buena, pero que si estamos acostum brados a la representación clásica puede pare cer, al prin cipio , un poco complicada. Portanto, debemos conocer algunos aspectos básicos para poder interpretar los esquemas.

Programas de diseño Los programas utilizados para la confección de esquemas normalm ente tienen librerías con varios sistemas de símb olos y hab itualm en te se puede trabajar con cualquiera de ellos ind istin  tamente.

Símbolo Los símbolos más sencillos constan de un caja rectangu lar, las entradas a la izqu ierd a y las salidas a la derecha. En cada línea de e ntra da y de salida se indica su polaridad. En el in ter io r de la caja se ubica el símbo lo que indica la fun ció n básica.

Símbolos lógico e IEC de puerta RND.

SÍMi BOLOS GENEROLES Función lógica identidad  E 

Función lógica RND

>1 =1

Función lógica OR 

COMP 

Coomparador 

I

Su ma dor IRDDERJ 

P-Q II 

Restador 

MUX 

Multiplexor 

DX 

Demultiplexor 

Sím bolo s lógico e IEC de pue rta NRND.

Función lógica OR-EXCLU5IVR 

Multiplicador 

» Sím bolos lógico e IEC de puerta OR.

>1

(J 2

Digital básica Negación lógica en linea de entrada.

x-

Negación lógica en linea de salida.

Indicador de polaridad de entrada.

5ímbolos lógica e IEC de puerta ÑOR. Indicador de polaridad de salida.

Entrada de señal analógica

Entrada de señal digital

Símbolos lógico e IEC de puerta OR EXCLUSIVO.

Entradas y salidas más comunes.

Bloque común de control

i

b c

>1 Símbolos u tilizados en programas de diseño para pu ertas lógicas.

d e &0—

Blopues de control comunes pue simbolizan una entrada común a varios blopues.

- t 

U31 U32

T T ^ r i)

U41

L-¡.

: > “ »

1

1

no

?n en d

i—

d o

C

ct“°lU

>U— 2 4

02321 Utt_ E20.21 >1S— »u—

Mue stras de símbo los lógico s e IEC.

c 0

J — te 81 ---- L LE 4511

.12  _  c  _11_ D E 0  _14 __ 

U2Í  A 11- C  __  1 0

 __ 

ci

 _   _  -1- PE  __  B _ 

QA QC QD co

 _ 10- BU/D /O

Símbolos lógico e IEC de puerta inversora.

Digital básica ^"conexiones de la placa de inserción

3

La placa de inserción facilita la realización de prototipos, pero antes de comenzar hay que hacer una serie de recomendaciones para que el trabajo realizado sea lo más provechoso posible. En esta placa se insertan los terminales de los componentes a presión, sin necesidad de utilizar la soldadura. El esquema

Las conexiones

 An tes de realizar un circuito dibujare mos su esquema eléctrico, ya que no es conveniente con fiar únicame nte en la memoria. Una vez rea lizado el esquema lo estudiaremos con d ete ni mien to, para cons eguir una buena distribuc ión de com pone ntes en la placa y para compro bar si parte del circu ito está dispo nible en forma de módulo en otra zona del laboratorio.

Las conexiones entre componentes que van insertados de ntro de la placa deben realizarse uti lizando al máximo las posibilid ades de la misma. Es decir, para el positivo y el negativo de la ali mentación se utilizarán las dos hileras de termi nales que están inte rconectad os entre sí de 25 en 25. Para los demás contac tos hay que re cordar que en cada fila los 5 terminales están interconecta dos entre sí. Los termin ales qu e no pod amos un ir entre sí mediante los contactos de la placa se un i rán con cable rígid o de 0,5 mm de diá metro. Los contactos están diseñados para emple arlos con cables, o terminales de com pon ente, de diám etro co m pre nd ido entre 0,3 y 0,8 mm.

Los componentes Los componentes se sujetan y conectan en la misma ope ración, basta apuntar sus termin a les al taladro y em pujarlos para que en tren a pre sión entre las dos láminas del contacto, con lo que se logra una buena sujeción mec ánicay un buen contacto eléctrico. En este tipo de placas los primeros compo nentes que hay que insertar son los circuitos integrados, el form ato DIL es el más utiliza do y el ce ntro de la placa está reservado para ellos. Los componentes de dos o más terminales se sitúan de tal manera que se aprovechen al máximo las posibilidades de la placa, si por ejemplo alguno de estos terminales tiene que ir conectado a uno de los del integrado, se uti lizará uno de los cuatro contactos que quedan disponibles para cada terminal de éste.

El cableado Para las co nex ione s in terna s de la placa, y de ésta con el exterior, se utilizará prefe rente me nte hilo rígido de 0,5 mm de diámetro. Antes de emplear estos hilos hay que retirar unos 6 mm de la cubierta aislante de ambos extremos.

Los integrados Tal com o se ind icó los circu itos integra dos se insertan en el cen tro de la placa, y hay que ten er en cuenta que cada terminal del integrado ocupa una conexión de las 5 disp onib les de cada

y Esquema de las cone xiones internas de la placa de  pro toti pos .

Para realizar esta fotografía se retiró el adhesiva de la placa. Observe las conexiones.

©ogítaO básoca Transistor  correctamente Insertado, con cada terminal  conectado a una fila independiente.

Detalle de una de las láminas de conexión de cinco terminales.

El fabricante entrega la s resistencias en una banda,  pe ga da s a un as tiras laterales de cartón.

Los terminales deben puedar bien rectos, el corte oblicuo facilita la inserción.

Muestras de condensadores,

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

■ • ■ « a * » » * * * » » * » ■ ■ « * * « * a « v K s * k

k

Los Integrados se insertan en el centro de la  placa .

C S C

fila, quedando por tanto cuatro posibilidades para conec tar directamen te cables o terminales de comp one ntes a cada term inal del integrado.

Las resistencias Las resistencias tienen dos terminales, cuya limpieza deb emos observar con cuidado, ya que este componente se suministra pegado a dos bandas laterales de cartón, de tal manera que pu e den qued ar restos de pegamento que deben reti rarse, o simplemente cortar el trozo sobrante, para evitar ensuciar los contactos.

Los transistores Para utilizar transistores deben separarse ligeram ente sus terminale s para adaptarlos a la distancia estándar en tre los taladros de la placa,

que es de una déc ima de pulga da, es decir, unos 2,54 mm. Deben insertarse de manera que cada terminal ocupe una fila diferente, procuran do tene r identificado cadaterminal, es decir, colec tor, base y emisor.

Montaje El montaje debe seguir el siguiente orden, prim ero se instalan los circuitos integrados, des pués los transistores, condensadores, diodos y resistencias. Se deben a provech ara! má ximo las con exion es de la placa. Una vez colocados todos los componentes comienzan a realizarse las conexiones que no pud ieron hacerse directamente, m ediante tro zos de cables desprovistos de cubierta en am bos extremos.

agita!

básica

(^El osciloscopio

(

y 

Este instrumento es de uso común y se utiliza en la práctica totalidad de los laboratorios. No es necesario para nuestro laboratorio, pero es un instrumento que se debe conocer, ya que antes o después nos encontraremos con uno. Hay muchos tipos de osciloscopios, los más antiguos eran analógicos y consistían en un tubo de rayos catódicos con un control de haz vertical u horizontal; este haz se movía en sentido ver tical u hor izon tal según según el nivel nivel de tensión aplic ado a su entrad a vertical y a la rampa de tensión que generaba su base de tiempos. Actualmente son digitales y la pantalla de presentación es un monitor, que puede ser de tubo, LCD o TFT. Incluso, aunque con bastantes limitaciones, hay programas que hacen funcionar las tarjetas de sonido de los ordenadores como rudimentarios osciloscopios. Generalidades El osciloscopio permite ver las formas de la señal y su su variac ión con el tie mp o. Es decir, presentaen su pantalla una representación tensióntiemp o, la tensión en vertical y el el tiemp o en h ori zontal, zontal, detai man eraquesigueconstantemente las variaciones de tensión de la señal o señales aplicadas a sus entradas. Así, puede conocerse el nivel de tensión de la señal en cada instante, incluso su frecuenciay su forma de onda. Entradas Los osciloscopios actuales tienen al menos dos canales de vertica l, es de cir dos entradas de señal, que realmente son las entradas al osci loscopio. Normalmente son un conector BNC, siendo el conductor exterior una conexión a masa masa y el in te rio r el que qu e capta la señal. señal. Para Para seña les periódicas y continuas ésta es la única

En el osciloscopio la señal se ve directamente.

entrada, ya que el osciloscopio tiene interna men te una base base de tiem pos y un sistema de sin cronización para facilitar la visualización.

Atenuador  Cada una de estas entradas de señal tiene un atenu ado r por pasos pasos para para pod er adaptar el el nivel de la señal señal de entrada a los circu itos internos. interno s. Tam bién se denomina mando de sensibilidad y su posición determina qué salto de tensión corres pon de a cada cada cuadrícula vertical de la pantall pantalla. a. Este mando puede venir identificado como voltios/división, y permite ajustar la la sensibilidad sensibilidad de entrada del osciloscopio al nivel de la señal aplicada a su entrada, norm alm ente se calibran en voltios po r división vertical. vertical. El nivel de tens ión de la señal se se calcu la m u l tiplica nd o el núm ero de divisiones que se ven ven

Osciloscopio de laboratorio de dos canales.

r 

iogotal POWER A

d o a i ¿1 a  a

FOCUS

INTENS

 — J un

¿I READ OUT

 Y-PO S. I

VOLTS/DIV.

on\i 

ImU

tbásoca

£

n

TR

TRIG. EXT.

Interruptor, mandas de intensidad y  foco del haz.

Conectar de entrada de disparo exterior exterior..

CATI1 max.lOOVp

 Y-PO S. II

VOLTS/DIV. TRIG. 1m V

rm

Mando de sensibilidad  IVOLTS/DIV).

LEVEL

X-POS.

L

Mando X-pos. X-pos.

x-

MAG. DUAL

TIME/DIV.

CHII

->DE

T I M E / D I V. V. TRIG.MODE

U

0.6a

50ns

j

 S E A ./ D E L .

Sfr !

Mando de base de tiempos ITIME/OlVi.

Mando Y-pos. '  

'ir*

VOLTS/DIV.

D E L .T R IG .

te»Í4VAB.

Conectar de entrada de seña!.

en la pantalla por el factor de escala indicado por el cursor del man do de sensibilidad. sensibilidad.

 Y-POS  Y-P OS La onda se ajusta en una zona de la pantalla que nos fac ilite su lectura. Hay unos mandos marcados como Y-POS, o simplemente con una doble flecha vertical, que nos indica que este mando puede desplazar la señal señal p or la pantalla, lo cual es es muy útil, p or ej em  plo, para su pe rpo ne r las las señales señales de los dos cana les les y comp rob ar visualm ente sus sus diferencias. diferencias. X-POS Este Este ma ndo desp laza la señal señal en sentid o h o ri zontal. También También puede identificarse identificarse po r una fle cha doble horizontal. Base de tiempos El osciloscopio tiene un circuito horizontal, que tamb tamb ién podría utilizarse utilizarse aplicando una ten 

PUSH LONG

PUSH BOTH

TRIG.

VOLTS/DIV.

Sonda.

sión, para lo cual tien e un co ne cto r de entrada de de señal señal,, pero lo que querem os obtene r principa l mente es un diagra diagrama ma tensión-tiempo, y po rtanto necesitamos un circuito que, además de generar las las tension tension es adecuada adecuadas, s, fun cio ne de manera sin croniz ada para para pod er visualizar la señal señal en la pan talla. Dado que la gama de frecuencias que un osciloscopio normal puede representar es muy grande, grande, este este man dode betenerva rias posiciones posiciones marcadas como tiempo por división, normal mente TIME/DIV. Un osciloscopio normal debe po de r repres entar señales señales de al menos 20 20 MHz .

Sonda La conexión de la señal podría realizarse con un cable coaxial, pero es más más norma l u tiliz ar una sonda. El El term inal de masa masa norm alm en tee s una pinza, pinza, mientras que la conex ión de m edida fre  cuentem ente es de tipo aguj aguja, a, aunque se puede adaptársele una pinza para dejar fijas las las co ne  xiones de medidas.

iigotal básica con estab es tables les (  Experimentos con Este experimento corresponde a una configuración típica de astable con transistores y aunque puede utilizarse a frecuencias más elevadas, hemos optado por usar  frecuencias muy bajas para poder comprobar su funcionamiento mediante el encendido o apagado de los dos diodos LED utilizados. Si se utilizase una frecuencia muy rápida, aunque los LED se iluminarían intermitentemente, los veríamos siempre encendidos debido a la persistencia de la retina. Funcionamiento Haremos unarápidadescripción: los transis tores Q1 y Q2 con duce n de manera alternativa, es decir, cuando uno de ellos está en corte el otr o está en saturación, y la pola rización de un transistor con trola la del otro. El cond co nd ensa en sado do r C1 C1 se carga carga a través de la resis tencia R3, de tal manera que cuando la tensión supera los 0,6 en el punto de conexión entre ambos, co mo está unid o a la la base base de Q2, éste éste con  duce y entra rápidam ente en saturación, saturación, bajando latensión en su colec tor y bloquea ndo la corriente de base base del transis transis tor Q1 Q1 qu ed eja de co nd uc ir. En En esta situación el LED 2 está iluminado y el LED 1 apagado. Este proceso se repite comenzando en este caso a cargar C2 hasta que conduce Q1, el cual b loq uea ue a a Q2 y así así sucesivamente. El esquema El esquem a es es bastante sencillo , ya que tie ne pocos componentes. El diodo LED sólo se ilu mina cuand o el trans istora l que está está conectad o con duc e y se apaga apaga cuan do no c ondu ce. Los Los LE LED no están están ilum inados de manera simultánea, simultánea, pero aquí hay que hace r una observac ión, si si por eje m plo trabajamos a una frecue ncia muy alta, alta, tanto

Montaje práctica del astable. astable.

que el ojo no pueda seguirla, se se verán constan  teme nte encen didos, aún cuand o en realidad se se encie nden y se se apag apagan an alternativamen te.

Montaje El montaje de esta práctica es bastante senci llo, basta seguir el esquema y las fotografías, teniendo en cuenta que los diodos LED tienen polaridad y hay que cuidar m ucho la posición de

Rumento del periodo periodo cambiando las resistenc ias de IM a 330K. 330K.

iogoíal feásaca En este casa un condensador es de SEnF y el  otro de 10 pF.

Señal  asimétrica con una resistencia de R7K y la otra de IM.

Se debe experimentar  cambiando valores de componentes.

Un condensador  de Wn fíB de EEnF en  para lelo).

El circuito puede funcionar con un solo LED, conectando la resistencia de 1KB directamente ai positivo de ia alimentación.

los transistores. Este circ uito se alimenta con t en  sión con tinua com prend ida en tre 3 y 9 voltios, recomendamos usar la de 4,5 voltios. Hasta que el labo ratorio esté más comp leto pue de utilizarse el p ortap ilas y tres pilas de 1,5 voltios. i

Experimento básico El circuito, unavez realizado, debe fun cion ar desde el prime r momento, tenien do en cuenta que la temporización puede resultar bastante larga y que hay que esperar algunos segundos hasta que cambie. Si no se ilum ina nin gú n LED se debe desconectar la alimentación inmedia tamente y repasar todas las conexiones, espe cialmente la polaridad de la alimentación y de los LED.

Experimentos Una vez que se ha logrado poner en marcha el circuito pueden hacerse muchos experimentos, obteniéndose diferentes tiempos de ilumina ción de los LED. Los cambios deben realizarse en las resistencias R3 y R4 y las capacidades C1 y C2. Pue den conectarse dos condensadores en paralelo para obtener el doble de capacidad, o dos resis tencias en serie para obtene r el doble de resisten cia. Para R3 y R4se recomienda probar con 1M, 330K, 47Kypara C1 yC1 con10pF,22nF,44nF.Si los com ponen tes son del mismo valor, de tal manera que el circu ito es simétrico, los tiempo s de ilumin ación de cada LED serán igua les, pero el circ uito debe LISTfí DE MRTERIRLES funcionar aunque no sea básico simétrico. También pue Circuito Transistor NPN  Q l 02  BC507 o BC508  de eliminarse u no de los 1KB LED, pero hay que co Rl. R2  Resistencia (marrón, gris, m¡oJ  nectar la resistencia de R2. R3 Resistencia 330K  (naranja, naranja, 1K8 al positivo de la ali amarillo) Condensador 10¡j F  mentación para que el cir CI.C2  electrolítico cuito funcione. LED1, LED2 Diodo LED ro jo 5 mm

Digital

Ib á s o c a

^Experimentos con retardos b En este experimento se utiliza un circuito generador cuya salida se aplica a dos puertas inversoras, conectadas de tal manera que la salida de la primera se aplica a la entrada de la segunda. La señal de salida del generador y la de cada inversor se llevan a la entrada de uno de los codificadores BCD-7 segmentos del circuito impreso DG02. El condensador C2 se utiliza para provocar un retardo.

Idea básica Una de las limitaciones de velocida d de los cir cuitos digitale s son las capacidades parásitas, que pueden provocar que una señal se retrase y lleguefue rade tiempo, entregandoal circuito recep tor un dato erróneo. En nuestro caso y para ada ptarn osa l material disponible, vamos a montar un pequeño cir cuito, q ue trabaja a una velo cida d muy baja, para que el exp erim en to sea fácil de observar. Vamos a inte rca lar un a capacidad elevada, en este caso C2 para provocar un retardo. El efecto que esta gran capacidad pro duc e en este circ uito de m uy baja frecuencia es el mismo que en un circuito trabajando a alta frecuencia produ cirían apenas unos pocos picofaradios.

El esquema El circuito utiliza cuatro puertas NAND del integrado 4093. La puerta U1A se utiliza para co nstru ir un oscilador astable de muy baja fre cuencia, su salida, term inal 3 del integ rado está cambiando de 01. Supongamos por un mom en to que el cond ensa dor C2 no existe. La salida de U1A se aplica a la entrada de U3C que actúa

En este experimenta se utilizan Ias circuitos impresas DGOI, DG03 y DGOy.

como inversor, ya que sus entradas están uni das entre sí. En el terminal 10 la señal está inver tida respecto a su entrada. La salida de este inversorse llevaa laentradad el siguiente inver sor construido con la puerta U4D, la señal de salida se obtiene en el terminal 11 y tiene que ser igual a la del terminal 3.

El conectar del latiguillo se conecta al cone ctar J3Q del  circuito impreso DG03, de tal manera que el cable negro corresponda siempre a! terminaI i deI conector.

o

mí -

Digital básica El latiguillo terminado en dos conectores se utiliza para llevar la alimentación desde el  conectar JPI de la placa DGOQ hasta la placa de prototipos.

Conexión de alimentación a la placa de  pro tot ipos.

El condensador  CE se utiliza  par a pro voc ar  un retardo en la transmisión de la señal.

Placa de  pr ot otipos con el experimento.

Montaje El montaje se realiza sobre la placa de proto tipos ten ien do en cuenta la polarida d de los con  densadores ele ctrolíticos. También hay que cu i dar muc ho lao rientació n del circuito integrado. Utilizando el latiguillo de interconexión que tiene un con ector hembra de 4 terminales y cua tro hilos sueltos, enchufamos este conector, identificado como AUX3 en el esquema, al J24 del circ uito impres o DG02, conectan do el negro al term ina l 1 del mismo. A,co ntinu ació n cone c tamos el otro extremo cfel cable negro a cualquierade Iosterminales10,12ó13del integrado, ya que están, unidos entre sí. El cable rojo se conecta al terminal 3 del cir cuito integrado, el amarillo al 11 y el azul direc tamente al negativo de la alimentación. Alimentación Este circuito puede alimentarse u tilizand o el latiguillo de interconexión terminado en dos conectores, uno de los cuales se llevará al conector J41 del circuito impreso DG04, de tal manera que el cable negro esté conectado s iem pre al term ina l 1 del cone ctor. En el otro e xtrem o la alimentación se conecta con dos cablecillos, rojo al po sitivo y neg ro al negativo, Los puen tes de la placa DG04 debe n estar cone ctados entre los term ina les 1 y 2 Funcionamiento  Aunqu e la señal en los term inales 3 y 11 del integra do es la misma, hay que ten er en cuen ta que desde que sale por el term inal 3, hasta que llega al terminal 11 tarda cierto tiempo, normal mente poco e inapreciable para algunas aplica ciones, todo depende de cuándo se necesite el dato. Al cone ctar la alime ntación y sin pone rC2 , en el display pueden leerse alternativame nte los núm eros 1 y 6, lo cual sigue suced iend o si pr o vocamos un retardo conectando el condensa d o re s aunque pasando temporalmente por los valores 3 y 4. Con los valores indi U5TR DE MfíTEfílÑLES cados en el esq uema se b ásico aprecia muy bien el Circuito Circuito integrado Ui  efecto, si disminuimos U093 R es is te n ci a 1M   el retardo, bajando por Ri. R3 (marrón, negro, verde) ejemplo la resistencia R3 Resistencia 330K   (naranja, naranja. R3 a 47K el efecto se hace menor, aunque se Cl. 0 3 amarillo) C on de ns ad or   sigue apreciando. 10 mF e lectrolítico

r 

©ogoftaO tbisoea ( Sensores

)

La alta impedancia de las puertas CMOS y su alta inmunidad al ruido permiten la construcción de sensores. Vamos a experimentar con un circuito que se puede utilizar  para realizar diversos tipos de sensores.

El esquema Si nos fijamos en el esquema del sensor de rotura de hilo, y suponemos que la conexión en el punto A existe, los terminales de entrada de la puerta inversora, terminales 12 y 13 del cir cu ito integrado , forma da por la pue rta U1D, estarán conectados al negativo de la alimenta ción. La salida de esta puerta, terminal 11 del integrado, estará por tanto a nivel alto, lo que permite que el oscilador astable, formado por la pue rta U1 A, la resiste ncia R3 de 47K y el co n densador C1 de 10 pF, oscile, de manera que el LED 1 se ilum ina rá de manera in term itente , así com o el LED 2, aunqu e éste se ence nderá alte r nativamente, cuando el primero se apague. Cuando se corta el hilo se desconecta del negativo el cable marcado como A; en tal caso las resistencias R1 y R2 son suficiente para ase gura r un nivel lógico a lto en los termina les 12 y 13, con lo que la salida, de la puerta U1D, ter minal 11, pasa a nivel bajo bloqueando el fun cio na m ien to del o scilad or astable y el LED 1 se ilum ina p erma nentem ente mientras que el LED 2 permane ce apagado.

Puede llamar la atenció n la utiliza ción de do s resistencias, R1 y R2, en serie. Si nos fijamos en el esquema cuando la conexión A está estable cida hay un consu mo de co rrien te, ya que estas resistencias quedan realmente conectadas entre el positivo y el negativo de la alimen tación, pero como tienen un valor muy elevado, este consu mo es muy reducido , basta divid ir 4,5 vol tios p or 2 millone s para calcular el consumo . Por 

Espuama Eléctrico  de/ sEnsor da rotura da hilo.

EspuEma Eléctrico de un SEnsor a! tacto.

Colocación sin cablas.

óe   componEntes

insErtados En la placa,

U7

tism V- *L

Digital fcás ca Rl desconectar  el cable simulamos la rotura del hilo.

otra parte, como la impedancia de entrada de las puertas CMOS es muy elevada esta resis tencia puede mantenerlas a nivel alto cuando está abierta la conex ión po r el pun to A.

Montaje

La alimentación se toma de la  plac a DEOQ.

El montaje es bastante fácil, especialmente si ya se han realizado los anteriores . U saremos la placa de pro totipo s según el esquema, aun que aún hay pocos componentes y cables de intercone xión, pero de mo me nto son suficien tes, y además próximamente se seguirá con la entrega de más comp one ntes y cables de inter  conexión. Las ilustraciones son de mucha ayuda, hay que fijarse muy bien c ómo se coloca el circuito integrado y la polaridad del condensador elec trolítico y de los LED. Se recomienda dejar la conexión de alimentación para el final, reali zándola después de comprob ar todo el cable ado y la polaridad. El terminal 1 de los cables de alimentación se ha asignado al negativo de ali mentación asociándolo con el color negro.

Sensor táctil

Rl unir los cables a través de la piel el  sensor se activa.

Placa de  proto tip os con el experimenta.

El mismo circuito y sin apenas realizar nin guna mod ificación puede em plearse como sen sor táctil. Si nos fijamos en el esquema veremos dos terminales de cable que representan los con tactos del sensor, que en reposo están separa dos entre sí. En estado de reposo el oscilador astable está desactivado, el LED 2 permanece apagado y el LED 1 iluminado de manera fija, pero en cuanto tocamos con un dedo los dos contactos, la entrada de la puerta lógica U1D pasa a nivel bajo, el oscilador comienza a fun cionar y los dos LED se iluminan de manera intermitente. Este mismo sensor se puede utilizar como detector de nivel de líquidos conductores: USTR DE MRTERIRLES cuando el nivel de agua une los dos contactos, el Circuito básica Circu ito inte gra do L!0Q3 osciladorarranca. Com o U1 fíi, R3 Resistencia ¡M  las resistencias R1 y R2 (marrón, negro, verde) y?K  son de muy alto valor la R3 Resistencia (amarillo, violeta, pequeña cantidad de naranja) Ry. R5 Resistencia 1K8  sales que el agua (marrón, gris, rojo) corriente tiene disuelta d Condensador 10 pF  electrolítico hace que este circu ito lo LED!, detecte. LED3 Diodo LED rojo

r 

D i g i t a l feásoca (^~LED de bajo co n s u m o ^ Este circuito es un ejemplo de cómo, complicando un poco la electrónica, puede obtenerse un indicador luminoso a LED y además de bajo consumo. Un LED fijo necesita unos 3 mA como mínimo para iluminar, consumo muy elevado para equipos alimentados a pilas, sin embargo, con este circuito se dispone de un LED que emite un destello aproximadamente cada 3 ó 5 segundos, con un consumo inferior a 40 pA, por lo que puede funcionar muchos días sin cambiarle las pilas. El esquema El circuito es sencillo, pero algo extraño. Básicamente es un circuito de c on trol q ue sólo funciona cuando el condensador C1 + C2 se carga a través de la resistencia R1 de 47K y ade más en la entrada de l circ uito , term inale s 1 y 2 del integrado, se alcanza el nivel lógicol. Cua ndo esta entrada pasa a nivel uno, la salida del circuito , terminal 11 del circu ito integrado, también pasa a nivel uno, lo que provoca a su vez que el transisto r Q1 condu zca y que el LED 2 se ilumine, mom ento e ne lqu e consum e casi instantáneamente la energía acumulada en el condensador formado por la suma de C1 y C2. En ese instante, como consecuencia de que el condensador se descargó, la tensión en la entrada de co ntro l baja, lo que el circu ito in ter preta co mo un nivel bajo y el LED deja de con  ducir. El LED 1 se utiliz a para ma ntener una di fe  rencia de tens ión y su consum o es tan red ucid o que no se ilumina nunca.

Componentes insertados en la  plac a.

Cableado de interconexión.

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alimentación desde M I de DGCM, es ta vez utilizando el  latiguillo de un conector.

El disparo Cuando se conecta la alimentación del cir cuito, las entradas de la pue rta U1A, termin ale s 1y 2 del c ircu ito integra do, están a nivel bajo, y las resistenc ias R2 y R3 la m an tien en a nive l bajo, permaneciendo en este nivel bastante tiempo, ya que la carga del condensador es lenta porque se produce a través de una resis tenc ia de 47K.

Digital básica Detalle de conexión de la alimentación.

Si se retira un condensador  aumenta la frecuencia del  destella.

Por el LED 1 no circula c orrie nte y por tanto no hay disparo hasta que se supera su tensión umbral de conducción, después la corriente que c ircula es mínima, su ficiente para el disparo del circuito que origina el destello pero insu fi cien te para que este LED se ilum ine . Las puertas del integrado se utilizan como inversores, al tene r unidas entre sí sus dos entra  das, por tanto al invertir una señal un número pa rde veces quedará como estaba, pero con un cierto retardo que se produce en cada puerta.  Al utilizar una pu erta CM OS, el co ns umo a su entrada es muy bajo, ya que este tipo de pu er tas tiene una impedancia de entrada muy alta, sin embargo, su salida puede pro po rcion ars uficiente c orrien te com o para que su aplicación a la base de un tran sistor lo haga cond ucir.

Montaje El montaje es similar a otros ya realizados, aun que el cableado se com plica algo más po r que hay que fijarse muy bien en la polaridad de los LED , de los condensadores electrolíticos y en la colocación del transistor.

Alimentación Sólo emite destellos el  LED 2.

El circuito tiene un consumo muy reducido, que aprox imad ame nte apenas alcanza los 40 pA. El circuito integrado se alimenta desde una resistencia de47K, lo qu ee s p osible de bid o a su bajo consumo. El diodo LED 2 no tiene resis tencia limitadora, ya que la energía que tiene que d isipa r se limita a la energía acum ulada en el condensador. Si se desea un destello más lum inos o basta aumentar la capacidad del co n densador C1, o disminuir el valor de R1.

Modificaciones

Laboratorio con el experimento.

Si reducimos el valor del condensa dor, retirand o uno de ellosy conectán dole otro de 10 pF en paralelo, dismi nuye la energía del destello, aunque a la vista es difícil detectar este cam bio, pero al ser la carga más rápida, aumenta lafrecuencia del mismo.

LI5TR DE MRTER/RLE5  Circuito básico U1

Circuito integrado 9093

Ri, R9

R esistencia 97K   (amarillo, violeta. naranja)

R3. R3

Resistencia IM 

R5 

Resistencia IK8 

(marrón, negro, verde) (marrón, gris, rojo) Cl C3

Condensador iO pF  electrolítico

Q1

Transistor NPN Bc597  o BC598 

LEDi. LED3 Diodo LED rojo

Digital básica

c

Rlarma de inundación

Este circuito es un ejemplo de aplicación de los circuitos biestables. Cuando el nivel de agua alcanza los electrodos del detector se ilumina un LED, y se memoriza este estado de alarma.

Funcionamiento Partimos de un circuito para detectar inun daciones y suponemos que en el momento de conectar la alimentación el agua no alcanza el nivel d efin ido com o de alarma, es decir, los dos electrodos están al aire. Al conectar la alimen tación del circuito el LED permanece apagado. Cuando el nivel de agua alcanza los electrodo s, el circuito se activa y el LED 1 se ilumina, perma necie ndo así aunq ue el nivel de agua desc iend ay memo rizándose , p or tanto, el estado de alarma. Para borra r el estado de alarma hay que cortocircuitarel condensador C1, realizando momen táneamente la conexión de RESET. Aunque tam bién se pued e bo rrar la alarma desconec tando la alimentación , pe ro en este caso debem os cercio  rarnos de qu e el con densador C1 se descarga. El esquema El circuito puede resultarcon ocido, pero hay que fijarse muy bien en los cambios. En la entrada se utiliza un transistor, ya que es un componente bastante más robusto que una puerta y que p or tanto nos puede ayudar a evi tar falsas alarmas.

Componentes insertados en la  placa .

Cableado de interconexión y del  sensor.

Q » Ef;

RUmentación desde  jm de Dc oy , utilizando el  latiguillo de un conectar.

Suponemos que el circuito está alimentado y el LED 1 apagado. En la entrada de la puerta U1A, que está conectada para que funcione como inversor, hay un 1 lógico; en su salida un 0, que se lleva a otro inversor, U1B, y la salida de éste es un 1, que se aplica a la entr ada de SET del biestable y, por tanto, este ú ltim o no cambia de estado. El otro terminal del biestable, terminal 13 del integrado, también está a 1. Cuand o el nivel de agua alcanza los electrodos se establece una corriente de base en el transís-

Digital básica RI subir el nivel  el LED se ilumina.

Runque se retire el sensor  la alarma se memoriza.

tor Q1. Esta corriente es posible gracias a las sales que el agua tiene, aunque sea en pequeña pro porción, en disolución. Cuando la corriente que el transistor conduce es suficiente para provocar una caída de tensión en la resistencia R2, tal que el nivel en la entrada de la puerta sea interp retado po r la misma co mo unO, la salida de la puerta pasa a 1, de form a qu e en la entrad a de la báscula, ter  minal 8 del integrado, aparece también un 0; la salida de la báscula, terminal 10, pasa a nivel alto, se prod uce la ilum inac ión del LED1 y permanece en este estado aunq ue el nivel de agua baje y el nivel lógico a la entrada de U1A vuelva a 1.

RESET Para borrar el estado de alarma, una vez que el nivel de agua ha descendido, se realizará mom entánea men te la cone xión de reset, para lo cual sólo debe mos descargar el condensador. Estado inicial Para asegurar que el LED esté apagado al cone ctar el circu ito se utiliza la red formada p or el condensador C1 y la resistencia R3. Esto ase gura que en los mome ntos iniciales hay un 1 en la entrad a de RESET, term ina l 13, y que po r tanto la salida, terminal 10, tenga un 0.

El RE5ET se realiza tocando el terminal del  condensador  con un cable.

Laboratorio con el experimento.

Montaje El montaje debe realizarse siguiendo el es quema y utilizan do las fotografías com o ayuda. Debe cuidarse especialmente la ubicación y orie n tación del circuito integrado, del transistor, del LED y del co nden sado r electrolítico . Alimentación El circ uito se alimenta desde el conectorJ41 de DG04, para lo que necesita que estén USTR DE MRTERIRLES instaladas las pilas del portapilas situa Circuito básico do deb ajo de Iazona U1 C ir cu ito in te gr ad o 9 09 3 1 del labo ratorio, u ti R1 R es is te nc ia 1M (m arrón , negro, verde) lizando el latiguillo R2, R3 Resistencia <-J7K(amarillo, queterminaen hilos violeta, naranja) sueltos y sólo tiene RQ R es is te n ci a 1KB ( ma rr ón , un conector en un gris, rojo) extremo. Cuando el O Condensador 10 pF   laboratorio esté electrolítico com pleto la alimen Transistor NPN BC597 o Ql  tación se tomará de BC59B los mu elles 0y 5 V. LED1 D io d o LED ro jo

Digital básica (  Monoestable con puertas ÑOR En esta práctica se utiliza un circuito integrado con puertas ÑOR para construir un monoestable. Como todo monoestable tiene una entrada de disparo para activar el circuito, durante cierto tiempo, una vez transcurrido el cual vuelve al estado estable o de reposo.

El esquema Si nos fijamos en el esquema del circuito lo primeroques eobserva, miránd olode izquierda a derecha, es la con exió n de disparo, repre sen  tada po r la letra A, y una resiste ncia de alto valor, R1, que asegura un nivel bajo a la entrada 1 de la puerta U1A. Esta puerta, junto a la U1B, la resistencia R2 y el condensador C1 forman el monoestable. La salida del monoestable es el terminal 4 del circuito integrado, que normal mente se identifica como Q, y para completar el circu ito utilizamos otra puerta del integrado con sus dos entradas unidas para forman un inversor y poder dispo ner tamb ién de la salida negada, es decir, /Q, en el terminal 10 del cir cuito integrado. En cada una de las salidas del ci rcu ito, te rm i nales 4 y 10, se conecta un diodo LED con su corre spon diente resistencia de polarización R3 y R4 respectivamente, que nos permiten verifi car el estado de las salidas del circuito. Como está conectado a través de un inversor, sólo puede verse un LED iluminado, ya que cuando uno está iluminado, el otro estará apagado.

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"I TO DG i ...

4, 5V

Componentes ubicados en el  circuito impreso.

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Montaje de los cables de interconexión.

Toma de alimentación del  conector JQI  utilizando un latiguillo de cuatro cables.

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P O V \E R N . IN P U T

) R2 ? 330K U 1A

rJ: R

3

' 1K0 ▼

Monoestable con puertas ÑOR.

S9BSJ5

L ED

 S R

4

< 1K0

1 ▼

L ED

2

Montaje El montaje debe realizarse siguiendo el esquema, utiliza ndo las fotografías com o ayuda, y tomando las precauciones habituales. Se inserta primero el circuito integrado 4001, cu i dando su orientación, y después los demás componentes y cables de interconexión. Hay que tene r en cuenta la polaridad del condensa do r ele ctro lítico y la de los diodo s LED.

o

©ogotaO (básoaa Alimentación Conexión de Is alimentación a la placa de  pro toti pos.

El circ uito se alim enta con las pilas instaladas en el portapilas de la zona 1 utilizando un lati gu illo de interc on exió n al con ecto r J41 de DG04. Procuraremos que el hilo negro se conecte al terminal 1, ya que en el otro extremo el hilo negro es de 0 V y el rojo de 5 V. Cu ando el labo  ratorio esté com pleto, el circu ito se alimentará de los mu elles 0 y 5 V.

Estado de reposo

Cable utilizada  para realiza r ¡a conexión de disparo.

Cuando se conecta la alimentación del cir cuito, con la conexión de disparo A abierta, el LED 1 está iluminado y el LED 2 apagado. El cir cui to d ebe p erman ecer en este estado hasta que se produ zca el disparo del mismo.

Disparo El disparo se produce al realizar momentá neamente la conexión A, que puede hacerse tocan do con el cable el otro e xtremo de la cone xión. Cuando el laboratorio esté completo uti lizaremos un pulsador. En ese instante cambia el estado de los LED, es decir, el LED 1 se apaga, y el LED 2 se ilumina, temporización que dura aproxim adam ente 5 segundos.

Sólo puede estar iluminado un LED.

Modificaciones El tiempo que el circuito permanece activo es aproximadamente 1,2 x R2 x C1. Ésta es una fórmula muy aproximada, y por tanto hay que comprobar en la práctica la duración. El tiempo se obtiene en segundos; si la capacidad se expresa en microfaradios hay que divid ir po r un m illón. Puede aumentarse el tiem po increm en tado los valores de la resistencia o del conden sador, haciendo lo contrario para disminuirlo. LiSTR DE MRTERiRLES

Vista del  laboratorio con esta práctica.

Circuito básico U1 Circuito integrado ROO!   FU  Resistencia !M imarrón, negro, verde1 RE Resistencia 330K   1naranja, naranja. amarillo1 R3. RQ Resistencia IK8  1marrón , gris, ro jo} Cl  Condensador  10 pF electrolítico LEDI.LED3 Diodo LED rojo

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0 igitaO

feisoca

(^Puerta XOR ~) El objetivo de esta práctica es obtener una puerta XOR, es decir, OR-exclusiva, a partir de puertas N A N D . Para ello empleamos el circuito integrado 40 93 , que contiene en su interior 4 puertas NAND.

Puerta XOR En una puerta OR-exclusiva de dos entradas la salida es 1 cuando una de sus entradas es 1 y la otra 0. Sin embargo, la salida es 0 cuando ambas entradas toman el mism o valor. El circuito Si observa el esquema verá que en cada una de las entradas se prevé una conexión al posi tivo, cuando ésta se hace a la entrada se aplica un 1, y cuando no se hace, la resistencia R1 o R2 mantienen un 0 en la entrada correspond iente. El LED colocado en la salida se ilumina cuando el estado de la salida es un nive l alto y se apaga cuando es un nivel bajo. Cuando las dos cone xiones, A y B, están abiertas, el LED permane cerá apagado, de igual manera que cuando ambas están a 1, pero si una de ellas está a 0 y la otra a 1  el LED debe iluminarse. Si las conexiones A y B están abiertas, en las dos entradas de la puerta U1A habrá un 0, y las puertas U1By U IC ten drá n una de sus entradas a 0, mientras que la otra entrada estará conec-

\  Puerta XOR.

Componentes en el  circuito impreso.

Montaje de los cables de interconexión.

Toma de alimentación dei  con ector JP1 utilizanda un latiguillo de cuatro cables.

tada a la salida de U1A que está a 1, por lo que las salida de estas dos puertas (U1B y 1)1 C) será un 1. Las salidas de estas puertas se conectarán a cada una de las entradas de la puerta U1D, cuya salida es además la salida del c irc ui to que ta m bién será 0. En cuanto se cierra una sola de las conexio nes A o B, se aplica u n 1 a las puertas U1A y U1B, o bien a U1A y U1C, con lo cual a la entrad a de U1D se aplican valores difere ntes y p or tan to su

________

^

f 

Digital básica Con las conexiones R y  B abiertas el  LED está apagado.

salida tom a el valo r 1, ilum iná nd os e el LED. Si se realizan simu ltáneam ente las dos conexiones A y B, la pu erta U1A tend rá su salida a 0 y U1B y U1C tendrá n salida a 1, de manera q ue la puerta U1D tendrá su salida a 0 y el LED se apagará.

Montaje a ■

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a» W  Cerrando la s conexiones R y  B el LED también está apagado.

ñl conectar sólo R o sólo B, se ilumina el LED.

El montaje debe realizarse siguiendo el esquema, u tilizan do las fotografías com o ayuda, y tom an do las precauciones habituales. Insertaremos primero el circuito integrado 4093, respetando su orientación, y después los demás compone ntes y cables de intercone xión. Las conexiones A y B se realizarán con cable, más tarde se podrá repetir el experimento cuando estén disponibles los pulsadores del laboratorio.

Alimentación El circ ui to se alim enta con las pilas instaladas en el portapilas de la zona 1. Sólo es necesario que estén colocadas estas tres pilas, u tilizan do un la tigu iIlo de in terco ne xión al conectorJ41 de DG04. El hilo negro se conecta al terminal 1, en el otro extremo el hilo negro es el 0 V y el rojo 5 V. C uan do el lab ora torio esté com pleto , el cir cuito se alimentará de los muelles 0 y 5 V. Tam bién pue de a limentarse a 9 V.

Modificaciones Este circuito es muy elemental y p or tanto no procede ninguna modificación, el valor de las resistencias R1 y R2, denominadas también resistencias de pull-down, debe ser elevado, para evitar el con sum o de la batería cuand o los contactos A y B están cerrados.

LI5TR DE MRTERIRLES Vista del laboratorio con esta práctica.

DI

Circuito integrada L!09 3

RI. RE

Resistencia iOOK 1marrón, negro, amarillo! 

R3.

Re sisten cia IK8 ¡marrón. gris, rolo)

LEDI.

Diodo LED rojo

c

iogotal

f eásoca

(^Puerta ÑOR de M entradas El objetivo de esta práctica es obtener puertas lógicas que representen una función, a partir de otras puertas más elementales que representan otra función. Vamos a presentar dos circuitos, en el primero de ellos se obtiene una puerta ÑOR de 4 entradas y en el segundo una puerta ÑOR de 2 entradas.

Puerta ÑOR de 4 entradas Observando el esquema vemos que se emplean 2 puertas ÑOR de 2 entradas y 2 puertas NAND de 2 entradas, la última, U1B, se utiliza como inversor. Si lo que deseamos es ob te ne r una pu erta OR de 4 entradas basta tomar la salida en el terminal 3 del circuito integrado U1A, es decir, del 4093. La otra parte del circuito se utiliza para aplicar un nivel lógico a la entada, cada entrada está conectada al negativo de la ali

me ntación a través de una resistencia de valor elevado. Cuando las conexiones representa das por los interruptores A, B, C y D están abiertas, es decir, sin conectar, las resisten cias R1 a R4 hacen que en cada una de las entradas se detecte un 0. Si uno de los inte rruptores se cierra, la entrada correspon diente pasa a 1, ya que se conecta directa mente al positivo de la alimentación; el con sumo es reducido, ya que las resistencias R1 a R4 son de valor elevado.

Puerta ÑOR de 4 entradas A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

\ 

1

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

c 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1

0 1

______________________

Puerta ÑOR cuatro entradas.

Componentes utilizados en la  pue rta ÑOR de cuatro entradas.

Montaje de los cables de interconexión, incluida la alimentación.

s 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

¡m,

Cj2 B ogotaO Rl realizar 

cualquiera de las cuatro conexiones, Ft, B, C. o D, el  LED se apagará.

Puerta ÑOR de cuatro entradas.

feásoca

Vamos a recordar la tabla de verdad de una pu erta ÑOR de 4 entradas: Podemos observar que la salida (S) sólo es 1 cuando todas las entradas están a 0.

Montaje El montaje no es muy complicado, se realiza de la manera habitual, siguiendo el esquema.  Ambo s integrad os debe n estar bien colocados, realizando con cables las conexiones A, B, C y D; cuando se disponga de los cuatro pulsado res podrán utilizarse para la misma función. Alimentación Este circuito puede alimentarse indistinta mente a 4,5; 5 ó 9 V. De momento, con el mate rial suministrado hastaahora puedealime ntarse con las pilas instaladas en el portapilas de la zo na l, utilizando un latiguillode interconexión al conector J41 de DG04, y procurando que el cable negro se conecte al terminal 1, corres pon dien te a 0 V, el cable r ojo es el de 5 V. Cuando el laboratorio esté completo, el circuito se ali mentará de los muelles 0 y 5 V. Puerta ÑOR de dos entradas El segundo circuito muestra cómo construir una puerta ÑOR de dos entradas utilizando pue r tas NA ND de dos entradas, la fun ció n Ñ OR se estudia con el LED 1, mientras que lafunción OR se corresponde con el LED 2. Su montaje es bas tante se ncillo y se alimenta igual que el anterior. USTR DE MRTERIRLES Circuito ÑOR R entradas Ul 

Circuito integrado R093

U2 

Circuito integrado ROO! 

Rl, R2 

Resistencia IOOK ¡marrón, negro, amarillo1

R3. RR 

Resistencia 330K Inarania, narania. amarillo)

RE 

Resis tencia IK8 1marrón, gris, rajo)

LED!,

Diodo LED roio

Circuito ÑOR 2 entradas Ul

Circuito integrada R093

Rl. R2

Resistencia 330K Inarania, naranja, amarillo)

R3. RR  Puerta ÑOR de 2 entradas.

Resistencia IKB Imarrón, gris, rojo)

LEDI.LED2, Diodo LED rojo

^:.v2 3

iogoíaO bisoja (^Puerta RND de 3 entradas

1

En esta práctica se puede comprobar cómo se obtiene una puerta AND de tres entradas a partir de cuatro puertas NAND de dos entradas. También veremos cómo utilizar un transistor para aumentar la corriente de salida.

El circuito El esquema del circuito parece complicado pues se representan los cables de intercone xió n, los cu atro LED y las resistenc ias R1 a R4 del circuito DC11 instalado en el laboratorio. Los LED están conectados en paralelo, unidos de la sigu iente manera: los ánodo s se unen dire cta mente entre síy los cátodos después de las resis tencias limitadoras de corriente. Los cuatro LED se conectan en el circuito de colector de un transistor NPN, el cual conduce cuando en su base se inyecta la suficiente cor rien te; en este caso se utiliza una resistencia de base R8 de 4K7.

Hay que recordar que no es muy conve niente cargar mucho la salida de una puerta lógica, ya que la corriente que pueden sumi-

Componentes utilizadas en la  pu ert a RND de tres entradas.

A 0 0 0 0 Tabla de verdad  de la puerta RND de 3 entradas

B c s

0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1

0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1

Instalación de las cables en la placa.

Cableado de los LED utilizando latiguillos.

Cableado a los muelles y  alimentación.

nistrar es reducida. En este caso se utiliza un transistor como am plificado r de corriente para poder iluminar de manera simultánea los cua tro LED, lo cual sucede cuando la salida está a nivel alto. La salida sigue la tabla de verdad de la pu erta AN D de tres entradas. En cuanto a las puertas lógicas, basta apli car el nivel 1 ó 0, a cada una de las entradas, e ir comprobando cómo va cambiando la señal según atraviesa las diferentes puertas, hasta llegar al final. Este proceso es un poco laborioso, pero no presenta ninguna dificul tad. Por ejemp lo, si aplicamos u n í a los ter m inale s 8 y 9, entrada s de U1C, a su salida, te r minal 10, habrá un nivel 0 y, por tanto, en el terminal 11 habrá un 1, que se aplica al ter m ina l 12 de U1A; si ap licam os un 1 a la otra entrada la salida de esta puerta será 0 y, por tanto, en el terminal 4 habrá un 1. Repitiendo este proceso para cualquier otra combina ción el resultado será el contrario, es decir, un 0 a la salida.

Montaje

Detalle de las conexiones al  aire de la  puerta RND.

Este montaje es bastante sencillo, ya que se sim plifica al utilizar los latiguillos de interco ne  xión. La alimentación se realiza utilizando un latig uillo de la manera habitual, aunqu e pro nto utilizare mo s los mue lles 0 y 5 V en vez de este latiguillo.

Prueba La prueba del c ircuito puede realizarse u ti lizando las tres conexiones A, B y C para for mar todas las combinaciones posibles de la tabla de verdad de una puerta AND. Podrá comprobar que los LED sólo se iluminan cuando las tres entradas A, B y C están al nivel lógico alto, es decir, cuando los tres cables estén conectados.

Otro experimento Vamos realizar un nuevo exp erim en to, para ello hay que desconectar la resistencia R8 del terminal 4 del integrado y conectarla al term ina l 3, de manera que logrem os la fun  ción inversa, es decir, una NAND de tres entradas. En este caso el LED sólo se apaga cuando las tres entradas están a nivel alto, para cualquier otra combinación los LED se iluminan. Con las tres en tradas a I se iluminan todos ios LED.

Digital básica (^P ue rtas ÑOR y OR con d io d o s ^ En esta práctica se consigue una función OR y una ÑOR de cuatro entradas utilizando una puerta ÑOR de sólo dos entradas y cuatro diodos; se utiliza otra puerta para conseguir la función inversa. El circuito El esquema del circuito resulta bastante grande, porque están representados los com ponentes del circuito impreso DG11, que pue den verse agrupados en la parte superior del esquema. Los diodo s LED se utilizan com o sim  ples diodos y cumplen su función, aunque no se ilum ine n, ya que para que esto suceda hace falta superar una corriente mínima. Las entra das a la pue rta de cu atro entradas las repre sen tam os po r los pue nte s de enc hu far JP5, JP6, JP7, y JP8. La salida de la puerta ÑOR es el terminal

3 del circuito integrado 4001, el estado de esta salidase verifica con el en ce nd ido de ldio do LED  A, el te rm in al 4 del inte gra do nos da la salida inve rtid a, es decir, la func ión OR. Y su tes tigo es el LED B. Las resistencias R5 y R6 hacen que las entra das de la puerta U1A permanezcan a nivel bajo cuando no están activadas las entradas. Las resistencias R1 a R4 corresponden al cir cuito impreso DG11 y no son visibles, las resis tencias R7 y R8 limitan la corriente que circula por los diodos LED A y LED B.

Puertas ÑOR y OR  de cuatro entradas con diodos.

Placa de  pr ototipo s con ios componentes y ios cables internos.

A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

c 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

ÑOR 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

OR 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

La conexión de los cátodos se hace con un latiguillo.

ioggfafl (básoca Cableado de los muelles.

La alimentación se toma ya desde los muelles O V 

y5V.

Rl colocar uno solo de los  pu en tes se Ilumina un LED B.

Con los cuatro puentes sin colocar, se ilumina el LED R.

Montaje El montajees realm entese ncilloyaq ue u tiliza la placa DG12, que ya está alim enta day alimenta por tan to a la DG11, y además la con exió n de la alime ntación se simp lifica pues ya se dispone de alim entac ión en los muelles 0 V y 5 V. Tal como es habitual primero se instalan los com pon ente s en la placa de proto tipos , que son el circuito integrado 4001, dos LED y las cuatro resistenc ias R5 a R8. Desp ués se realiza el cab le ado interno en esta placa y las conexiones que van a los mu elles 9,10,11 y 12 y a con tinu ació n el cableado de alimentación, para lo cual sólo se necesitan dos cables, uno al muelle 0 V para el neg ativo de la alim entac ión y otro al 5 V para el po sitivo de la misma. Con un cable de interconexión acabado en dos conectores de cuatro terminales se une la conexión de los cátodos de los LED 1 a LED 4 con las conexiones 9 a 16 de la placa DG12, que inter namente están conectados a los muelles con el mismo número. Prueba La prueb a del circu ito se realiza de la siguiente manera: cada entrada permanece a nivel bajo hasta que se enchufe un puente en JP5, JP6, JP7 o JP8; estos puentes po r u n extremo están conectados al ánodo de cada LED y po r el otro directam ente al positivo de la alimentación, que la placa DG11 recibe po r su con ector J1 desde la placa DG12. Para com enz ar la prueba hay que ase gurarse que todo el trabajo esté bien realizado, com prob and o que el circu ito integrado sea el ade cuado y que esté bien insertado, y cuidando la polaridad de los LED, el terminal de más longi tud corresponde al ánodo. Para que la alimentación se conecte al labo ratorio el con mu tado r debe estar en la posició n BAT; cuando no hay ningún puente enchufado todas las entradas están a cero, la salida del cir cuito (terminal 3 del integrado) es uno y se ilu mina el LED A, mientras que el LED B está apa gado. Si sólo un o de los puentes está conecta do el LED A se apaga yse ilum ina el LED LISTR DE MRTERIRLE5  B, lo cual puede Circuito integ rada ÓOOI  Ul  comprobarse con R5. RB R e s is te n cia IOOK   (marrón, negro, amarillo) todas las posibles R7. R 8 R e s is te n cia IKB combinaciones 1ma rrón. gris, roía) contenidas en la L EO R. L EO B D i o do L E D r o jo tabla.

Digital básica ( Biestable con transistores En esta práctica se experimenta con un circuito biestable construido con componentes discretos, tal como se puede observar en el esquema no es necesario emplear ningún circuito integrado.

r 

El circuito El esquema es el de un circ uito típi co de libro, con un mínimo númerod ecom ponen tes,total mente simétrico, una entrada de RESET que identificam os con la conexión A, y una conexión de SET que está marcada con B. La salida de l c ir cuito es, portanto, la que corresponde al LED B, mientras que la otra salida es la negada de la an terio ryse utilizae l diodo LED A com o testigo. Este circ uito mem oriza la pulsación, qu e es una de las posibles formas de memorizar el estado de un circuito. Las resistencias R1 y R2, ambas de 1K8, limitan la corriente que circula por los diodos LED A y LED B.

tencia de base, satura al transistor Q1, con lo cual absorbe la corrien te qu e circula p or la resis tencia R1 y además su tensió n de cole ctor e m i sores baja y no perm ite que el LED Ase ilu min e; por otra parte, como la tensión de colector de Q1 es baja no deja pasar suficie nte c orr ien te p or R3 para polarizar la base del transistor Q2, con lo cual éste permanece en estado de corte. El circuito puede mantenerse en este estado mientras haya alimentación.

Cambio de estado Si en la situación anterior realizamos mo mentánea mente, co mo si de un pulsa dor se tra tase, la conexión B, el circuito no cambiaría de

Funcionamiento Cuando se conecta el circu ito no rmalm ente uno de los dos LED se ilumina. Uno de los tran sistores está al corte y el otro en saturación. Supo ngam os que el trans istor Q2 está en estado de corte , es decir, no cond uce, en esta situación la resistencia R2 puede polarizar al LED B y éste se ilumina, mientras tanto la resistencia R4, que es de un valor bastante bajo para ser una resis

Placa de prototipos can lo s componentes.

L Biestable con transistores.

Cableado interno de la placa.

Digital básoca Las conexiones R y B se hacen con cables.

estado y el LED B permanecería iluminado, sin em bar go, si la cone xión q ue se realiza es la A se produce el "basculamiento del circuito", por cuya acción el transistor Q1 pasa inmediata mente al estado de corte, el LED A se ilumina, circula una corrien te relativamente elevada por la resistencia R3 que rápida me nte satura al tran  sistor Q2 y se apaga el LED B, impidiendo ade más que po r R4 circule suficiente corriente para polarizar la base del transistor Q1, de manera que éste se mantiene en estado de corte por tiempo indefinido.

Montaje La alimentación se toma desde ios mue lles O V  y 5 V.

La realización práctica de este experimento no es muy complicada, dado el reducido nú mero de componentes utilizados. Debemos fijarnos muy bien en la distribución de termi nales de los transistores y en la polarid ad de los LED; las conexiones A y B se realizan haciendo contacto momentáneo con el cable, cuando el labora torio esté com pleto se utilizarán sus pu l sadores.

Alimentación Conexión momentánea de R, con B desconectado.

Las conexiones de alimentación se toman directamente de los muelles 0 V y 5 V. Para que el circu ito re cibaalime ntación, deben estar ins taladas las tres pilas del portapilas situado de bajo de la zona 1, y el con m uta do r debe si tuarse en la posición BAT.

Prueba Deben comprobarse todas las conexiones antes de pasar el conmutador a la posición BAT. El circu ito ha de fun cio na r nada más conectar la alimentación, iluminándose uno de los LED, de lo contra rio desconectaremos la alime ntac ión y volveremos a repasar. Una forma fácil de com pro ba r la polaridad d e los LED es retirar los tran sistores, en este caso los dos LED deb en ilu m i narse, si sucede así, se desconecta la alimenta ción y vuelven a conectarse los transisto res con mu cho cuid ado para hacerlo bien. LI5TR DE MRTERIRLES ai. 03 RI. R3 R3. Ry Conexión momentánea de B. con R desconectado.

LED 1, LED 3.

transistor BC5R7 0 BC5DB Resistencia IK8 1marrón, gris. roiol  Resistencia QK7 iamarillo. violeta, roiol  Diodo LEO roio

Digital básica ( á s e m i5 u m a d Q r  

En esta práctica se experimenta con un circuito matemático, un semisumador. Este circuito se utiliza para obtener la función suma, y además indica si hay o no acarreo.

Tiene dos terminales de salida, uno para la suma y otro para el acarreo. acarreo. No tien e e ntrada de acarreo para sumas sumas anteriores, po r tanto, no es un sumador completo o "fu11 adder", es sólo un semisumad or, es decir, " haIf adder".

El circuito Siguiendo el esquema del circuito se puede obte ne r la tabla de verdad del m ismo, la función suma se obtiene en la salida de la puerta U1B, que se corresponde con el ter minal 4 del circuito integrado U1. Las entradas se representan por los con tactos A y B, B, cuand o este con tacto está está abie rto hay un 0 en la entrada, ya que las entradas de las puertas a las que está conectado tienen resistencias de "p ul í do wn ", y un 1 cua nd o está está cerrado. En la salida de la puerta U1C se obtiene el b it de aca rreo de la suma, que es 1 cu an do las las dos entradas están a 1. Hay que evitar confundir esta función matemática, con la función lógica OR, aunque son muy y  parecidas. La diferencia está en que cua ndo las las dos entradas son 1 la salida de la puerta OR es 1, mientras que en el suma dor cuando las dos entradas son 1, la salida es 0 y el bit de acarreo es 1, que se sumaría en el sumador del bit siguiente, que obligatoria mente tendría que ser un sumador completo. Esquema eléctrico del  semisumador.

 A

B

0 0 1 1

0 1 0 1

SU MA (ADDER) 0 1 1 0

ACARREO (CARRY) 0 0 0 1

Funcionamiento El funcionamiento del circuito sigue la tabla de verdad verdad del semisumador semisumador.. R ecuerde quetiene dos salidas, y para poder visualizar la salida del

u

26

iogotaO íbásica Las conexiones R y B son ¡as entradas del  circuito.

resultado de la suma (adder) se utiliza el LED 3, el cual se se ilumin a cu ando el resultado de la suma es 1. El LED 4 se utiliza para detectar cuando hay acarreo, es decir, cuando el acarreo es 1, en este caso se ilumina, y esto sucede cuando las dos entradas se ponen a nivel lógico 1, es decir, cua ndo las las conexion es A y B se cierran. cierran.

Montaje

La aumentación se tama de ios mue lles O V y 5 V.

En este experimento se utilizan dos circuitos integrados, que son los primeros componentes que hay que inse rtar en en la placa placa de proto tipos. A con tinua tin ua ció n se insertan las las resistencias resistencias y los los tra n sistores, sistores, después se realizan realizan las las conexiones inte r nas nas de la placa placa y po ste rior me nte las las que van a los muelles 15,16 y 0 V. Antes de conectar al 5V es recome ndable repasar repasar tod o el trabajo realizado realizado por si hemos com etido alguna equivocación. Hay que conectar un latiguillo, terminado en dos conectores de cuatro terminales, entre los terminales 13-16, y los cátodos de los cuatro pri meros LED de la matriz, así como los puentes entre A3, A4 y el terminal que tengan más pró ximo, q ue está está interna me nte co nectado a los los 5 V y sólo se iden tifica c on el signo " + ".

Alimentación Conexión fija de R. con B desconectado, la suma suma e s I y  el LED 15 se ilumina.

El último paso consiste en conectar al muelledealimen lledealimen tación de5 Vyco mp roba rel estad estado o de las pilas conectadas al portapilas situado deb ajo de la zona 1, 1, antes antes de pasar pasar el el co nm uta  do r de alim enta ción a la posic ión BAT.

Prueba La prueba de este este circu ito consiste consiste en ir ut ili zando las las conexiones A y B para para com prob ar que se cumple la tabla de verdad. Por ejemplo con A y B desconectados el resultado de la suma es 0 y el bit de acarreo también es 0, por tanto no se debe iluminar ningún LED. Si conectamos A y B se ilum ina rá el LED LED 4, ind icando ica ndo que el bit de aca aca rreo es 1. Si conectamos sólo A, o sólo B, se ilu mina el LED 3, que representa la suma, suma, ind ican do que ésta es es 1, 1, y el LED LED 4 perm anec e apagado apag ado seña señ a lando po r tan to que el bit de acarreo es es 0. 0. LI5TR DE MRTERIRLE5 

Para que haya acarreo las d os entradas tiene que estar a I.

Ul Circuito integ rado ROOl  U3 Circuito integrado R093 DI. DE Tran sisto r BC5R7 O BC5R 8  R5, RE Res isten cia IOO IOOK ¡marrón,negro, amarillo) R7. R7. R8 Res iste ncia RK7 RK7 tamarilla , violeta, rojo! 

Digital básica

c

El condensador como memoria

 j 

En esta práctica se experimenta con un circuito muy sencillo. Cuando se utilizan puertas de alta impedancia de entrada, que por tanto apenas consumen corriente, si hay un condensador conectado a la entrada, sin un circuito de descarga del mismo, puede mantenerse cargado y memorizar un estado lógico durante mucho tiempo. El circuito Si observamo s el esquema nos resultará muy conocido. Hay un circuito integrado 4093, del que se utilizan cuatro puertas cuyas entradas están están conectadas entre sí para para que actúen co mo inversores. Entre la salida de la puerta U2A y la entrada de la puerta U2C hay un pequeño circuito for mado por dos resistencias, R6 y R7, un LED, LED  A, y un co nd e ns ad o r C1. Este Este circ ci rc u ito it o va a ser el obje to de estudio en este este experimento. La salida de la puerta U2C, terminal 10 del cir cuito cu ito integra inte grado, do, se cone cta al LED LED 4, y esta esta misma salida salida,, pe ro invertida, se obtien ob tien e en la salida salida de la pue rta U2D, U2D, term inal 11 11 del integ rado, que u tiliza como testigo el LED3. Montaje La realización práctica de este este exp erim ento no supone ninguna d ificultad, ya que bast basta a colocar bien los compone ntes y realizar el cableado de manera cuidadosa, cuidando la polaridad del LED A. No olvidaremos conectar los puentes entre los cátodos de los LED 3 y LED 4, y el nega tivo de laalime ntación, qu e son los los terminales que tienen a su lado, ya que sin estos puentes los LED no podrían iluminarse. Alimentación Unavezqu ese comprueba que el montaje está correctamen correc tamente te rea lizado se conecta conecta a laalimentació n, de manera qu e el negativo neg ativo de ésta ésta se lleva al muelleO mue lleO V, V, mientras mientr as qu e el positiv o pu ede conectarse cone ctarse a 5 ó

L

Circuito can condensador pue  pu ed e me m or iza r u n dato.

-

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Componentes instalados en la placa. placa.

9 V, pues el 409 4093 3 puede pu ede trabajar perfectam perfe ctam ente a esta tensión. tensió n. Si Si se se utilizan los9 Vde be n conectarse las tres pilas en ambos portapilas. El conmutador de alim entación enta ción estará estará en la posici ón BAT.

Funcionamiento El funcionam iento del circuito es en princip io muy sencillo, sencillo, pero como veremos puede com pli carse. Si observamos el esquema completo, la entrada del c ircuito irc uito está a 1 lógico, obl igada po r la

 ©ogotaü bisoca Cableada de la placa.

Conexionado del experímento.

resistencia de "pul í up"R5, p or tanto su salida está a nivel bajo, de manera que en estas condiciones el LED A no puede co nd uc iry p orta nto la entrada de la puerta U2C está a nivel bajo, o bligada en este caso po r la resistencia R7. La salida de esta puerta, terminal 10 del integrado, está a nivel alto, el LED 4 se ilum ina y el LED 3 perman ece apagado. Cuando cerramos la conexión A, de manera permanente, la salida de la puerta U2A pasa a nivel alto, el LED conduce, y la tens ión del condensador sube y de una manera m uy ráp ida en la entrada de la puerta U2C aparece un nivel alto, por tanto, su salida pasa a nivel bajo, el LED 4 se apaga y el LED 3 se ilumina . Hasta aqu ítod o parece muy sencillo. Soltemos ahora la conexión A, entonces la entrada de la puerta U2A pasa a nivel alto y su salida a nivel bajo, pero como el condensador está cargado la entrada de la puerta U2C perma nece a nivel alto hasta que el con den sad or se des carga. Pero esta descarga no pue de hacerse a tra vés de la resistencia R6, porque se lo impide el LED A. Para que se pro du zca la descarga es nece  sario incorporar al circuito la resistencia R7.

Experimento

En este caso se aumenta la capacidad del  condensador.

El prim ere xp erim en to que se puede realizar con siste en retira r la resisten cia R7. En este caso, cuando cerramos la conexión A, la salida de la pu erta U2A pasa a nivel alto, el co nde nsa dor C1 se carga a través de R6 y del LED A y la salida de la puerta U2C pasa a nivel bajo, apagándose el LED 4 e iluminándose el LED 3, aunque esto ya sucedía antes. Pero si ahora abrimos la conexión A, la salida de la puerta U2A, terminal 10, pasa a nivel bajo y el LED no conduce; en este caso la resistencia R7 la hemos quitado y el condensad or no puede des cargarse, po rtanto, la salida de esta puerta no cam bia, basta cone ctar de nuev o la resistencia R7 para comp robar que el circuito funciona de nuevo. Podemos experimentar con capacidades ma yores, po r eje mp lo 10pF, respe tando en este caso la polaridad del condensador: el terminal posi tivo debe conectarse a los terminale s 8 y 9 del inte grado; si conectamos de nuevo R7 se prod uce un retardo m ayor en el circuito. LISTFI U2 R5 RB R7 Ci

DE MRTERIRLE5  Circuito integrado R093 Res isten cia IOOK Imarrún, negro, am arill ol  Resistenc ia 97K lama rillo, violeta, naranja) Res isten cia 1M ¡marrón, negro, verde) Condensador 99n F 

r

Digital básica (^Tem porizador de entrada ^ El circuito objeto de esta práctica es muy utilizado, tanto para forzar un nivel inicial en un circuito, como para obtener retardos para circuitos de alarma. El circuito Vamos a fijarnos en el esquema general del experim ento, el elem ento básico del mismo es la pue rta U1A del circ uito in teg ra do 4001. En su entrada observamos que hay conectados un condensador, C1, una resistencia, R5, y un con mutador, A. Esta puerta ÑOR tiene sus entradas unidas entre sí y por tanto fun ciona como una puerta inversora, cuando a su entrada hay un nivel 0, en su salida hay un nivel 1. La otra p uerta del 4001, utiliz ada en el circ uito U1B, tam bién se usa com o inversora, y cuand o a su entrad a hay un 1, a su salida hay un 0, y en estas circunstancias el transistor Q1 está al corte, no cond ucey los cuatro LED perma necen apagados. Funcionamiento El funcionam iento del circu ito depende de la aplicación que determinen las condiciones iniciales del mismo. Vamos a suponer que el conmutador A está abierto, en este caso, en el momento de realizar la conexión de la alimentación el condensador está descargado, y como su tensión no varía de manera instantánea, sino qu e va aum entan do a medida que se va cargando a través de la resis tencia R5, cuando el nivel de tensión del condensador es suficiente para que la entrada de la puerta U1A lo interprete como un 1, la salida de esta pue rta pasa entonces a nivel bajo, y por tanto la salida de la otra puerta, U1B pasa a nivel alto y se produce la ilum ina ció n de los LED. El co n densador C3 se utiliza como fil tro para perturbaciones de fre cuencias elevadas y produce un peq ueñ o retard o en el transistor, prácticamente inapreciable.

L

Circuito temporizador de entrada.

Cua ndo se cierra A, se descarga ráp idamen te el condensador y los LED se apagan. El ot ro supue sto es que esté cerrado A antes de conectar la alimentación, en este caso los LED no se iluminan. Puestos en esta situación si abri-

Con R  cerrada se asegura un cero a la entrada del  circuito.

Digital básica Componentes en I b  placa de prototipos.

¡e

at

m #T

s

Placa de  pr otot ipo s con todas las conexiones de l  experimento.

fíl abrir R  comienza la temporizac/ón de! circuito.

Incrementan do R5  aumenta el  tiempo de entrada.

Laboratorio con el  experimento.

mos la conexión A comienza la carga del con densador, los LED permanecen apagados hasta que el nivel de tensión de carga del condensad or se interp rete com o un 1 po r la entrada de la puerta. Pueden darse dos casos, si se deja la conexión abie rta el con den sad or llega a cargarse y los LED se iluminan, pero puede darse otro caso, puede ser que se vuelva a cerrar antes que el nivel de tens ión de la carga del cond ens ado r sea un 1, en cuyo su puesto los LED no se iluminarán . Supongamos que asociamos este interrup to r a la puerta de acceso aún a habitac ión, de tal manera que al abrir la puerta se abre el inte rruptor y al cerrar la puerta se cierra. En este ejem plo conectaremos el circu ito y si la puerta está cerrada los LED perma necerán apagados, y si está abierta de bem os cerrarla antes de qu e se cargue el condensador y se iluminen los LED.  Además la p uerta de be estar cerrada y cua nd o permanece abierta más tiempo de lo progra mado, los LED se iluminan, indicándonos que nos hemos olvidado de cerrar la puerta.

Montaje El mon taje de este expe rime nto utiliza pocos com pone ntes. Basta colocarlos bien y realizar el cableado de manera cuidadosa, respetando la polarida d de los condensadores electrolíticos, la posición del circuito integrado 4001 y del tran sistor BC548. Hay que conectar un latiguillo de cuatro cables entre los terminales correspon dien tes a los cátodos de los LED 1 a 4 y los te rm i nales 13-16 para obtener en los muelles 13 al 16 las conexiones de los cátodos de estos LED. Alimentación Una vez com pro bad o el montaje, se conecta la alim enta ción , el n egativo de ésta a 0V, y el posi tivo a 5 V. Las pilas del p rim er portap ilas, el q ue está deb ajo de la zona 1, son suficien tes. El con muta dor de alimentación debe estar en la posi ción BAT. También tienen que estar colocados los puentes entre los ánodos de los LED 1 a 4 y los termina les + que están en sus proximidade s. El conde nsa dor C2 es un filtro de alimenta ción. LI5TR DE MRTERIRLE5  U3 DI R5 RB Ci C3. C3

Circuito integ rado ROOI  Transis tor BC5Q8 o BC5R7  Resist encia 330K (narania,naranja, amarillo1 Res istencia RK7 lamarillo, violeta, rojoj  Condensador 10 pF electrolítico Condensador 33 nF 

iogoíaD (biseca ( Función mayoría lógica ) La función mayoría indica que la mayor parte de sus variables, en este caso tres, están a nivel alto. El circuito

c

(

Si observa el esquema verá que se usa una com binación de puertas NAND y ÑOR de tal manera que se obtiene a la salida la función que representamos en su tabla de verdad. La explicación de las ocho com binaciones pos i bles y seguir la señal desde cada entrada hasta la salida sería muy aburrido, sin em bargo, como ejercicio sería conveniente ele gir alguna combinación de variables de en trada y seguir el esquema hasta ob ten er el valor en la salida. No obstante, es más rá pido mo ntar el expe rimen  to e ir realizando todas las combinaciones posibles con las conexiones de en trada ABC, teniendo en cuenta que cuando la co nexión no está realizada la entra da es 0 y cuan do sí lo está es 1.

Componentes en la place de prototipos.

Bajo consumo Los integrados CMOS tie  nen un consumo muy redu cido, tanto que la corriente de alimentación es muy pequeña, el circuito fun ciona incluso intercalando una resistencia en serie con la alim enta ción, lo cual puede hacerse en el posi tivo o en el negativo; en este experimento interca lamos la resistencia R5, comprobándose que el cir cuito sigue funcionando. También pod emos ve rificar que el circuito funciona conectando la alimenta ción con un cable, en vez de inter cala r la resistencia.

Cableado de los componentes del experimento. Función mayoría lógica.

Conexión de la alimen tació n a 9 V, con una resistencia intercalada en el negativo.

Po rotra parte el cond ens ad or C1 fi Itra la te n sión de alimentación de pos ible perturbaciones de la línea de alimentació n, especialmente fre  cuencias muy elevadas. Alimentando a pilas, y en circuitos muy sencillos, norm alme nte no es necesario este tipo de filtrado .

Funcionamiento Función mayoría

Montaje completo.

 A B c s 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0

Con R y B cerrados, la salida es I.

El funcionamiento del cir cuito, una vez montado, debe seguir la tabla de verdad, y cuando la mayor parte de las variables están a 1, la salida es 1, lo cual se indica mediante la iluminación del LED A.

Montaje

El montaje de este experi mento se realiza de la manera 0 1 1 1 habitual, empezando por la 10 0 0 colocación de los dos integra dos utilizados en la placa de 1 0 1 1 prototipos y después el resto 11 0 1 de los componentes, teniendo cuidado con la orientación de 11 1 1 los integrados y con la polari dad del LED. A continuación se realiza el cableado interno de la placa, siguiendo el esquema, para no olvidarnos de ninguna conexión, y una vez que estemos seguros de haber realizado el trabajo podre mos conectar la alimentación.

Alimentación Con R, B y C  cerrados la salida también es uno.

Laboratorio con el  experimento.

Una vez que se comprueb a que el mo ntaje está correctamente realizado se conecta a la alim enta ción , el negativo de ésta al muelIeOV, y el positivo a 9 V. Sustituiremos uno de los cables de conexión de la alimen tación por una resistencia de 1K8 y veremos que el circuito funcion a. El conm utado r de alimentación debe estar en la posición BAT. USTR DE MRTERIRLES Ul U2 Rl, R2 R3 R9, R5 Cl LED R

Circuito integrado 909 3 Circuito integrado 9001 Res isten cia IOOK Imarrón . negro, ama rillo1 Resisten cia 330K Inaranja, naranja, ama rillo1 Res isten cia IKB ¡marrón, gris, rojo]  Condensador 29 nF  Diodo LED rojo 5 mm

L

©ogoíaO feásoca ^~Puerta OR con transistores

D

No siempre es posible utilizar puertas lógicas integradas para todas las aplicaciones, debido a problemas de espacio, de tensión de alimentación, de corriente, etc. La idea Una vez planteado el problema y la función que necesitamos es muy posible que se pueda desarrollar utilizand o transistores, que incluso pueden ser de potencia si es necesario. Como ejemplo vamos a presentar un problema muy sencillo, queremos disponer de un circuito que cuando en cualquiera de sus dos entradas apa rezca un nivel alto, en su salida aparezca un nivel alto, que lo representamos mediante cuatro LED ilumin ados de manera simultánea; quere mos que el consum od e las entradas sea reduc ido, aunq ue no es necesario obtener una impedancia de entrada alta. Además partimos del supuesto de que n o deseamos utilizar circuitos integrados.

Componentes insertados en la placa de prototipos.

El circuito Una vez analizado el problema llegamos al circu ito representado en el esquema, que como se puede observar no utiliza ningún circuito integrado. Pero para evitar errores vamos a hacer las siguientes asignaciones: interpreta mos el nivel alto en la salida com o el enc end ido

Cableado de ios componentes deI experimento.

Función Ofí con transistores.

 ©o ¡¡ota OIbi soca Las cuatro  pu en tes de tos cátodos deben estar  conectados.

Las conexiones R y B se realizan con cables.

Conexión de la alimentación a 9 V.

sim ultá ne o de los cua tro LED y com o nivel alto el cierre de los conm utad ores A y B. Paraque los LED se ilum ine n es sufic ien te qu e se cierre sólo uno de los conmutadores, si ambos permane cen abiertos, los LED no se iluminan. Supongamos que cerramos A, el transistor Q1 recibe una corriente de base bastante elevadaa tra vés de la resistencia R5, y conduce de tal manera que la corrie nte que lo atraviesa ilumina los LED. Lo mismo sucede si se cierra B, o ambos a la vez. Las resistencias R6y R8 evitan que señales indeseadas, es decir ru ido, captado por los cables, puedan hacer conducir, au nque sea levemente a los transistores. En circuitos en los que se producen conmutacio nes es conve niente utilizar un bue n filtrado, C1 fil tra las frecuencias elevadas y C2 las frecuencias más bajas, e incluso debido a su capacidad relativa mente elevada puede evitar rizados debidos a con mutaciones. Cuan do el circuito trabaja solo, como es en este caso, no se hace necesaria su instalación.

Función OR  A 0

0 1 1

B OR 0 0

1 0 1

1 1 1

Montaje En el montaje de este experi mento hay que cuidar mucho la colocación de los transistores, para evitar intercambiar sus ter minales. Para realizarel cableado basta seguir el esquema y ayu darse con las fotografías.

Alimentación

Rl cerrar R, B o ambos, los LED se Iluminan.

Una vez que se comprueba que el montaje está correcta m en te realizado se conecta a la ali me ntació n, el negativo de ésta al m uelle 0V, y el po sitivo a 9 V. Debe n estar coloca das las pilas de los dos portapilas y además el conmutador de alimentación debe estar en la posición BAT.

Prueba

Laboratorio con el  experimento.

El fun cion am ien to del circuito, una vez m on  tado, debe seguir la tabla de verdad de la fun ción OR, es decir, de las cuatro p osibles c om bi naciones que se pueden realizar con los con mutadores en solo una de ellas, la 00, o los dos abiertos, los LED permanecen apagados. LI5TR DE MRTERIRLES DI, DE R5, R7 RB, R8 Cl C3

Tran sistor BcSL/7 o BC5R8  Resistenc ia IK8 ¡marrón, gris, rojal  Resi sten cia Q7K ¡amarillo, violeta, naranja1 Condensador 83 nF ¡opcionall  Condensador 10 mF electrolítico ¡opciona lj 

digital básica (^Función lógica con puertas ÑOR y NRND Sin ninguna duda, los dos tipos de puertas lógicas más extendidas en el mercado son las puertas ÑOR y NAND. A partir de estos dos tipos de puertas es posible implementar cualquier función lógica. La idea Cu alq uier dise ñad or que se precie, a la hora de implem entar una func ión en puertas tendría que segu ir los siguientes pasos: 1o- Tabla de verdad. 2o- Extracción de función. 3o- Pasar la función a puertas NAND y ÑOR. Lo cierto es que para llegar a hacer esto hay que tener claros algunos principios teóricos muy básicos que veremos más adelante. Hoy por hoy vamos a hacer la operación inversa, es decir, a partir de un circuito obtendremos su tabla de verdad y su fun ció n lógica asociada.

S —A + B + BC + A Función a implementar.

Componentes insertados en la placa de  pro tot ipos.

El circuito La puerta marcada como U1A es una puerta NAND que actúa como inversora de la variable  A, por tanto, a su salida, te nd re mos la varia ble invertida -/A-. Esta señal, junto con la B, se apli can a la puerta ÑOR U2A, por tanto, en la salida de esta puerta tenemos: /(/A+B). Si observamos la función lógica en el esquema, vemos que tenemos una de las partes de la salida 'S'.

< O

—

 Aho ra vam os a analizar la p arte de aba jo. La puerta lógica U1B es de tipo NAND y como entradas t ien e las variables B y C, p or tan to, a su salida tendrá /(B«C). Esta señal se aplica junto con la de la varia ble A a las entradas de la puerta ÑOR U2B, por tanto, en la salida de ésta ten drem os: /(/(B«C)+A) que se corr esp ond e a la otra parte de la función de salida 'S'.

;y > 4001 U 2B

C 1

J"

10uF 14 U 1

14 U 2

7

7

R1 100K

£

R2 100K

 }   3 3 0 K

Espuema correspondiente a la función.

© a g o t a !

Cableado interno de la  pl aca de  pro tot ipo s.

* *  — I

Conexión de la alimentación a 9 V.

Condensadores de filtrado.

RI cerrar solo R el LED se ilumina.

b i s e c a

 Aho ra, para obte ner la fu nció n tal y como está escrita tenemos que sumar los dos térmi nos que hemos o bte nid o. Esto es lo que hacen las puertas Ñ OR U2C y U2D, que con form an una puerta OR (suma). Para ello a la ÑOR -U2C- le pone mos a contin uac ión una inversora -U2D-. Las resiste ncias R1, R2y R3 fija n los niveles de las entradas de las puertas a '0'. Por tanto, para aplicar un nivel alto T, basta con pulsar el res pectivo pulsador. El diodo de salida, LED A, nos pe rmitirá ver si la salida es un cero-apagad o- o un un o-ilu minado-.

Montaje El mon taje se realiza de la manera habitual. Para simu lar las variables de entrada al c B A s circuito: A, B y C, lo ideal 0 0 0 0 sería utilizar pulsadores, pe 0 0 1 1 ro hasta que no disponga 0 1 0 0 mos de ellos, se pued en sus0 1 1 0 tituir por unas conexiones 1 0 0 0 con cable. 1 1 0 1 1 1 0 1 También es importante 1 1 1 0 prestaratención en lacolocación del condensador electrolítico, ya que tiene polaridad. En cual quier caso, antes de conectar la alimentación se debe revisar todo el trabajo realizado. Función lógica asociada

Alimentación Una vez que se comp rueba que el m ontaje está correc tam ente realizado se conecta a la ali me ntació n, el ne gativo de ésta al mu elle O Vy el pos itivo a 9 V. También pu ede fu nc ion ar a5 V sin ningún tipo de problemas. Las pilas de los dos portapilas deben estar colocadas y el co nm uta dor de alimentación en la posición BAT. Prueba Haciendo las ocho combinaciones posibles de la tabla para las variab les A, B y C, pod rem os verificar la func ión de nuestro circuito.

Laboratorio con el  experimento.

LI5TR DE MRTERIRLES Ul UE RI, RE R3 RR C1 CE LEDR 

Circuito integrado R093 Circuito integrado ROOl   Resistencia IOOK Imarrón, negro, amarillo]  R es is te nc ia 33 0K tn ara ni a, n a ra nja , a m ar il lo ]   R es is te nc ia IK 8 Im arr ón , gris, ro io l   C ondensad or 10 p F e lec tr olític o Condensador EE nF   Diodo LED roio 5 mm

(

 ©ogotaO feisoca (^Resistencias de pull-up Hay que tener mucho cuidado con los valores elegidos para las resistencias de pull-up y de pull-down.

La idea Vamos a estudiar el problema con una sencilla prácticaen laqu e utilizamos resistencias de pull-up, siendo el mismo con las resistencias de pull-dow n. La utilización de circuitos de muy bajo con  sumo con puertas de alta impedancia, tal como son las de los circuito s integrad os de Iaserie4000 de la familia CMOS, puede llevarnos a cometer algunos errores en el diseño de los circuitos. Hay que realizar el dise ño de manera que se asegure que en cada m om ento estamos ap li cando el nivel lógico correcto, cero o uno, a la entrad a de cada puerta. Hay que evita r la llegada de niveles de tensión indeterm inado s a las entra das de las puertas, es decir: valores intermedios de tensió n qu e no garanticen un cero o un uno.

El circuito Si observamos el esquema es un circuito sencillo, pero tiene algunos problemas de funcionamiento.

Circuito equivalente cuando la salida de UIR  es un nivel  bajo y B está en posición i.

R8 •47K

/ |\ R5 100K <

4 093 6.12V

La puerta U1A tiene una de sus entradas conectad a al positiv o de la alim enta ción ; así se gara ntizaqu esiem prees táanive l uno. La cone xión A, en p rinc ipio , está al aire, y cuan do se cié rrase aplica un uno al termin al 2, entrada de una pue rta NA ND. Cu ando las dos entradas de esta puerta estén a uno su salida será cero. Pero ya encontramos algo extraño: nunca deb e dejarse una cone xión al aire, ya que el nivel en esa entrada, debido simplemente al efecto

USTÑ DE MRTERIRLES Ul Circuito integrado 909 3 R5 Resistencia IOOK  lmarrón, negro, amariiiol  RB Resistencia IM  (marrón, negro, verde) R7 Resistencia 330K  (naranja, naranja, amarilloJ  R8 Resistencia 97K  (amarillo, violeta, naranja) Ci Condensador 93nF 

Esquema eléctrico del  experimento

i

,

3 2

©ogotaO (básoea a 3

* _-jr;

*

© (•■ 0 i Componentes en la placa.

Rspecto del  cableado del  circuito.

Con la conexión B en  po sic ión I, el  LED I no se ilumina.

En posición B, el LED B se ilumina.

Ñl retirar las resistencias RE. R7, RB, en cualquier   po sic ión se enciende el  LED.

dea ntena que haceel cable de conexión, puede ser uno, cero o estar cambiando según lo que capte el cable. Sería conveniente solucionar el problema conectando entre el terminal 2 del integrado y el negativo de la alimentación una resistencia de alto valor, por ejemplo 1M, para asegurar un cero en esta entrada, hasta que se realice la conexión A, en cuyo momento pasa ría a tom a el valor ló gico uno. Vamos a la otra parte del circuito, donde hay tres puertas conectadas de tal manera que a la salidade cada una de ellas hay un di od o LED, para com pro bar el nivel de la misma. Cuando es uno se ilumina el LED. Una entrada de la puerta está conectada al positivo de la alimen tación, es decir a uno, y la otra también, a través de una resis tencia de p ull-up. Por consiguiente, estamos apli cando un uno a cada entrada, la salida de cada puerta es un cero y los tres LED están apagados, mientra s que la con exió n B está abierta. En principio el diseño parece correcto y las resistencias de pull-up garantizan un uno a la entrada de cada puerta.

El experimento Conectamos la resistencia R5 a la entrada de la pue rta U1D, termin al 13 del integra do; cuan do realicemos la conexión A, el LED 3 se iluminará. Repetimos la prueba cam biando la conexión B a 2, es decir: al term ina l 9 del in tegra do. Vemos que en este caso el LED 2 también se ilumina, y finalmente llevamos la conexión al terminal marcado como 1, y conectamos A, al igual que en el caso anterior. La salida de la puerta U1A es un cero, y se intenta llevar este cero a través de la resistencia R5 de 100K a la entrada de la puerta U1B, pero el valor tan bajo de la resis tencia R8de47K no pe rm ite que la tensión baje hasta el nivel suficie nte para que pue da ser con  siderada como un cero. Si observamos el cir cu ito equ ivalente, que es un divisor de tensión, estamos aplicand o aprox imada me nte 6,12 vo l tios, comp roband o con el experime nto que no funciona. Si quitamos las resistencias R6, R7,y R8 el cir cuito funciona siempre, aunque en este caso la solución al problema sería, por ejemplo, utili zar para R8 un val or de 1M. Montaje El mon taje de este experimento se realiza de la manera hab itual y pued e alimentarse a 5V o a9V.

D i g i t a l Iba soca

(   Funcionamiento

inestable

Con este circuito vamos a tratar de reproducir los problemas de un circuito real. La idea En principio, y a la vista del esquema, el cir cuito es realmente tan simple com o pro bar una pue rta ÑOR de dos entradas, cuya salida conec tamos a una puerta inversora, es decir: con el co nju nto de las dos puertas tenem os una puerta OR. Vamos a com proba r que el mismo circu ito en diferentes circunstancias tiene diferentes comportamientos y, además, unas veces res pon de de una m anera y otras de otra, es decir: si formase parte de un c ircu ito p odría causar un mal fun cio na mien to del mismo. Para evitar estos problemas hay que diseñar y construir los cir cuitos tenie nd o en cuenta que no siempre van a trabajar en amb ientes favorables. El circuito EÍ'efrcuito, tal como ya se indicó, es una puerta OR, formada por dos puertas ÑOR del circuito integrado4001. La primera de las puer tas se utilizacomotal puertaNOR, mientrasque la segunda se utiliza como puerta inversora al ten er sus dos entradas u nidas en tre sí. Si re co r

c

damos la tabla de verdad de una puerta OR, pode mo s afirma r que para que la salida sea uno sólo es necesario que una de las entradas sea uno, mientras que la salida será cero sólo cuan do las dos entradas son cero. Obse rvand o el esquema podem os co mp rob ar que una de las entradas de la puerta U1B, terminal 6 del inte grado, está conectada al ne gativo de la alime n tación, p or tan toe s un cero. La otra entrada, te r minal 5 del integrado, está tam bién a nivel bajo, ......

1 * |

  , "■ "■ T1"

*

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Componentes en la  pla ca

Una perturbación puede cambiar el nivel de entrada

©ogoíal feásoca Cableado del  experimento.

a través de una resistencia de pull-down for mada por las dos resistencias de 1M, R5 y R6.

Montaje El m onta je de este ex pe rim en to se realiza de la manera habitual y como elemento adicional cone ctamo s un cable de unos 15 cm al termin al 5 del c ircu ito integrado . Puede alimentarse a5V o a 9V.

El experimento Con el circuito en reposo el  LED debe  permanece apagado.

La instalación de un cable  pue de ha ce r   pue el circuito falle, a veces Incluso sin tocar con el  dedo.

En algunas circunstancias, no en todas, el  móvil puede hacer que el  LED llegue a iluminarse.

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Foto general  de todo el  Iabaratarlo.

Tal como está dispuesto el circuito, el LED 4 permanece apagado y para que se ilumine es necesario aplicar un uno a la entrada de la puerta U1B, terminal 5 del integrado. Si utiliza mos el cable de un os 15 cm que está cone ctado a la entrada de dicha pu erta y lo lle vamos al positivo de la alimentación, el LED se ilumina . Hasta aquí tod o es normal y el circu ito func iona tal y com o estaba previsto. Vamos ahora a realizar unas pruebas que unas veces darán un resultado y otras otro, tenien do como objeto que el lector vea que un circu ito tan simple puede crear complicaciones. Un o de los problemas de este circ uito es que tiene un cable de unos 15 cm que, debido a su longitud , puede captar radiaciones electromag néticas y perturbar el funcionamiento del cir cuito. Así pues, en alguna ocasión bastará con acercarse al m ismo o tocar el ex tremo d el cable con el dedo para que el LED se ilumine. Éste incluso po dría encenderse, en determinadas c ir cunstancias, acercando un teléfono móvil cuando recibe una llamada; sin embargo, en las pruebas que hemos realizado en nuestro labo ratorio ha sido comprobad o curiosamente cómo con algunos modelos de móvil se iluminaba el LED y con otro s no. El circ ui to se volvía más sen sible a las perturbaciones cuando sustituimos los cables de interconexión, incluyendo los de alimentación, por otros un poco más largos. Y todo esto a pesar de tener una resistencia de pull-down, que da cierta inmunidad al circuito, pero si retirábamos ésta el funcionamiento era aún más desastroso. También probam os co n un cable de 1m y el circu ito en ocasiones hacía que el LED se iluminase; no pensemos que es una tontería un cable de esta longitud, ya que ,por ejemplo, si utilizamos un sensor conectado al circuito y queremos alejarlo hay que utilizar cable de bastante longitud, qu e puede crear pro  blemas a los circu itos al captar señales parásitas.

dogoíafl básoca (^Prueba del MQ27 El 4027 es un circuito integrado que dispone de dos básculas JK de tipo CMOS. Estas básculas son registros capaces de memorizar el dato que hay en la entrada cuando este haya desaparecido. Vamos a verificar la tabla para comprobar su correcto funcionamiento.

c

La idea Para realizar la prueb a vamos a utiliz ar una de las básculas JK de las que dispone el integrado con todos sus terminales de entrada (J, K, S y R) conectados a diferentes cables para poder fijar su nivel de entrada a 1 ó 0 y ver la evolución de la salida cua ndo se actúa sobre estas entradas. También conectarem os en la entrada de reloj el osc iladorquegenerapu lsosa unafrecuencia muy baja para pe rm itir visualizar el efecto del mismo en la báscula. Por últim o, conec taremos las dos salidas Q y /Q al LED1 y LED2 de la matriz de LEDs. Recorreremos todos los estados de la Tabla de verdad para ver cómo fun cion a dich a báscula.

Componentes insertadas en la placa de  pr oto tip os .

El circuito El circuito tiene tres partes claramente diferenciadas. 1- El circu ito osciladorestá forma do por una

Espuema del circuito de prueba del  biestable, con un oscilador auxiliar.

«#

ÍJ4

E)o§oíaO feásoaa ■

Cableado interno de la  pl aca de  pro toti pos .

llsg;

Conexiones exteriores, incluida alimentación.

de las cuatro puertas NAND del circuito inte grado 4093. La frecuencia de señal de salida es lo suficienteme nte lenta para pe rm itir visuali zar el efecto de un cambio de nivel en una de las cua tro entradas ( J, K, S y R). 2- El circu ito de prueba: el inte gra do 4027tiene en las cuatro entradas de prueba unas resisten cias conectadas al negativo de la alimentación. De esta manera, con los cuatro cables que sim u lan los pulsadores J, K, R y S desconectados o abiertos, tend rem os un cero en todas y cada una de las entradas. Puesto que los cables por un extremo están conectados a la línea de alimen tación positiva de 9 V, cuando los cerramos e qu i vale a aplicar un nivel a lto a cada entrada. 3- La matriz de LEDs: con los LEDs 1 y 2, que per miten visualizar el nivel de las salidas de la báscula.

Montaje

Con J y K  unidos, la salida cambia con cada  pu lso de reloj.

Rl cerrar soto 5  el LED I se ilumina.

El montaje se realiza de la manera habitual. Hay que colocar los puentes en las conexiones de los cátodos. La alimentación del 4027, es la siguie nte: pos itivo al term ina l 16 y negativo al 8. LI5TR DE MRTERIRLE5 

J

K 5

R CLK   Q

m

0

0

0

0

 

 X

/X 

0

0

i

0

x

i

0

0

0

0

1

1

0

i 

i

0

0

0

0

i

0  0

.

0 

7

i 

1

0 

i

0 

(marrón, negro, verde j 

1

1 0 

1 *

0  1

RB, R9 Resistencia iOO K 

0 0

1 0

NOTR: I - nivel alto ^ O - nivel bajo  x - no imp orta Ipuede ser i ó 01

U1 Circuito integrado UOP7   

UP Circuito integrado Q093 R5 Resistencia 97K   

(amarillo, violeta, naranja1 RE, R7 Resistencia i M 

(marrón, negro, amarillo]  Cl Condensador PPnF  CP Conden sador lOpF  electrolítico

Función de la báscula

Prueba

Laboratorio r o n el  experimento.

El método para realizar la prueba siempre deb e ser el mismo: cuan do el LED del o scilad or está apagado, es cuando conviene cambiar el estado de las entradas. En el caso de las entra das Jy K, la salida cambia de estado en el camb¡0 deO a1 del reloj. Sin emb argo, en el caso de las entradas Set y Reset no im po rta el re loj, e sto es: en cuanto cambio de nivel, independiente mente de l reloj, la salida camb ia a 1 si activo S y a 0 si activo R. Estas entradas R y S no se deben activar simultáneamente p orque puede pasar cua lquie r cosa, es una inde termina ción.

p

Digital básica (Pontador de

2 bits con 4027 D

Como ya hemos visto, las básculas JK se pueden configurar para trabajar como básculas T. Si ahora unimos dos básculas en configuración T y las conectamos en serie podemos conseguir a un contador binario de dos bits. La idea Co mo ya sabemos, labáseulaTse utiliza para divid ir por dos la frecuencia de entrada o loqu e es lo mismo, cada vez que entra un pulso de reloj cambia el estado de la salida. Si aprovechamos esta característica en una báscula vemos que tenem os un co nta do rde un bit, ya que a cada pulso d e re loj la salida cambia de estado sig uie nd o la secuencia: 0, 1 y rep i tiéndose esta. Si ahora interconectamos entre sí dos bás culas T realizadas a partir de las dos básculas JK del 4027 obten drem os la secuencia correspo n dien te a dos contadores.

El circuito El circuito consta de tres partes bien dife renciadas: 1. El gene rad or de pulsos: El gene rado rde pulsos es muy sencillo, u tiliza un apu ertad el circu ito integrado4093, unaresis-

(  \

Detalle del  contador.

Componentes insertados en la placa de  pro totipo s.

Esquema del  experimento completo.

©ogoíaO (biseca Cableado interno de la  pla ca de  pro tot ipo s.

Conexión de la alimentación a 5V 

Hay pue colocar los  pu en tes en los cátodos de los LED.

Los LED I y E  indican la cuenta binaria

tencia R1 de 100Ky un condensador de 10 [jF. La salida se tom a de la salida de la pue rta U1 A, que se corresponde con el terminal 3 del circuito in te grado. La resistencia R2 limita la corrie nte que cir  cula p or el LED, y éste se utiliza para com prob ar que el oscila dorfun ciona. Los conden sadores C1 y C2 filtran la alimentación. 2. El contador de dos bits: Cada una de las dos básculas JK del 4027 se con figura com o báseulaT unie ndo las entradas J y K y conectándolas al positivo de alimen ta ción. Para que las entradas R (Reset) y S (Set) no tengan ningún efecto sobre el circuito las des habilitaremos conectándolas a masa. Las dos básculas se interconectan entre sí. Para ello, con ectare mos la salida Q de la primera báscula con la entrada de reloj CLK de la segunda báscula. La primera báscula U2A se corresp ond e con el bit de menos peso del contador, m ientras que la segunda báscula U2B se corresponde con el de mayor peso. 3. Indicación de salida en LEDs: La salida del b it de me nor peso del c onta do r -Q de U2A- se conecta al LED1 de la ma triz de LED. Por su parte la salida del bit de mayor peso del c on tad or -Q de U2B- se conecta al LED2 de la misma ma triz de LED.

Montaje El circuito se pondrá en marcha en cuanto conectemos la alimentación del mismo; sin embargo, antes de hacerlo conviene prestar atención a la colocación de algunos componen tes, como la del cond ensa dor electro lítico, ya que tiene polaridad, así como los circuitos integra dos. El úl tim o cab le a conecta r es el que lleva la alimentación de 5 V desde el muelle de USTR DE MRTERiRLES conexión 5 V hasta la Ul Circuito Integrado Q0E7  placa de prototipos . UE Circuito integrado L1093

Función LóQica asociada

Rl Re sistencia 100 K  (marrón, negro, amarillo] 

Laboratorio con el  experimento

CLK

LED1

LEDE 

* 

OFF

OFF  

*■

OFF 

ON 

*

ON 

OFF 

RE Resistencia IK8  Imarrón, gris, rojo]  R3, RN Resistencia i M  (marrón, negro, verde]  Ci Condensador lOpF  electrolítico CE Condensador EEnF 

* 

ON

ON  

LEDR Diodo LED rojo Smm

iogotaO feásoca (^R stab le con 555 J) Aunque el integrado 555 ya fue estudiado en la teoría vamos a realizar algunos experimentos con el mismo. En este experimento se utiliza el esquema básico recomendado por el fabricante, pero con una modificación para poder controlar de manera independiente la duración de los tramos alto y bajo del pulso que se repite de manera periódica.

\ 

El circuito Si nos fijamos en el esquema del circuito completo y lo comparamos con el circuito básico, pod emo s obse rvar que la resistencia RA del circuito básico se identifica como R5 en el circuito completo, sin embargo para la resis tenc ia RB se utiliza R6 para la carga del co nd en  sador C3, y R7 para la descarga del condensa dor. La separa ción de los cam inos de carga y de descarga del conde nsad or se consig ue con dos diodos D1 y D2. El tiempo en que la salida permanece a nivel alto se calcula así. T1 = 0,7 x (R5 + R6) x C3

c

Esquema básico.

U 1

j

5 5 5

1

T

V

J

El 555 y  demás componentes instalados en ¡a placa.

Estable con 555. con control independiente de los tiempos en que el pulso está a nivel  alto y a nivel bajo.

M

i

©ogoíaO feásoca Y el que perma nece a nivel bajo es: Comenzamos el cableado en la placa de  pro tot ipos.

£ ¡ ) n j¡ü É j

T2 = 0,7x R7 x C3 Es fácil d ed uc ir que si se desea ob ten er una señal de salida simétrica, es decir, que los dos tiempos T1 y T2 sean iguales, debe cumplirse que: R5 + R6 = R7

Vista del  cableado completo.

Los diodos  pe rm ite n separar la carga y la descarga del  condensador.

Si se intercambian la s resistencias RB y R7 se cambian los tiempos.

/

\ 

V

y 

Experimento completo.

Hay que tener en cuenta que estas fórmu las son aproximada s y debe com proba rse en la práctica, ya que además de la aproximación de la fórm ula dep ende de las características in ter nas del in tegra do y de los valores de los com  ponentes utilizados, que no son exactos debido a las tolerancias admitidas en la fabri cación. La salida del circuito, terminal 3, se utiliza para excitar directamente los cuatro LED, ya que prop orciona corriente suficiente. El condensador C2 evita variaciones en la entrada de modulación del circuito, haciendo más estable el func iona m iento del mismo.

Montaje Este montaje se realiza siguiendo el esquema. La lista de materiales se obtiene del mismo esquema. Los terminales de alimentación del inte grado 555 son el 1, para el negativo, que se conecta a 0 V y el po sitivo a 9 V, tambié n podría alim enta rse a 5 V; el term ina l de reset, term ina l 4, debe conectarse a nivel alto para que no actúe. El condensador C1 es de filtrado de ali mentación. Por último, recuerde que el condensador electrolito tiene polaridad, y que hay que uti lizar un latiguillo de cuatro cables entre los ánodos de los 4 LED y las conexiones 13 al 16 de los muelles. Co loqu e los cuatro puen tes en los cátodos de los LED. Prueba El circuito debe funcionar nada más conec tar la alimentación, los tiempos de apagado y encendido de los LED dependen de los valo res de las resistencias R5, R6 y R7. Como experimento es aconsejable utilizar valores diferentes, para empezar puede cam biar entre sí los valores de R6 y de R7.

Digital básica (  Monoestable con 555

)

Este circuito corresponde a una de las aplicaciones más utilizadas del 555, está basado en un circuito de aplicación recomendado por el fabricante.

El circuito Si nos fijamos en el esquema del circuito pode mos destacar dos partes muy importantes, el circuito de disparo y el de temp orización. En estado de reposo la salida del circ uito pe r manece en nive l bajo, y una vez efectua do el dis paro la salida pasa a nivel alto, pe rma nec iend o en este estado el tiempo determinado por los componentes del circuito, transcurrido el cual pasa a nivel bajo y permanece en él hasta que se realiza un nuevo disparo. El circu ito de d isparo consiste en una resisten cia, R6, que m antiene el termin al de disparo, te r minal 2 del integrado, a nivel alto, para evitar dis paros imprevistos. El disparo se produce cuando este terminal del integrado se pone momentáneame ntea nivel bajo, norm alme ntee s un pulsador, aunqu e puede sertamb ién unaseñal de nivel bajo generada por otro circuito. En nuestro circuito experimental, y mientras no se disponga de pul sador, vamos a utilizar una conexión por cable identificad a en el esquema p or la letra A.

Esquema básico del  monoestable.

El 555 y  demás componentes instalados en ia placa.

I I . . . i . . . S I r   .......................... i

.... .'  y 

(J7 Digital básica Comenzamos el cableado en la placa de  pro tot ipo s.

La tem po rizac ión , es decir, el tiem po en que la señal de salida, term ina l 3 del integrado, pe r manece a nivel alto, está determinado por el valo r de la resistencia R7 y la capacidad del c on  densador C3. T = 1,1 x R7 x C3

Vista del  cableado completo.

RI cerrar  durante un instante la conexión R se dispara el  monoestable.

Rumentando R7 a IM se incrementa la duración del   pul so.

Hay que tene r en cuenta que esta fórm ula es sólo aprox imad a, especial men te en el caso de utilización de condensadores electrolíticos do n de la tolerancia que se acepta es por lo general muy amplia, a veces llega del -20% al +50%, por este m otivo debe co mpro barse en la práctica si la duració n del p ulso es la adecuada a nuestra ut i lización o si po r el con trario hay que variar el valor de algún compon ente, n ormalm ente la resisten cia R, para obte ne r el valor deseado. El estado de la salida del circuito, terminal 3, se comprueba mediante el encendido de los LED, qu e están conectad os a la misma. El condensador C2, recomendado por el fa brican te, evita variaciones en la entrada de mo  dulación del circuito, haciendo más estable el funcionamiento del circuito. El LED A se utiliza para comprobar que hay alimen tación, ya que el circu ito debe perm ane cer inactivo hasta que se actúe sobre el termi nal de dispa ro A.

Montaje Este mon taje se realiza sigu iend o el esquema. Sin olvidarnos que los terminales de alimenta ción del inte grado 555 son: el 1 para el negativo, que se conecta a 0 V; el 8 para el positivo que se conecta a 5, 9 ó 12V, y el terminal de reset, ter minal 4, que debe conectarse a nivel alto para que no actúe com ota l. Se utiliza un latig uillo de cuatro cables entre los ánodo s de los 4 LED y las conexiones 13 al 16 de los muelles, y también cuatro puentes en los cátodos de los LED. Prueba El circ uito debe fun cio na r nada más conectar la alime ntació n. Cu ando se conecta la alim enta  ción el circuito permanece inactivo, sólo se ilu mina el LED que utilizamos para verificar que realmente se ha conectado la alimentación. Al realizar mom entá nea mente la conexió n A el LED se ilum ina y permanece ilumina da el tiem po que determinan los valores elegidos para la resis tencia R7 y para el condensad or C3.

Digital básica

c

Irenes de p u l s o s ^ )

Este circuito genera trenes de pulsos que se emiten con una determinada cadencia. La frecuencia de la señal que genera el pulso puede controlarse, así como la duración del tren de pulsos o de los tiempos en que no hay señal de salida. La salida se utiliza para iluminar 4 LED de manera simultánea.

El circuito Ob servand o el esquema del circuito pued e verse que el integrado 555 está configurado como oscilador astable. Este circuito genera una señal de pulsos, periód ica, m ientras el te r minal 4 del mismo esté a nivel alto, y deja de hacerlo cuando esté a nivel bajo. La frecuen cia de salida de este circuito, depende de los valores de las resistencias R7, R8 y del con dens ador C4. La puerta U1A forma otro oscilador astable, y además tiene la peculiaridad de que puede controlarse de manera independiente la dura ción del nivel alto del punto y la duración del nivel bajo.

Componentes instalados en la placa.

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Generador de trenes de pulsos.

Digital básica Cableado de la placa de  prototi pos .

Vista del  cableado completo.

La frecue ncia de este oscilado r depen de del valor de la resistencia C2, y la resistencia R5 de term ina el tiem po en que el pu lso esta a nivel bajo, y por tan to la salida de esta puerta, te rm i nal 3 del circ uito integ rado 4093, está tamb ién a nivel bajo, mientras q ue la resistencia R6 de ter mina el tiem po en que el p ulso de salida está a nivel alto. La salida de la puerta U1 A, ter minal 3 del 4093, se utiliza para controlar el funcionamiento del astable form ad o c on el 555, y se conecta al ter  minal 4 del mismo, cuando el nivel en este ter minal esO, tamb ién loes la sal ida del 555; cuan do es un nivel alto el 555 oscila.

Montaje

Conexión a los muelles.

Este montaje se realiza siguiendo el es quema, y teniendo en cuenta la polaridad de los diodos D1 y D2 y la de los condensadores elec trolíticos. Los termina les de alimentació n del integrado 555 son: el 8 para el positivo, y el 1 para el neg ativo, m ientra s q ue para el 4093 son: 14 para el po sitiv o y 7 para el ne gativ o. La conexión a los LED se hace con un latiguillo de cu atro cables entre los ánodos de los 4 LED y las conexiones 13 al 16 de los muelles, y con ectan do cuatro puen tes en los cátodos de los LED.

Prueba

Conexión del  terminal R del  555 al   pos itivo , lo s  pu ls os se emiten de manera continua.

\ 

 / 

El circuito debe funcionar nada más conec tar la alimentación, emitiendo destellos muy rápidos de los LED que se interrumpen breve mente. El tiempo de esta interrupción puede ampliarse aumen tando el valor de la resisten cia R5. Si el cable, que une el terminal 4 del 555 con el terminal 3 del 4093, se desconecta de este ultimo term inaly se conecta al positivo, losdestellos no se interrumpen nunca.

LI5TR DE MRTERIRLE5  Experimento completo.

U1

Circuito integrado R093

U2 

Circuito Integrado 555 

R5 

Resistenc ia R7K (amarillo, violeta, na ranjal 

RB

R es is te nc ia 33 0K ¡na ranja, na ran ja , am a ri ll oj  

R7. R8

Resistencia RK7 (amarillo, violeta, rojo! 

O. C3

Condensador  
CE, CR

Condensador 10 pF electrolítico

Digital básica

c

Báscula sensible al tacto

Este circuito, de apariencia simple, tiene más importancia de la que parece. Vamos a ver con detenimiento alguno de los problemas que resuelve.

El circuito

C

Observa ndo el esquema del circuito pueden verse dos puertas del circuito integrado 4093 formando un biestable RS, y dos transistores conec tados a sus entradas. C uando con el tacto cerram os los term ina les A o B se activa la salida de la puerta U1B o U1A.

U1B 4093

Biestable R5  utilizado.

U1A 4093

Ahorro con problemas Imagínese que desea ahorrar com ponen tes y retira los transistores, conectando directa mente los terminales 5 y 2 del integrado 4093 a los contactos A y B, manteniendo las resisten cia de pu ll-d ow n R5 y R8 de 1M. Con ésta mod ificación ya tenem os el prim er problema, ya que este tipo de biestable con puertas N AND no adm ite que las dos entradas

L

Hay que cuidar  el conexionada de los transistores.

Interruptor  sensible al tacto con memoria.

T

39

Digital básica Cableado de la placa de  pro tot ipo s.

Cableado completo.

d

^ 13 ;

/ -''

Rl cerrar fí  se ilumina el  LED y.

estén a nivel bajo simultáneamente porque el nivel de salida quedaría indeterminado, inva lidand o p or tanto esta económ ica opción.

Inversores Volvamos al circuito original, si se fija en uno de los transistores entenderá que está invirtiendo el nivel de la señal. Cuando la conexión A está abierta, la resistencia R5 im pide que la base pueda captar alguna señal de ruido que la active, el transistor Q1 no con du ce y la resisten cia R7 aplica un n ivel a lto a la entrada de U1B. Cu an do se cone cta A, es decir, se aplica un nivel alto a la entrada, aunque sea a través de la piel del dedo, pasa la suficiente corriente para que el trans istor Q1 conduzca, c irculan do co rrien te po r la resistencia R7 que p rovoca en la misma una caída de ten sió n que hace que el nivel de tensión en el colector del transistor sea tan bajo que la entrada de la puerta lo con sidere com o un 1 lógico. Reposo En estado de reposo las dos entradas del circuito están a nivel bajo, mientras que las entradas del biestable están a nivel alto, con lo que el estado de la salida de los mismos se mantiene. Montaje Este montaje se realiza siguiendo el esque ma, y cuidando la conexión de los transistores.

Rl cerrar B se ilumina el  LED I.

Prueba El circu ito debe fun cion ar nada más conec tar la alim enta ción ; al pulsar A, unie nd o con el de do los dos terminales, se ilum ina el 4 y al sol tar se memoriza esta situación. Si después se pulsa B se ilumina el LED 3 y se apaga el 4. LI5TR DE MRTERIRLE5 

Experimento completo.

Ui

Circuito integrado 9093

ai. Q2

Transistor BC597 o BC598 

R5. R8 

Resistencia 1M lmarrón. negro, verde1

R6. R9

Resistencia 9K7 tamarilla, violeta, roiol 

R7. RÍO

Resistencia 330 K [naranja, naranja, ama rilloj 

Cl 

Condensador 29 nF 

40

SJ

Digital básica

c

Control del contador 

Este circuito usa dos biestables tipo T para memorizar la actuación sobre dos pulsadores. La salida de uno de estos circuitos se utiliza para activar o desactivar el reloj que suministra los pulsos de reloj del contador, y el otro pulsador invierte, cada vez que se pulsa, el sentido de la cuenta del contador. El circuito Si observamos el esquema del circu ito com  proba rem os que el puls ad or P1 aplica un nivel alto a la entrada de relo j del c ircu ito U1B, uno de los biestables del integrado 4027. Recuerde que la señal que necesita el reloj es un flanco de subida, es decir, un paso de nivel bajo a nivel alto. La salida de este biestable, terminal 1 del inte gra do 4027, se ap lica al te rm ina l 4 del conector J31 de la placa de contadores DC03. Cu ando este termin al está a nivel 1 el con ta do r avanza, y cuan do está a nivel 0 la cue nta es decreciente. Cada vez que se acciona el con tador se invierte el estado de la salida de este biestable.

L

Esquema simplificada.

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Eomponentes en la placa de  pro tat ipos.

Esquema general del  circuito de control.

40

(J

Digital básica Comienzo del  cableado.

Experimento con todas sus conexiones.

Pulsando Pl  se invierte el  sentido de cuenta.

El otro pulsador, P2, se utiliza para aplicar pulsos a la entrada de reloj de l o tro biestable, el U1B, que está configurado también como biestable tipo T y cuya salida se utiliza para controlar el funcionamiento del oscilador formado por la puerta U2A del circuito inte grado 4093. La salida de este oscilador pro porciona los pulsos que cuenta el contador. Cada vez que se pulsa P2 se para o continúa la cuenta del contador, ya que para o deja os cilar a U2A. Los condens adore s C1 y C2 filtra n la alim en  tación.

Montaje Este montaje com ienza colocand o los com  pone ntes en la placade p rototipo s en el orden adecuado y siguiendo el conexionado en el esquema. Los pulsadores P1 y P2 se conectan a los muelles 9 a 12 utilizando un latiguillo de 4 cables term ina do en dos conectores de 4 te r minales, que une el conector marcado como P1 P2 y el marcado 9 a 16. Las conexiones al conector J31 de la placa DG03 se realizan con un latiguillo de interconexión termina do en un con ector y cuatro cables sin cone ctor en el otro extrem o, de los cuales usaremo s solo el 1 y el 4.  Al enchufa r este ca blea J31 hay q ue asegura rse de conectar el cable negro al terminal 1 del mismo.

Prueba Pulsando PE  se arranca o  para el reloj.

Cua ndo se conecta la alime ntación al circu ito es posible que la salida de los biestables tome cua lquier valor. Cada vez que se pulsa P2 se detendrá la cuenta, si el conta do r estaba contando , o se reanudará, si estaba de tenid o. Cada vez que se pulsa P1 se invierte el sen tido de la cuenta, si era ascendente pasa a ser descendente y viceversa. LI5TÑ DE MPTERIRLE5 

Experimento ai completo.

Ul

Circuito integ rado POE7 

fíl, RE

Re siste ncia iOOK ¡marrón, negro,amarillo¡

R3, RP

Re siste ncia P7K ¡amarillo, violeta, naran ja)

Cl

Condensador 10 pF electrolítico

CE

Condensador EE nF 

o

41 j) Digital básica (^Tensión del condensador del 555 En este circuito se utiliza la tensión del condensador que determina la frecuencia de oscilación del 555 cuando funciona como astable para controlar la iluminación de 4 LED.

El circuito Si observamos el esquema del circuito puede parecer, a primera vista, que hay un error en la conexión de la salida del 555. En la salida del circuito, terminal 3, se conecta un diodo LED para visualizar el estado de la misma, con su co rres po nd ien te resistencia R9 que limita la corriente que circula por el mismo. Sin embargo, utilizamos como salida la tensión del condensador C3, que se aplica a la base del transistor Q1 mediante la resis tencia R8.

L

Componentes en la  pl aca de pro tot ipos.

Cableado de la placa de prototipos.

Espuema general del  circuito que  perm ite visualizar la tensión de carga del  condensador  C3.

U 1

" < T 

'

Digital básica ableado del   puls ador .

Cableado a!  cátodo de los LEO.

Pulsando Pl  se activa o desactiva el  oscilador.

Podemos experimentar  cambiando el  valor de R8 a IOOK.

Esta tens ión no es contin ua y se parece m ucho a una señal triangular, de tai manera que la carga del co nde nsad or se hace de manera progresiva y por tanto la corriente de base del transistor sube lentam enteyp ortantotam bién lacorriente qu ec ircu lap orlo s LED1 a4 aumenta lentamente y estos LED se ilumin an de man era progresiva. El fun cio na m ien to del os cilad or 555 se co n tro la c on ec tan do su entrada de reset a la salida de uno de los biestables del circuito integrado 4027. El pu lsa do r P2se utiliza para activar el c ir cuito y P1 para desactivarlo.

Montaje La colo cació n de c om pon ente s en la placa se realiza de la manera habitual, la con exió n a los cátodos de los LED se hace usando un la tigu illo terminado en dos conectores de cuatro termi nales, de los cuales, uno de ellos, se conecta a los cátodos de los LED y el otro extremo al co ne cto r corre spo ndie nte a los mu elles 13 al 16. La conexión a los pulsadores se realiza con el latiguillo que sólo tiene un conector, enchufando en el cone ctor del panel id entificad o com o P1-P2 y utilizando los cables de este latiguillo para conectarlo s di rectamente a la placa de p rototip os. Prueba Una vez com proba do que el m ontaje se ha realizado de manera correcta conectam os la ali mentació n a los m ue llesO Vy 5 V. El pu lsa do r P1 detiene el oscilador y el P2 lo arranca, el LED A se ilumina y apaga de manera intermitente, al igual que los otros cuatro LED, pero el encen did o y apagado de estos ú ltimos se hace de una manera más paulatina. Es recomendable susti tuirla resistenciaR8de47Kporunade100K, para observar el cambio que se produ ce en la ilum i nación de los LED. LI5TR DE MRTERIRLE5 

Experimento completo.

Ul  U3 R5. RIO R7  RE  RB R9 O. C3 C3 OI  LEO

Circuito integrado 555  Circuito integrado R037   Resistencia IM5 1marrón. verde, verde1 Resistencia IOOK Imarrón, negro, amarillo) Re sist enc ia RK7 1am arill o, violeta, rojo ) Re sist enc ia Q7K 1am arill o, violeta, nara nja) Resistencia !K8 Imarrón, gris, rojo) Condensador 3 3 nF   Condensador 10 pF electrolítico Transistor BC5Q7 o BC5R8  R diodo LED rojo 5 mm

Digital básica (^ON/OFF con una puerta NFIND^) Este circuito utiliza las características de histéresis de las puertas trigger Schmitt.

El circuito El circuito es sencillo, ya que tiene muy pocos componentes, sin embargo, tiene algunos aspec tos peculiares, por ejemplo, si nos fijamos en la entrada del in versor se aplica una tensión a través del pu nto m edio de las resistencias R1 y R2. Esta te n sión es intermedia entre niveles lógicos y resulta extraño que se aplique a un circuito lógico, salvo, com o en este caso, que se quieran utilizar las pro piedades de histéresis de este tipo de circuitos.

Campanentes en le place de  pro tot ipo s.

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Funcionamiento Supongamos que con el circuito en reposo tenemos en la salida del mismo, terminal 3, un nivel lóg ico alto. En estasitu ación el conden sador C2 se carga a través de la resistencia R3 y que da a un nivel de tens ión alto cu ando esté cargado. Si ahora p ulsam os P1, la ent rada de la puerta pasará a nivel alto y por tanto la salida de ésta pasará a nivel bajo, descargándose algo el con-

Cableado de la  pla ca de  pro tot ipos.

LEDA

y 

Esquema del  interruptor  electrónico.

Digital básica Conexionado de los  pu lsador es.

Cableado completo.

Pl hace las funciones de ON/OFF.

Con RI y RB de 330K el  integrado oscila al  mantener   pul sad o.

/

\ 

Experimento completo.

den sad or mientras esté pulsado Pl, ya que está cone ctad o al pu nto medio de las resistencias R1 y R2, pero no a un nivel suficiente como para actuar sob re la puerta.  Al so ltar el pu lsad or P1, el co nd en sa do r C3 continu ará con su descarga a través de R3, y como P1 ya no está pulsado la situación se mantendrá. En esta situación el condensador está des cargado, de manera que si ahora pulsamos de nuevo P1, aplicamos un 0 a la entrada de la pu erta y su salida pasa a nivel alto, com enza ndo la carga del condensador, pero mientras esté pulsado no pasará de cierto nivel y no afectará a la entrada de la puerta, de forma que al soltar P1 la situación queda memorizada.

Montaje El montaje es muy sencillo, basta insertar el integrado y los demás componentes en la placa de pro totipo s y realizar las conexiones sigu iendo el esquema, cuida ndo las conexiones de los con densadores electrolíticos y del diodo LED para realizar sus conexiones con la polaridad ade cuada. El cableado de los pulsadores se realiza con un latiguillo terminado en conectores de cuatro terminales. Una vez que se ha compro bado, esquema en mano, todo el trabajo reali zado, pasamos a conectar la alimentación, el neg ativo a 0 V y el p ositivo a 5 V. Prueba El circu ito d ebe fun cio na r nada más conectar la alimentación, que normalmente será de 5 V. El LED pue de estar apagado o e ncendid o, si está iluminado al accionar el pulsador se apagará y viceversa. La puls ación deb e hacerse de manera pausada, dejand o tran scurrir cie rto tiem po, ya que el condensador elegido tiene una capaci dad elevada para poder observar bien la evolu ción del experimento. Lo norm al es que al manten er pulsado el c ir cuito no oscile, aunque esto puede suceder, ya que el margen de histéresis puede variar de un circu ito integrad o a otro. LISTR DE M RTERIRLE5  Ul RI. RB R3 Rd  Cl.CB LED f í

Circuito integrado Q093 Resistencia IOOK 1marrón, negro, amarillo) Resistencia 97K lamarillo, violeta, naranial  Res iste ncia 1K8 1marr ón, gris, rojo!  C on de ns ad or 10 p F e le ct ro lí tic o Diodo LED rojo 5 mm

L

Digital básica (  VCO con transistores

)

La frecuencia de oscilación del circuito depende de la tensión aplicada a un punto del mismo.

El circuito El circuito corresponde a un clásico diseño de oscilador astable con transistores, sin em bargo la tensión que se aplica a las resistencias de base R3 y R4 no es la de alimentación del cir cuito clásico, sino que corresponde a la obte nida en el cu rsor del po ten ció m etro POT 1 cuan do los extremos de éste se conectan entre los dos extremos de la alimentación.

Componentes en le place de  pro toti pos .

Funcionamiento Vamos a recordar el funcionamiento del osci lador astable. Este circuito tiene dos salidas, que toma mos del c olec tor de cada uno de los transis tores, y que usaremos para controlar la ilumina ción de un LED. Cuando el transistor se satura la salida correspond e au n nivel bajo, ya que su ten sión de colector corresponde aun nivel muy bajo de tensión, lo que hace que el LED conectado a este colector se ilumine. De esta manera se puede ver fácilm ente el estado de cada salida sin necesi dad de emplear ningún instrum ento de medida.

Cableado de le  pla ce de  pro tot ipos .

9V

 / 

Esquema del  Oscilador  Controlado po r  Voltaje VCO.

Digital básica Conexionada del   pote nció met ro.

Recordemos que las salidas son opuestas, si una de ellas está a nivel alto la otra estará a nivel bajo. Con el potenciómetro POT podemos selec cionar cualquier tensión com prendid a entre la de alim enta ción y los 0 voltios, a mayor tens ión más rápido circula la corriente por las resistencias de base y más rápido se cargan los condensadores, por tan to la frecu encia será más elevada.

Montaje La alimentación  pue de se r d e 5 ó 9 V.

La posición del   po ten ció me tro determina la frecuencia de oscilación.

El montaje puede hacerse de una manera rápida, ya que necesita muy pocos com ponen tes, sin embargo, hay que tener m ucho cuida do para conectarlos adecuadamente, teniendo especial preca ución con los LEDy los transistores. Unav ez realizado el montaje debe revisarse antes de conectar la alimentación al mismo, para lo cual recomendam os dejar sin conectar el positivo de la alimentación. Este circuito se debe conectar a 9 V, para observar bien el funcionamiento, sin embargo, también funcionaa5V , aunque su com  portamiento sea algo diferente, por tanto reco mendamos hacer unas pruebas a una tensión y repetirla s a la otra, para com pro bar la diferenc ia. El cableado al pot en ció m etr o se hace cone c tándonos a los mue lles P1, P2 y P3 situados inme diatamente debajo del mismo.

Prueba

Cambio de R3  y f l V s iOOK 

 para experimentar.

Experimento completo.

 Antes de con ectar la alimentació n hay que situar el mando del potenciómetro aproximada mente en la mitad de su recorrido, aunque no hace falta qu e sea exactamente la mitad. Esto es un poco incómodo,yaque aún no tenemosel mando, pero será por poco tiemp o, con cretamente hasta la próximaentregaen laquesesuministra. Observamos que los LED se iluminan de manera intermitente con una frecuencia determinada. Girando el potenciómetro hacia un lado, sin desconectar la alimentación, la frecuencia cambia, aumentando o disminuyen do, en el otro sentid o sucede lo con trario, disminuye o aumenta. Por tanto, la fre cuencia de oscilación depende de una tensión, que en este caso se obtiene en el terminal corre s pond iente al cursor del potencióm etro. LISTR DE MRTERIRLE5  DI. DE  Rl. RE R3. RR O. CE  LEDR. LEDB

Transistor BCSR7 o BC5R8  Resistencia 1K8 1.marrón, gris, rojo!  Resistencia R7K ¡amarillo, violeta, naranja!  Condensador 10 pF electrolítico Diodo LED roio 5 mm

Digital básica (^Niveles de disparo en puertas^ Los estados 0 y 1 lógicos se represe ntan en lóg ica positiva po r el 0 de tensión y por  el máximo de tensión de alimentación, en nuestro ejemplo 5 V.

El problema Los niveles de tensión Oy 5 V son ideales, sin embargo, en la realidad hay una banda de ten sión que se considera 0, otra banda de tensió n que se considera 1, y una banda inte rme dia en tra las dos anterio res en la que no se debe trabajar, ya que no se garantiza que el nivel pueda repre  sentar un 1 o un 0. El problema se complica ya que se definen unas bandas diferente s según se trate de en tra das o salidas, lo cual ya explica mos te óricam ente con ante rioridad, aun que es ahora cuando rea lizaremos el experimento correspondiente. Cada fabrican te defin e los niveles de entrada y de salida para los que garantiza el funcion am iento de sus circuitos, que además son diferentes en funció n de la tensión de alimentación empleada. Un m ismo tip o de puerta, es decir, de circu ito integrado, suministrado por diferentes fabri cantes, puede tener niveles diversos para estas tensiones, sin embargo, norma lmen te son inter

i

cambiables, ya que no es normal trabajar cerca de los límites de funcionamiento de los circui tos para garantizar un buen margen de seguri dad para el func iona m iento del mismo.

Componentes en te placa de  pro tot ipos.

Cableado de la  pl aca de  pro tot ipo s.

Esquema del circuito experimenta!.

Digital básica Conexionsda de i   pote nciómetro.

Los circu itos T rigge rSm ith, co mo el 4093, tienen unos niveles diferentes según suba o baje la tensión, tal com o se podrá com prob ar en el experimento.

El circuito

- . , N

^

\ conexionado de ios le d .

Si observamos el esquema del circu ito p odre  mos com pro ba r su extrema sencillez. El potenciómetro POT 1 de 100K se conecta entre los extremos de la alimentación, de esta manera en su terminal central podremos dispo ner de cualquier tensión c om prend ida entre 0 V y el má ximo de alimen tación, nom inalm ente 5 V. Giran do el cursor hacia un extremo se ob tie nen 0 V, por tanto la salida de las puertas entre gan un 1 lógic o y los cua tro LED se ilum ina n. Girando al máximo en el sentido contrario dis pon em os de la máxima tensió n de alimentación, es decir, un 1 lógico, y los cu atro LED se apagan.

Montaje Con el   poten ció metro obtenemos cualquier  tensión entre O y 5 V.

El montaje puede hacerse de una manera rápida, ya que necesita muy pocos componen tes. Este circu ito f uncio na a 5 V, pero tam bién es intere sante rep etir la prue ba a 9 V.

El experimento

El expe rimen tocons isteen pa rtirde una posi ción extrema del potencióm etro, po r ejemplo la que aplica 0 voltios a las entradas de las puertas; en estas condicio nes todo s los LED se ilum inan , si giramos lentamente el mando del potencióme tro hasta que se apaguen y observamos la posi ción del mando del potenciómetro, es posible Posición en la que veamos que cada LED se apaga a una tensión que se diferente. Proseguiremos con el experimento apagan ios  pri me ros LED. subiendo la tensión hasta llegar al otro extremo, después disminuiremos la tensión y observare mos que los LED se ilum inan unos antes que otros y a un nivel que puede ser dife ren te del anterior. Si tenemos un polímetro de alta impedancia (todos los digitales lo son) po demos conec tarlo entre el negativo de la alimentación y el terminal P2 del potenciómetro, para medir las tensiones en las q ue se produ ce el cambio. Experimento completo. Co mo regla simple y aproximada, en los inte grados de la familia CMOS, cuando se ali USTR DE MRTERIRLE5  menta a 5 V, se toman Ul Circuito inte gra da >-1093 como 0 los valores U2  Circuito integ rado LiOOi  menores d e l Vyc om o Cl  Condensador IO pF electrolítico 1 los superiores a 4 V. C2.C3 Condensador IDO nF 

Digital básica ( Monoestable con bloqueo Este circuito detecta una pulsación y dispara un monoestable, pero no acepta otra pulsación hasta que pasa cierto tiempo.

El circuito en reposo En el centro del esquema podemos ver un circu ito integrado 555 configurado como mono estable. Su salida, terminal 3, permanece, cuando está en reposo, a nivel bajo, y en este caso el LED B está apagado. El term ina l de dispa ro del m ono estab le es el term ina l 2 del 555. Hay que po ne r a 0 este te r minal para que se produ zca el disparo. La puerta U1A está conectada de tal manera que una de sus entradas está a nivel bajo, a tra vés de la resistencia R1, hasta que se acciona el pulsador P1. Cuando esta entrada está a nivel bajo, la salida de la puerta está a nivel alto y el mo noe stable no se dispara. La ilum inac ión del LED A indic ael nivel lógico de la entrada de disparo del monoestable.

L Esquema de l circuito experimenta!.

Distribución de componentes.

t- - lu: ' M 

Cableado de la placa de prototipos.

 j 5 iogoíal feásoca Pulsador da disparo.

Si la salida del monoestable está a nivel bajo, la salida de la pu erta U1B está a nivel a lto y se aplica a una de las entradas de la puerta U1A.

El disparo

5úlo se usan dos terminales de POT i.

Con el   po ten ció me tro se ajusta la duración del   pu lso del  monoestable.

Ya hemos descrito cómo está el circuito en estado de reposo, ahora bien, si se acciona m om entá nea m ente el puls ado r P1 se aplica un 1, nivel alto, a la entrada de la puerta U1A, y como la otra entrada ya estaba a nivel alto, su salida, terminal 3, pasa a nivel bajo y el LED A se apaga momentáneamente, produciéndose el disp aro del m onoe stable, y pasando su salida a nivel alto, en el que perm anece rá el tiem po qu e se determine con la posición del potencióme tro POT 1. Cu ando la salida del mon oesta ble está a nivel alto, la salida de la pue rta U1B, conecta da a esta salida, pasa a nivel bajo, y este nivel se lleva a la entra da de la pue rta U1A, termin al 1 de U1A, con lo cual la salida de esta puerta pasa a nivel 1, sea cual sea el nive l ap licado a la otra entra da de esta puerta. Por tanto es indiferente si se pulsa o no el pulsador. Es decir, el pulsador queda inutiliza do hasta que la salida del m onoestab le vu elve a ser 0.

Montaje El montaje se realiza de la manera habitual, cu ida nd o especialm ente la polarid ad de los LED y de los condensadores electrolíticos. Conectando el  terminal I de Ulfí a l positivo, el circuito funciona como un monoestable norma!.

Experimento completo.

El experimento Una vez explicada la teoría la prueb a es muy fácil: se acciona el pulsador, el LED A se apaga brev emente , se ilum ina el LED B y hasta que éste no se apague es inú til cualq uiera ctua ción sobre el pulsador P1. Con el potenciómetro se ajusta la duración del pulso.

LI5TR DE MRTERIPLE5  Ul

Circuito Integrado R093

U2

Circuito integrada 55 5 

Cl. CU

Conde nsador IO pF elec trolític o

C2.C3

Condensador 22 nF 

LEDR, LEDB

Diodo LED rojo

c.

Digital básica (  Influencia de la temperatura En esta práctica se experimenta con la temperatura y se comprueba su influencia en el funcionamiento de los circuitos.

La idea La temp eratura puede afectar de manera muy importante al funcionamiento de los circuitos, y no sólo porque puede llegar a destruirlos o averiarlos, sino también p orqu e interfiere en el funcionamiento interno del circuito. Este problema se aprecia mu y bien du ran te el diseño, sin embargo, cuando se trabaja con e qu i pos ya construid os no es muy evidente, ya que el diseñador ya solucionó antes los problemas. Los circuitos integrados tienen compensación interna de tempe ratura y po r tanto ésta los afecta poco, siempre qu e se trabaje dentro de los lími tes que garantizan el funcionamiento cum plie nd o con los parámetros especificados. El circuito El elemento básico de este experimento es un diodo 1N4148 de uso corriente, el resto del circuito se utiliza para evidenciar el cambio de tensión originado por una diferencia de tem peratura. Si nos fijamos en el esquema del cir

cuito podremos observar que el diodo D1, del tipo 1N4148, está conectado entre el positivo y el negativo de la alimentación, separado del

Esquema del  circuito experimenta!.

©Qgofal biseca Conexionado de POTI.

La alimentación  puede s er de 5  Ú9V.

negativo por una resistencia R1 de 4K7 y del positivo por otra resistencia, la que en ese ins tante corresponda a la resistencia entre los ter minales P1 y P2 del potenciómetro POT 1. El ánod o del dio do está conecta do a la entrada de una puerta inversora construida con una de las puertas ÑOR del circuito integrado 4001. En general, cuando la entrada de la puerta está a nivel lógico 1, su salidaestáa nivel ló gico Oy el LED  A no se ilumina, pero cuando la entrada está a nivel bajo, su salida pasa a nivel alto y el LED se ilumina. Girand o el potenció me tro hacia un lado u otro conse guim os que el LED se ilum ine o se apague. C1 yC2 son condensadores de filtrado d ea li mentación.

Montaje

fíl'ustaremos el   pote nció metro hasta pue se apague el LED.

Con el  soldador se consigue un fuerte aumento de temperatura.

Experimento completo.

El montaje se realiza de la manera habitual, cuidand o especialmente la polaridad del d iodo D1, del LED A y d e l con dens ador ele ctro lito C1, así como de los LED y de los condensadores electrolíticos restantes. El circuito puede ali menta rse indis tinta me nte a 9 o a 5 V.

El experimento La caída de tensión en un diodo disminuye 0,2 milivo ltios por cada grado que sube la tem  peratura. Una vez que se ha compro bad o que el circuito func iona vamos a realizar el experimen to. Accio  nando el mando del potenciómetro se gira len tamente hasta que se apague el LED. Cuando calentamos el diodo, lo cual puede hacerse con la mano, el LED com ienza a iluminarse, p ero si no logramos una buena subida de temperatura, podem os acercar la punta del solda dor caliente al cuerpo del diodo, y veremos iluminarse el dio do LED. Hay que evitar que mar la placa de p ro  totipos o cualquier pieza de plástico del labora torio. Podemos enfriar el dio do tocan do con una superficie fría, o metiéndolo en el congelador y realizando el ajuste de POT1 muy rápido, para observar que el LED se ilumina al calentarse. LI5TR DE MRTERIRLE5  UI DI Rl R2 Cl C2 LEDR

Circuito inte grado ROO!  Diodo INRIR8  Res iste nci a RK7, 5%. t/RUJ iam aril lo.violeta, rojo!  Re siste ncia IK8, 5%, l/RLJ Imarrón ,gris, rojo!  Cond ensado r 10 pF. elec trolíti co Cond ensado r 100 nF  Diodo LED rojo

Digital (básica

c

Pulsador ON/OFF

Este circuito utiliza una báscula T, cuya entrada de reloj sirve para conectar y desconectar de manera secuencial un circuito, que en este caso se representa por 4 diodos LED.

Ideas Para que el disparo sea único y el circuito no se apague y en cien da varias veces hay que ase gurar que cada pulsación genere un único pulso de re loj, ya que la salida de la báseulaT, form ada po r una de las básculas JK del c ircu ito integra do 4027, U 2Aen el esquema, ca mbia d e estado cada vez que recibe un pulso de reloj. El pulso ún ico se consigue elim inan do rebo tes mediante un circu ito monoestable, formado po r las puertas U1A y U1B del circ uito integra do 4093. El tiempo de duración del monoestable está dete rmin ad o po r los valores de la resisten cia R2 y del condensador C2. Este montaje también resuelve otro pro blema de este tipo de circuitos, cuya salida pue de ser alta o baja cuando se conectan, lo cual

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Componentes en ta placa de prototipos.

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f  Cableado de los componentes de ta placa.

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Oigotai biseca El pulsador Pl  se utiliza para ia función ON  y para la OFF.

La conexión a los cátodos de los LED se hace con un latiguillo de Q cables .

Estos puentes conectan a 5 V  los ánodos de los LED.

El  monoestable evita rebotes a! pulsar PL

Experimento completo.

puede implicar una dificultad, por ejemplo, al reanudar el sum inistro después de un corte de energía, ya que no sabríamos en qué estado quedaría el circuito. Este problem a se solu cion a con la red RC, fo r mada por el condensador C3 y la resistencia R3. Veamos su func iona mie nto, recordemo s que un cond ensa dor descargado es prácticame nte un corto circuito virtual en el mome nto de la cone xión, por tanto, cuand o se conecta la alimen ta ción el terminal de RESET (R) se pone a nivel alto el tiempo suficiente para que la salidade la bás cula, term in a ll del 4027, quede a nivel bajo ylo s LED no se iluminen después de un corte de energía. Como no deseamos cargar la puerta en exceso, y poder controlar corriente de cierto valor, utilizamos un transistor, cuya co rrien te de colector puede ser muy superior a la de salida de una puerta.

Montaje El montaje se realiza de la manera habitual, cuidando especialmente la conexión del tran sistor Q1 y la polaridad del cond ensa dor elec tro lític o C1. La conexión del pulsad or P1 se hace con un latiguillo de dos cables y la de los LED con uno de cuatro. Es muy im porta nte con ectar los cuatro puentes e ntre los ánodos de los LED y el terminal del positivo situado en el mismo conector, para facilitar la conexión. El experimento Cuando se conecta la alimentación los cua tro LED deb en estar apagados. Al puls ar una vez P1 deben iluminarse, y si se pulsa de nuevo se apagarán, es decir, el mism o pu lsad or se utiliza para el apagado y el encendido de los LED.

LI5TP DE MRTERIRLE5  Ul U2 Rl, R3 RE  R9 Cl CE.C3

Circuito integrado <-1093 Circuito integrado 9027   Resis tencia IOOK (marrón, negro, a marillo) Resistencia IM (marrón. negro, verde1 Resistencia 9K7 (amarillo, violeta, rojo]  Condensador 10 p F electrolítico C on de ns ad or 100 n F  

Digital básica (  Generador de tensión negativa En algunas ocasiones es necesario disponer de una tensión negativa en alguna parte del circuito, y cuando el consumo es muy reducido se puede generar internamente, sin necesidad de utilizar una nueva alimentación exterior.

El circuito En esta ocasión hay que observar detenida men te el esquema: a la derecha del mism o hay un circuito integrado 555 configurado como oscilador astable, po rtan to, en su salida, ter m i nal 3, hay una onda cuadrada, cuyos niveles de tensión varían entre 9 y 0 V, según el pulso esté a nivel alto o bajo. La frecu enc ia de oscilación de pe nde de los valores de las resistencias R1, R2 y del cond ensad or C3. Hasta ahora el circuito es muy conocido.  A la salida del circuito hay co necta da una red formada por dos diodos, D1 y D2, y dos con densadores, C4 y C5, estos componentes for man un doblador, que en este caso y tal como está conectado es un inversor. Si observamos el LED de la salida está bien conectad o, ya que en su cátodo hay una tensió n más negativa que en su ánodo, com prob arem os que se enciende. Vamos a estudiar con más detenim iento el circuito doblado r inversor.

C4

D2

— wINPOT

10uF

: C5 10uF

D1 PULSE

1N4148

Doblador inversor.

UU. Componentes en la placa de prototipos. Hay que cuidar las  pola rida des .

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Esquema del circuito generador  de tensión negativa.

iogoíaD feisoea

El ánodo del  LED es el  terminal de mayor  longitud.

5i se alimenta a El V se obtiene una tensión de salida menor.

Cambiando R2  a IOK varía la frecuencia  per o se mantiene funcionando.

Experimento completo.

Doblador inversor  Supongamos que partimos del circuito en reposo y al cone ctarlo llega un pulso po sitivo al condensador C4 desde el terminal 3 del inte grado: el diodo D1 conduce y el condensador se carga, hasta ahora D2 no conduce. Si ahora cesa el pulso aparece una tensión 0 en el terminal positivo del condensador, que record em os que está cargado, entonces su otro term ina l está a una tens ión in fe rio r a 0, el dio do D2 con du ce y la carga de C4, o parte de la misma, se tran sfiere al conde nsa dor C5. Cua ndo llega otro pulso p ositivo se vuelve a carga r C4 y al baja r la tensió n a 0 vuelve a trans ferir parte de su carga a C5. Ha ciend o un símil h idrá ulico , la carga de C4 se bombea a C5, que va almacenando la carga, pero fijémo no s cóm o está conectado este con  densador, ¡atención, el esquema es correcto! Este tipo de circuito es denominado por algu nos autores com o bo mbas de carga. Montaje El montaje se realiza de la manera habitual, cuid and o muy especialmente la polaridad de los condensa dores e lectrolíticos y la de los diodos, incluido el LED. Se debe seguir estrictamente el esquema. No se debe conectar la alimentación hasta que se haya comprobado que todos los componentes están correctamente conectados. El experimento Este circuito, además de ser de gran utilidad para generar tensiones negativas, puede utili zarse para realizaralgun a broma : basta conectar el negativo del po líme tro al 0 de alimen tación y el positivo a la salida del circuito, que coincide con el cátodo de D2, la sorpresa es ver como sube laten sión , pe ro con signo negativo, se llega con facilida d a unos -5 V cuand o alime ntamo s a 9 V. También pue de alimentarse a 5 V, pero el LED se iluminará con cierta dificultad. LI5TR DE MRTERIRLE5  Ul FU R2 RB Cl, CE C2.C3 CR. C5 DI.D2

Circuito integrado 5 5 5 Re sist enc ia IK8 fmarrón. gris, rojo) Resis tencia R7K (amarillo, violeta, naranjaI  Re sist enc ia QK7 Iam arill o, violeta, rojo) Conde nsado r 100 nF  Condensador 22 nF  Conde nsado r 10 pF elec trol ítico Diodo IN m 8 

©ogotaO b á s i c a (^"indicador digital de baja temperatura^ Podemos usar un transistor de silicio como sensor de temperatura fiable y económico, ya que es muy útil para proteger los circuitos del conocido problema de los equipos para evacuar la temperatura que generan en su interior. Esto afecta especialmente a los circuitos digitales. El sensor  Si observamos detenidamente el esquema, de izquierda a derecha, veremos que hay un transistor, con referencia Q1, con la base y el colector puenteados, el emisor conectado al negativo de la alimen tación, y el cole ctor al posi tivo, inte rcalando una resistencia de 1K8. La caída de tensión en el transis tor desciende 0,2 mV po r cada grado que sube la temperatura, esta pro piedad la vamos a aprovechar para utilizar este transistor com o sensor de temperatura.

El circuito

Componentes en la placa de  pro tot ipos.

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Cableado de la  pla ca de  pro tot ipos .

La caída de tensión en el transistor utilizado com o sensor se usa para genera r una corrie nte a través del potenciómetro POT1, la salida de

L

Esquema del circuito.

u

49

©ogoíaD feásoca El transistor  ü l se utiliza como sensor.

Cableado a los m uelles de contacto.

Con POTI se ajusta el   pu nto de disparo.

este potenciómetro sirve para generar una corrie nte de base en un segundo transistor que se emplea como amplificador de corriente, generando una caída de tensión que modifica el va lor lóg ico a la entrada d e la pu erta U1 A. Esta puerta co ntrola el arranque del oscilador cons truido con la puerta U1 B, la resistencia R3 y el co nd en sa do r C3, y su salida, cua ndo está a nivel bajo, sirve para iluminar un LED, el LED 3. Una tercera puerta, U1C, se emplea como inversor e ilumina otro LED, el LED 2. Este circuito tiene la peculiaridad de que se intercala un diodo en el negativo de la alimen tación del integrado para facilitar el funciona miento del circuito. Cuando la temperatura desciende del nivel ajustado con POT 1 la tensión en el potenció me tro aumenta y por tanto tamb ién aum enta la corrie nte que circula p or la base del transistor Q2, de tai m anera que cu ando es suficie nte para que éste se sature, la ten sió n en la entra da de la puerta U1 se interpreta como nivel bajo y su salida pasa a nivel alto, a partir de este instante el oscilador arranca y los dos LED se iluminan de manera intermitente, mientras que antes sólo estaba ilum inado uno.

Montaje El montaje se realiza de la manera habitual, cuidando la polaridad de los condensadores ele ctro lític os y la del LED D1, que se interca la en la alimentación de negativo del integrado. fíplicación de calor para  pro bar e l  circuito.

Experimento completo.

El experimento Con el circu ito a temperatura ambiente se ajusta el potenciómetro, muy poco a poco, hasta que comiencen a iluminarse los LED de manera inter mitente, entonces aplicamos calor al transistor sen sor, acercando la pu nta del soldador, cua ndo el tran sistor detecta aumento de temperatura cesa la intermiten cia y sólo permanece ilumin ado u no de los LED, a continuación retiramos la fuente d e calor y al enfriase comenzará de nuevo la interm itencia . USTR DE MRTERIRLES Ul Rl RE.R3 CI.C3 CE DI DI. DE 

Circuito integrado R093 R es is te nc ia IK8 Imarrún, negro, r oio l   Resistencia R7K tamarilla, violeta, naranja) Condensador 10 pF, electrolítico Condensador 100 nF   Diodo INRIR8   Transistor BC5Q8 o BCSR?

L

©ogoíaD biseca ^Transmisión por líquidos J) Cualquier cuerpo conductor puede usarse para transmitir datos, en la actualidad hay estudios variados destinados a transmitir datos entre diferentes equipos, utilizando el cuerpo humano como vía de transmisión.

El experimento El experimento consiste en transmitir una señal de pulsos a través del agua, la conductivi dad de ésta depen de de las sales que se enc ue n tran disueltas en la misma. Para po de r verifica r que los pulsos atraviesan el agua utilizamos un contador, simp lemente como testigo de que se detectan pulsos, con lo cual podemos realizar la prueba sin necesidad de emplear instrum en tación adicional. El experimento debe funcionar con agua corriente, p orque basta una mínima propo rción de sales para que ésta alcance la conductividad necesaria, debido a que la resistencia de pullup, R4, es de un valo r muy elevado, 1M. La impedancia de entrada de la puerta es aún mayor.

Componentes en la placa de  pro tot ipos .

Placa de  pr ot otipos con su cableado interno.

LISTfí DE MRTERIRLES Ui 

Circuito integrada 555 

U3

Circuito integr ada L1093

Rl 

Resistencia 330K  (naranja, naranja. amarilla)

R3, RP Resistencia IM (marrón. negro, verde) R3

Resistencia 1K (marrón, negro, rojo)

RS

Resistencia RK7  (amarillo, violeta, rojo)

O

Condensador 10 pF  electrolítica

C3

Condensador 33 nF 

C3

Condensado r 100 nF 

LED R Diodo LED rojo Esquema del circuito.

/

50

(DogoíraO feisoca Cableado general del  experimento.

Se utilizan dos cables  pa ra hac er   pa sa r l a se ña l  a través deI  agua.

fíl extraer un cable del  agua cesa la transmisión.

El contador se utiliza para verificar pue hay  transmisión.

Experimento completo.

El circuito El circuito es realmente simple, consiste en un oscilador astable construido con un 555, y cuya salida se aplica a través de una resistencia de protección de 1K. Esta resistencia se utiliza para lim ita r la corrien te de salida, de manera que incluso puede cortocircuitarse.  A la en tra da del conta dor se cone cta una pue rta NAN D, con sus dos entradas unidas para que actúe como inversor; en la salida de esta puerta se conecta un diodo LED con su corres pondiente resistencia limitadora de corriente. La entrada de esta puerta NAND se conecta a la salida del oscilador astable construido con el 555 y sus componentes asociados. La entrada de esta puerta NAND está a nivel alto y p or ta nto su salida a nivel bajo, en este caso. Montaje El montaje no presenta ninguna dificultad especial, pe ro hay que respetar la polarid ad del con den sad or ele ctro lítico C1 y la del dio do LED  A. El re cip ie nte para el agua pu ede ser de pequ eño tama ñoy si queremos mejorarsu con ductividad puede aplicarse una pequeña pro porción de sal común. Tanto los componentes montados en la placa de prototipos, como el contado r pueden alimentarse indistintamente a 5 ó 9 voltio s, pero todas a la misma tensió n. Funcionamiento Cu ando la punta de los dos cables está sumer gida en el agua pueden darse dos estados, que la salida del osc ilado r sea un nivel bajo, en cuyo caso este nivel bajo hace bajar el nivel de ten sión aplic ado a la entrada de la pue rta y si dism inuy e por deb ajo de cierto nivel se interpreta co mo un cero y su salida pasa a nivel alto, aplicando un pulso a la entrada de reloj del contador. Cua ndo se origin a un pulso sube el nivel y a la entrada de la puerta se aplica un nivel alto y su salida po r tanto pasa a nivel bajo. Esto últi m o tam bié n suce de si se retira del agua el cable que va a la entrada de la puerta, pues el nivel a su entrada pasa a nivel alto porque la resistencia R4 de 1M así lo obliga, su salida pasa a nivel bajo y el LED se apaga. Cu ando se sumerge en el agua se observa que el LED parpadea y además el con tador avanza. Puede comprobarse que si uni mos los cables sucede exactamente lo mismo, vemos pues que los líquidos pueden utilizar para transmitir datos.

©ogoíaD (básoea ^G en era do r de pulsos simétricos J) Este generador de onda cuadrada tiene dos salidas, una de nivel opuesto a la otra, pero en ambas el pulso es simé trico, tie ne un ciclo del 5 0 % , es decir los tiempos en que el pulso está a nivel bajo y a nivel alto son ¡guales. Se pued e variar la frecuen cia con el potenciómetro entre unos 0,15 y 2,5 Hz. La ¡dea Este circuito puede funcionar a frecuencias mucho más elevadas, pero en tal caso necesita ríamos un o scilos cop io para visualizar la señal. Si utilizamos frecuencias muy bajas los perio dos están comprendidos entre 0,4 y 6,3 segun dos aproximadamente, con lo que es fácil com probar a simple vista, observando el LED 1 o el LED 2, que la onda es simétrica.

El circuito Obs ervand o el esquema veremos que el cir cuito nos resulta familiar. El circuito integrado U1 es un oscilador astable cuya frecuencia de oscilación depende de los valores de las resis tencias R1 y R2, de los condensadores C3 y C4 y

i': :: : :: : :; : ¿t-i:

Componentes en ta placa de  pro toti pos .

5úlo se utilizan dos terminales del   pot enc ióm etr o.

LISTR DE MRTERIRLES U1

Circuito integrado 55 5  

Ui 

Circuito integrado R037 

Ri

Resistencia RK7   (amarillo, violeta, rojo)

RP

R es is te nc ia I K 1m arrón, negro, ro¡ol 

C1.C3

Condensado r 100 nF 

C3.CQ Condensador 10 pF  electrolítico

Espuema del circuito.

iogotafl (básica Conexión a los LED.

La frecuencia se controla con el   po ten cióme tro .

Retirando C-i. aumenta la frecuencia.

Rumentando Rl. aumenta la frecuencia.

Experimenta completo.

de la posición del cursor del potenciómetro POT 1. Su salida es el terminal 3, y en ella se conecta el LED 4 con el que puede observarse su estado. A nivel alto se ilum ina el LED, y a nivel bajo se apaga, pero el tiem po que está ilu m i nado no es el m ismo q ue está apagado.  A la salida de este osc ila dor se co ne cta un biestable U2A, del circuito integrado 4027, que está conectado de manera que funcion e como un b iestable t ipo T, de tal ma nera que el estado de sus salidas cam bia cada vez qu e recibe en su entrada, terminal 3, un pulso de reloj, desde la salida del circuito U1. El circu ito U2A lo que hace realme ntees d ivi dir la señal por dos y su salida es simétrica, es decir, el tiempo en que la señal está a nivel alto es el mismo en que está a nivel bajo, y esto se mantiene, aunque la frecuencia del oscilador aplica do a su entrada varíe, tal com o se puede comprobar accionando el mando del poten ció m etro POT 1.

Montaje El montaje es bastante rápido ya que utiliza pocos compon entes y conexiones. Hay que cui dar la polarida d de los conden sadore s C3 y C4. Las conexiones a los LED se realizan a través de los muelles 13,14y 16, utiliza nd o un latig uillo de interconexión; para que se iluminen hay que colocar los puentes en los cátodos de los mis mos. Tampoco hay que olvidarse de realizar las conexiones de alimentación de los dos circui tos integrados. Este circuito puede alimentarse indistintamente a 5 ó 9 V. El experimento El circuito debe fun cion ar al prim er inten to; nada más conectar la alimentación, observare mos que los tiempos en que el LED 4 está ilu minado o apagado son diferentes y que esta diferenciavaríaal cam biarde posición el mando del potenciómetro. Los LED 1 y LED 2 se ilu m inan de mane ra alternativa, es decir, cuando uno está ilum ina do el otro está apagado, pero el tiempo en que ambos LED están iluminados es el mismo. Tam bién ob servaremos qu e la frecuenc ia es la mitad que para el LED 4. Recomendamos hacer pruebas retirando uno de los condensadores, por ejemplo C4, y experime ntar, por ejemplo, sustituye ndo R2 por una resistenc ia de 47K.

b

IHogoítaO (básica (  Rstable con tres puertas ÑOR Las puertas ÑOR también pueden usarse en circuitos osciladores astables, hay muchos esquemas posibles, aunque no todos tienen un funcionamiento correcto. Éste es uno de los que mejor funcionan.

El circuito El astable está formado por las puertas U1A, U1B y U1C del circuito integrado CMOS 4001. La frecu encia de pend e del valor de la resisten cia R2 y de la capacidad del condensador C3. También hay que considerar que la resistencia R1 debe ser may or que la R2. La fre cu encia ap ro ximada se obtiene con la siguiente fórmula:

Componentes en la placa de  pro toti pos .

.O

f = 2,2/R2C Conexiones de la placa de  pro toti pos .

Hay que usar la resistencia en ohmios y la capacidad en faradios, para que el valor de la frecuencia se obtenga en hercios. Si R2 es de 100K y C3 de 10 pF se obti ene una frecuencia de 2,2 Hz, suficientemente

Al

5V

x

820 R2 820

^

"*

R3

L ED 1

820 R4

^

Ts

L ED 2

^

L ED 3

\k 

^

 X f   A3

Xf  xf 

C2 22nF

I X . s-A X I-- ®-\ X r fX j X —C X X —

Q1

LI5TR DE MRTERIRLE5  Circuito integrado QOOI  Ul  Resistencia IM Imarrón, RI  negro, verdel  Resiste ncia iOOK  RE  Imarrón, negro, amarilloI  R3 Resistencia RK7  Iamarillo, violeta, rojo]  Resistencia IKI.marrón, RE  negro, rojo) Cl. C3 Condensador ID pF  electrolítico CE  Condensador EE nF 

 S RI

<1M

y 

Esquema de! circuito astable.

52

u :

Digital básica Es necesaria conectar las  pu en te s üe las ánodos.

Conexionado entre placa de  pr otot ipo s y  muelles.

Cambio de frecuencia al  cambiar RE.

baja para comprobar el funcionamiento del oscilador, ya que se puede observar cómo se apaga o enciende un diodo LED. Si por ejem plo utilizamos respectivamente 47K y 100 nF se obtendrá una frecuencia audible de unos 400 Hz, lo cual podre mos com prob ar cuando tengamos el amplificador de audio y el alta voz dispon ible. Si continuamos con el esquema observare mos qu e a la salida del osc ilad or se conec ta una cuarta puerta U1D, cuya función es de etapa separadora, para evitar que el consumo del cir cuito pueda afectar al funcion am iento del osci lador, de esta manera se consigue que la carga del oscilador sea una puerta CMOS de alta impedancia de entrada. Si queremos emplear una carga elevada, por ejemplo 4 LED, que es demasiado para una puerta, podemos usar un transistor que puede conducir varios miliamperios. La resistencia de base, R3, es bastante baja para asegurar que el transistor se sature, con lo que además de lograr una buen ilu m ina ción del LED se evita el calentamiento del pro pio transistor, ya que la tensión de saturación colector/emisor es baja.

Montaje

Variación de frecuencia con  pot enc ióm etro .

Experimento completo.

El montaje es bastante rápido, pero hay que evitar el exceso de confianza y seguir atenta mente los esquemas, cuidando la polaridad de los condensadores electrolíticos, y sin olvidar conectar la alimentación del circuito integrado ni la colocación de los puentes en los ánodos de los LED. Este circuito se alimenta a 5 V.

El experimento El circuito debe comenzar a funcionar al conectar la alimentación, momento en el que los LED parpadean. Puede experimentarse cam biando la frecuencia, para lo cual se puede sus tit u ir la resistencia R2 po r otra de 47K, o tam bién se puede intercalar en serie con esta resisten cia el potenciómetro P1, para poder modificar la frecuencia accionando el mando de este potenciómetro. Debemos tener en cuenta que si la frecuencia sube, no podremos seguir con la vista la intermitencia del LED y siempre per cibiremo s que está iluminado . Estecircuito pe r mite obtener frecuencia en toda la banda de audio, pero es necesarioes perarad isponerd el amplificador de audio y del altavoz para com probar su funcionamiento.

f 

Digital feásoca Circuito combinacional ) Cc ¡ Una de las aplicaciones típicas es la implementación de funciones para que la salida o salidas de los circuitos se activen sólo con determinadas combinaciones aplicadas a sus entradas.

f

El problema Disponemos de tres variables de entrada y de una salida. Las tres variables se representan por tres pulsadores, P1, P2 y P3, y el nivel de la salida se detecta con un LED, el cual se ilumina cuando esta salida está a nivel alto y se apaga cuando está a nivel bajo. En cuanto a las entradas, el nivel uno se corresponde al pulsador accionado y el nivel cero al pulsador en reposo. Queremos que la salida esté a nivel alto sólo con las siguientes com binac iones de pulsadores: - P3 activado, P2 en reposo, P1 en reposo. - P3 en reposo, P2 activado, P1 activado. - P3 en reposo, P2 en reposo, P1 activado. - P3 activado, P2 en reposo, P1 activado.

Componentes en le place de  pro tot ipo s.

Conexiones de le pleca de  pro tot ipo s.

La solución  A partir de este plantea miento se obtie ne la tabla de verdad siguiente:

LISTR DE MRTERIRLES Ul U3 Rl. RE R3

RR O CE LED R

Circuito integrado ROOl   Circuito integrado R093 Resistencia IOOK  l,marrón, negro, amarillo) Resistencia 330K   (naran/a. naranja, amarillo1 Resistencia 1KB (marrón, gris, rojo]  Condensador 10 pF   electrolítico Condensador EE nF   Diodo LED rojo 5 mm

53 D i g i t a l

Conexión de lo s  pu lsa do res Pl  y P3.

P3 1 0 0 1

b á s i c a P2 0 1 0 0

Pl 0 1 1 1

LEDA 1 1 1 1

Dejistatabladeverdadseyobtienelaecuación: P3 P2 P1 + P3 P2 P1 + P3 P2 P1 + P3 P2 P1 = F

Conexión del   pu lsa do r P3.

Esta expresión se puede simplificar hasta lleg ar a: P3 Pl + P3 P2 Una forma intu itiva de com prob ar esta ecua ción es comenzar en el esquema, por su parte izquierda, con la variable, e ir notando en el mism o los cambios y la expre sión a la salida de cada puerta. Para lograr la simplificación de la fórmula hay que recordar que la suma de una variable con su negada es la unidad.

5e ilumina con la combinación Pl = 1, P3 = I, y P3 = O.

Pulsando sólo P3 no se activa el LED.

Experimento a! completo.

El circuito Veamos el esquema para explicar el circuito: la parte de la derecha está ocupada por los tres pulsadores, cada uno de ellos tiene dos term ina les, de los cuales uno está conecta do al po sitivo de la alimentación y el otro a una o dos entradas de puertas lógicas. En cada una de las entradas hay conectada una resistencia de pulld ow n que garantiza que las entradas ahí conectadas sean 0 con los pulsadores en reposo. La combinación y el cone xionado de las puertas es el necesario para cum plir con la función, tal como puede co m pro barse. Recuerde que las com binac iones no re pre sentadas en la tabla tienen por salida el 0 lógico. Montaje El mon taje es bastante laborio so y exige un ele vado número de cablecillos de conexión, por lo que debe realizarse con paciencia. Es recomenda ble uti Iizar el cable verde y prepa rar algunos trozos de 5 cm con sus extremos desprovistos de funda aislante. La alimentación puede ser de 5 ó 9 V, y los condensadores C1 y C2 se encargan de filtrarla. El experimento Una vez al i men tado el c ircuito basta accion ar los pulsadores corre spond ientes a las com bin a cione s de variable de la tabla y en todas el resu l tado se rá l, es decir, se ilumin ará el LED, para cual qu ier otra com binac ión el LED no se iluminará.

O og otaO

b á s i c a

(^Biestable con prioridad Si recordamos la tabla de verdad de un biestable con puertas NAND, cuando aplicába mos en ambas entradas y de manera sim ultáne a un 1 lógico la salida no cambiaba y se mantenía en el estado anterior.

Sin embargo, en este nuevo circuito la com binación uno-u no en la entrada origina un uno en la salida, m ientra s qu e el ter m ina l SET y el de RESET mantienen su funcionalidad. La combi nación c ero-ce ro a la entrada no d ebe utilizarse, ya que no se garantiza ningún resultado a la salida.

El circuito Si observamos el esquema veremos que se utilizan las cuatro puertas del circuito inte grado, aunque lo que más destaca es la cone xión entre el terminal 4 de salida y el terminal 13 de entrada a otra puerta. Cuando no se acciona ning ún puls ado r las entradas están a 0, debido a la utilización de las resistencias de pull-down R1 y R2, y la salida, en teoría, puede toma r cualquier valor. (

LISTR DE MRTERIRLES Ul 

Circuito integrado R093

Rl. R3

Resistencia IOOK  imarrón. negro, amarillo)

R3

Resistencia RK7  íamarillo, violeta, mió)

Cl

Condensador 100 nF  

LED R

Diodo LED rojo 5 mm

(Bogo t a i (básica Conexión el  resto del  laboratorio.

Si se acciona el pulsador P1 se aplica un 1 en la entra da de SET, ter m in ale s 1 y 2 de la puerta U1A, mientras que si se pulsa P2 se aplica un 1 a la entrad a de la pu erta U1C, ter  mina les 8 y 9 del in te gr a do 4093, y la salida pasa a ser 1.

Tabla de verdad La tabla de verdad de este circuito es muy parecida a la de un biestable, con la diferen cia que a la posición 1-1 le corresponde la salida 1. El pulsador Pl  es el de SET.

P1(S) 1 0 1 0

El pulsador P3 es el de RESET.

P2(R) 0 1 1 0

OUT 1 0 1 X

Esta tabla se comprobará una vez montado el circuito. El pulsador P1 es el de SET, y al pul sarlo conseguimos un uno en la salida. El pul sador P2 es de RESET, y presionándolo conse guimos un 0 en la salida. Pulsando P1 y P2, la salida es 1.

Montaje El montaje es bastante sencillo, pero hay que realizarlo con atención para no cometer errores. Debemos cuidar la posición del cir cuito integra do y la polaridad del LED, sin o lvi darnos de conectar la alimen tación del circ uito integrad o, term inal 15, al pos itivo, y el term inal 7 al negativo. La alim en tació n pue de ser de 5 ó 9 V, y el condensador C1 es un filtro de ali mentación. Los pulsadores P1 y P2 se conectan con un la tiguillo terminad o en dos conectores de cuatro terminales utilizando los muelles 9 al 12. El experimento Una vez alimentado el circuito se accionan los pulsadores para comprobar la tabla de ver dad, teniendo en cuenta que si se pulsa se co rres po nd e con un 1 y si no con un 0. La salida 0 se indica con el LED apagado, mientras que la salida 1 se señala media nte la ilum ina ció n del LED.

iogotaO feásDca

c

¡o ) Generador de audio

El timer 555 puede usarse para construir un oscilador que trabaje en frecuencias comprendidas dentro del espectro audible.

El circuito El circuitoes m uyco noc idoyaq uee sel que recom ienda el fabricante de l 555 para cons truir osciladores astables. Una de las resistencias que determina la frecuencia es R1, mientras que la otra está form ada po r la suma de la resis tencia R2y el valor que en ese mom ento d ete r mine la posición del cursordel potenciómetro POT 1. Lafórmulaque utilizamos paradeterminarla frecuencia de la señal de salida es: f = 1,44/(R1 +2R2 + 2POT1)C Pero para aplicarla correctamente la resis tencia debe expresarse en ohmios y la capaci dad en faradios, de manera que el valor de la fre  cuencia se obtenga en hercios. Recordemos que el otro componente que determina la fre-

Esquema del circuito.

  ~    "    T

55 1

3

UDogottaB feásoca Conexionado del latiguillo en 5PERKER  IN.

El otro extremo del latiguillo se conecta a 1-2.

Cableado del  entorno de la  plac a.

Con el   po ten ció me tro se modifica la frecuencia de salida.

cuencia es el condensador C2. Si aumentamos su valor, baja la frecuencia. Con los valores usados en el esquema se logra n unas frecuen cias de e ntre 350 y 12.000 Hz en los extremos del po tenc ióm etro. Girand o el mando de POT1 puede obtenerse cua lquierfrecuencia comprendida entre éstas, todas ellas com pren dida s en la banda aud ible. En la salida del circuito se intercala una resistencia R3 para limitar la corriente de salida del mismo, y se envía suficiente señal al altavoz para compro bar que fun cion a el circu ito y el nivel acústico es bajo; tenga en cuenta que aún no estamos utilizando el amplificador. Si lo desea puede red uc ir el valor de la resistencia R3, pero en nin  gún caso debe ser menor de 100 Q.

Montaje El mon tajed e los com pone ntes en laplacase realiza de la manera habitual, teniendo en cuenta la orientación del circuito integrado y qu ee l cond ens ado rCI es electrolítico. La cone xión al altavoz se realiza mediante un latiguillo de dos conductores conectado a SPEAKER IN, llevando el otro extremo a los conectores auxi liares de los muelles, por ejemplo al 1-2, de manera que tendremos preparadas las cone xio nes de altavoz en los mue lles 1 y 2. Elay que conectar la alimentación en los terminalesl y8de l integradoy laalimentacióngene ral, que pu ede s er5 ó 9 voltios indistintamente. El experimento Después de revisar tod o el trabajo de m on  taje se coloca el mando del potenciómetro POT1 aproximadamente hacia la mitad de su recorrido y se conecta la alimentación, enton ces debe oírse una señal continua en el altavoz, pudiendo oír, si giramos el mando del poten cióm etro, cóm o cambia la frecue ncia de la señal de salida. LISTR DE MRTERIRLES

Experimento completo.

rrrsrn

Ul 

Circuito integrado 555 

Rl, R2 

Resistencia IK8 (marrón, gris, roioí 

R3

Resistencia 1K Imarrón, negro, rojal 

a

Condensador 10 pF ele ctrolítico

C2

Condensador 100 nF  

C3

Condensador 22 nF  

iogoíal] feásoca (^Generador de efectos sonoros^) ste circuito es básicamente un generador de audio de frecuencia ajustable con potenciómetro, además de otro oscilador que modula al primero.

El circuito El circuito oscilador principal ya ha sido utilizadoen mú ltiplesoca sionesyno es necesario explica r más su fun cion am ien to, está basado en un circuito integrado 555 configurado como astable y cuya frecuen cia de oscilación se puede cambiar modificando la posición del cursordel potenciómetro POT1. La novedad más desta cada es la utilización de la entrada de modula ción de este circuito integrado. Esta entrada de modulación se utiliza para aplicarle una tensión cuyo nivel cambia perió dicamente, ya que se conecta a la salida de un oscilador astable, basado en la puerta U1A de un 4093 y que trabaja a una frecuencia mucho más baja que el anterior. La frecuencia de este último oscilador depende de los valores de la resistencia R1 y del condensador C2.

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Componentes en la placa de  pro tot ipos.

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Cableado de la placa.

Esquema del  circuito.

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56 i

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 ©ogoíaO básoca La entrada de audio se lleva a los muelles 13 y N.

Conexión a la entrada RUDIO IN.

FREO

AUDIO ^

El volumen se sitúa cerca del mínimo antes de conectar la alimentación.

Cambiando CE  a IDO nF se obtiene otro efecto sonoro.

Experimento completo.

Montaje El montaje de los componentes en la placa se realiza de la manera habitual, teniendo en cuenta la orientación de los circuitos integrados U1 y U2, y la polaridad de los condensadores electrolíticos C1 y C3, sin olvidarnos de las alimentaciones de los circuitos integrados. La conexión a la entrada de audio se realiza mediante un latiguillo de dos con ductores con ectado a la entrada de audio AU DIO IN, respetando el orden de colores indicado en las fotografías. Este cable se lleva a las conexiones 13, cable rojo, y 14, cable negro, de manera que la entrada de audio se encuentra disponible en el muelle 13 y su negativo c orrespondiente en el 14. Hay que asegu rarse que los dos puentes estén colo cados en sentido horizontal en AUDIO OUT, para que el altavoz esté conectado a la salida del am pli ficador. La alimentación d ebe ser de 5 voltios. El experimento Una vez realizado todo el mo ntaje y antes de conectar la alimentación debe ponerse el mando de volumen al mínimo. Una vez que la alimentación llega al circuito, se conecta el amplificador, actuando sobre AUDIO ON, de manera que al girar el potenciómetro, y al com ienz o de su recorrido , debe oírse un sonid o agudo realmente mo lesto cuya frecuencia cam bia al cabo de uno o dos segundos. Variantes Se recomienda comenzar cambiando el con densador C2 por otro de 100 nF, aunque también puede m antenerse C2 de 10 pF e ir aume ntando el valorde la resistencia R2 para ver si afecta al so nido obtenido. Todos estos efectos sonoros pueden obtenerse también utilizando el potenciómetro, pero teniendo cuidado de no excederse con el mando de volumen para no destruir el amplifica do r o el altavoz, y para no acabar con la paciencia de nuestros familiares y vecinos, ya que el so nido obten ido puede ser realmente molesto, como tie  nen que ser los sonidos que se utilizan para avisos de peligro, ya que no deben pasar desapercibidos. USTR DE Ul  US Rl RE, RQ R3 R5 C1 CE.C3 C9

MRTERIRLES Circuito integrada y093 Circuito integrado 555   Resistencia IM 1marrón, negro, verde1 Resistencia IK8 imarrón, gris, ro/ol  Resistencia 330K inarania, naran/a, amari/lol  Resistencia 100K 1marrón, negro, amarillo1 Condensador lOOnF   Condensador 10 pF. electro lítico Condensador EE nF 

©ogotafl biseca ^~Rviso acústico temporizado^) La función de este circuito es emitir un aviso acústico durante un período de tiempo determinado.

El circuito Este circuito se divide en tres partes: un mon oestable form ado con dos puertas ÑOR, un osc ilado r de audio basado en un 555 y un am pli ficado r de audio. El circuito monoestable se dispara por medio del pulsador Pl, que al accionarse pone un nivel alto en la entrada, terminal 1 de la puerta U1A. La duración de la temporización depende de los valores de la resistencia R2 y del cond ens ado r C2, el tiem po a umenta cuando aum enta el valor de al menos uno de estos componentes. La salida de este monoesta ble se aplica a la entrada de control del 555, terminal 4; cuando este terminal está a nivel bajo el 555 no oscila, el dio do LED se ilum ina cuando lasalidadel monoestable estáa nivel alto. El oscilado r de aud io está form ado po r un 555 configurado como astable, cuya frecuencia se

"tK,Componentes en la placa de  pro tpt ipps .

......... ij...

Esquema del  circuito.

UDogotaO (básoca Conexión entre el  generador y el  amplificador.

puede variar moviendo el cursor del po tenció m etro POT 1. La salida de este osc ilad or se lleva hasta la entrada del amplificador de audio para am plifica rla y pode r escucharla a través del alta voz del laboratorio.

Montaje

Conexión del   pu lsad or Pl.

Control de volumen.

El montaje de los comp onentes comienza po r la inserción de los dos circuitos integrados en la placa de pro totipo s, y contin úa con el resto de los componentes, respetando la polaridad del LED. Después se instalan los cables de in terco nexió n, incluyendo las alimentaciones de los circuitos integrados. La cone xión a la entr ada de AU DIO IN se realiza conectando un latiguillo de dos con ductores entre esta entrada y los conectores 9 y 10, que corresponden a los muelles del mismo nombre; debemos fijarnos en los colores de los cables, para colocarlos tal y co mo se muestra en las fotografías. Es necesario comprobar que hay dos puentes conectados en sentido horizo ntal en  AUDIO OUT, ya q ue es la form a de conectar el altavoz a la salida del amplificador. La alim enta ción deb e ser de 5 voltios, pero antes de co necta r este cable se revisaráel trabajo real izado por completo.

El experimento

Cambiando R3 a IOOK  reducimos el  tiempo.

U na vez hecho el mo ntaje, y antes de con ec tar la alimentación, pondremos el mando del volumen muy cerca del mínimo, y el potenció metro POT 1 aproximadamente en la mitad de su recorrido. Unavezconectada laalimentación al circuito debemos conectar el amplificador, actuando sobre AUDIO ON. Al pulsar P1 se debe oír un sonido en el amplificador, cuyo volumen se ajusta con el potenciómetro de volumen y su frecuencia con POT 1. El sonido cesará al cabo de cierto tiempo.

Variantes Se recomienda cambiar la resistencia R2 de 1M po r otra de 100K; de esta manera la tem po rización será menor. Experimento completo.

LI5TÑ DE MRTERIRLES U1 Circuito integrado POOI   U3 Circuito Integrado 555   Ri. R3 Resistencia IM /marrón, negro, verde) R3. RB Resistencia PK7 /amarillo, violeta, ro¡o) RP  Resistencia 1K8 ¡marrón, gris, rojo) RB Resistencia IOOK /marrón. negro, amarillo) Cl, C3 Condensador 100 nF  C3 Condensador 10 pF electrolítico CP  Condensador 33 nF 

-■L

5 8

Digital Ibásóca

c

Pulsador con aviso acústico  jstico

Este circuito emite un breve aviso acústico cada vez que se acciona el pulsador que hace avanzar el contador. Esta aplicación nos recuerda los equipos utilizados para organizar las colas de espera en establecimientos comerciales o en algunas oficinas.

pulso d eterm ina la dura ción d el aviso, yaqu e se emplea para habilitar el funcio nam iento del c ir cui to de aviso acústico. La señal de aviso acústico se genera con U2, que es un 555 configurado como astable, la fre cuencia de la señal de salida de este circuito se ajusta con POT1. Este circuito se activa cuando su terminal 4 pasa a nivel alto, y esto sucede cuando lasalida del monoe stable está a nivel alto.

El circuito Si observa el circuito comprobará que todas sus partes ya son conocidas, en la parte supe rior está el circ uito de co ntrol del contad or y en la inferior el resto del circuito. Las puertas U1Ay U1B forman un monoes table que se dispara con el pulsador P1, su salida se usa para hacer avanzar el contad or, aplica ndo un pulso en su entrada de reloj. La duración del r

' T R5

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270K 5

 

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> 220K

OUTPUT DG01 w m m• / • • •

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I "i  Componentes en le pisca de  pro tot ipos.

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Espuems del circuito.

Cableado interno de la placa.

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58

©agofaO feásoca Conexión a los  pu lsa dores y  al am plificador  de audio.

Conexión ai  contador.

Las placas DGOy y DG05  con ios  pu en tes p ara 5 V.

La señal de audio se aplica a la entrada del am plificador de audio para amplificarla y que pueda oírse en el altavoz del laboratorio.

Montaje El montaje de esta práctica es fácil, a pesar de lo extenso que resulta el esquema, ya que el contador y el amplificador de audio están montados de manera permanente en el labo ratorio. Las conexiones a los pulsadores P1 y P2, a los que se le asignan las funciones de avance del co nta do r y de pue sta a cero, se rea liza con un cable de cuatro conductores entre los conectores P1/P2 de los pulsadores y los 13 a 16 que terminan en los cuatro muelles del mismo nombre. La conexión a la entrada del amplificador se realiza con un cable de dos conductores, pero respetando el orden de conexión, sin intercambiar los colores rojo y negro. La conexión al contador se realiza con el latiguillo de cuatro conductores terminado en hilos sueltos, de los cuales sólo utilizamos el rojo y el negro; los puentes de las placas de alimen tación del conta dor DG04y DC05 deben estar configurados para que la alimentación sea de 5 V. La alimentación de la placa de pro totipos debe ser de 5 V.

El experimento

RE determina la duración del aviso.

Una vez revisado el circ uito se pone cerca del mínim o el mando de volumen del amplificador de audio y se conecta prim ero su alimentación,  AUDIO ON; después cone ctarem os la a lim en tación del resto de los circuitos.  Al pu lsar P1 avanzará el conta dor oire m os un sonido de aviso, cuya duración puede modificarse variando el valor de resistencia elegido para R2, o eligiendo otro valor para el con den sad or C2. La frecu enc ia de la señal de salida se ajusta con P OT 1. El con tad or se pone a cero con P2.

USTR DE MRTERIRLES Experimento completo.

Ul  US Rl  RE, FtS Rd  RB Cl, C3 CE  cy 

Circuito Integrado yOOl  Circuito integrado 555  Resistencia !M imarrón. negro, verdal  Resistencia IOOK imarrón, negro, amarillo1 Resistencia IKB imarrón. gris, rojol  Resistencia yK7 (amarillo, violeta, rojal  Condensador 100 nF  Condensador 10 pF. electrolítico Condensador SE nF 

k 

iogoíaO feásoca (  Prueba del generador de pulsos En este circuito realizaremos el montaje de un divisor por 2 y por 4 que nos permitirá probar el funcionamiento del generador de pulsos.

El circuito Este circuito , m ontad o en la placa de p ro to ti pos, consiste en dos divisores por 2 conectados en cascada, de manera que tenemos tres seña les, la original, la original dividida por dos y la misma dividida por cuatro. Se utilizan los dos biestables del circuito integra do4027configura dos com o biestables tipo T, al ten er unidas entre sí sus entradas J y K. La salida del ge nera dor de pulsos se obtiene en , el conector PULSE OUT, donde el terminal mar cado con el pu nto rojo es el activo, mientras que la masa corresponde al negro. Esta señal se lleva,

median te un la tiguillo de cable term inad o en dos conectores hembra, hasta los muelles 13 y 14, y desde estos a la entrada de r eloj del biestable U1 A, acuyasalidaobtendremoslafrecuencia mitad, F/2, mientras que a la salida del otro biestable, U1B, ten drem os F/4. Portanto, se obt ienen tres señales que pueden aplicarse a la entrada de reloj del conta dor, y a la entrada del amplificador de audio de manera inde pendie nte, es decir, puede aplicarse la misma frecuencia simultáneam ente al conta dor y a la entrada de audio, o frecuencias diferentes. Una vez visto el circuito , veamos cóm o se rea liza el experimento.

. . . .

 

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Componentes en la placa de  pre toti pos .

Vista parcial deI cableado.

L Espuema eléctrico

aT a a (ir a *

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D i g i t a l

b á s i c a

Montaje y prueba Conexiones de eudio; hay  Que respetar  los colores mió y negro.

N PULSE TEST 1

FR

Conexión a la salida del  generador de  pul sos .

Puente en  xlOO, par a la s -mm frecuencias más altas.

Las frecuencias más bajas con x O. /.

Experimento completo.

Con todas las alimentaciones desconectadas, con m uta do r en EXT, sin alim enta dor conectad o y todo s los interru ptor es del panel supe rior apa gados empezarem os a mo ntar los com ponente s de la manera habitual, sin olvidar la alimenta ción del c ircu ito integrado, que ha de ser de 5 voltios. Mediante un latiguillo terminado en dos conec tores llevaremos la señal de salida del gene rad or de pulsos hasta los muelles 13 y 14, usando otro latiguillo similar para llevar hasta la entrada de audio, AUDIO IN, las señales disponibles en la placa de prototipos, y conectando, por ejem plo, tal y co mo se ve en el esquema, F a la entrada de audio y F/4 a la entrada del contador. Hay que tene r en cuenta que si la frecu encia es muy baja podrá verse fácilmente el avance del contador, pero no habrá audio, salvo un breve chasquido, sin embargo, en el caso con tra rio , si la frec uenci a es muy alta habrá un señal fácilmente audible, pero será imposible seguir al co nt ad or y parecerá que los segmen tos están iluminados de manera permanente.  Antes de pon er la alim entac ión hay que con ec tar la entrada de reloj del con tador y colocar los puentes de alimentación de las placas DG04 y DG05, los cuales estarán en sen tido hor izon tal en  AUDIO OUT, sin olvida r el puen te en x 100. El potenciómetro de volumen se situará cerca del mínimo y el de FREQUENCY aproxi madamente hacia la mitad de su recorrido. Una vez que hemos compro bado que tod o el mon taje es correc to conectamos la alimen tación al labo rato rio, med iante el mue lle de5 V, y damos alimentación con PUFSE ON y AUDIO ON. Entonces escucharemos un sonido en el altavoz y los segmentos del contador deben verse ilu minados, aunque no podamos seguirlos; girando el m ando de FREQUENCY cambiará el sonid o. Si cambiamos el puente a x 0,1, el sonido cesará, pero el contador avanzará lentamente; debe m ostenerencuentasi laconexiónde reloj se hizo a F/2 o F/4. Contando pulsos y con un cronómetro en la mano puede medirse la fre cuencia, a cada cambio del puente la frecuen cia se m ultip lica po r 10. U5TR DE MRTEFURLES Ul Rl Cl

Circuito Integrado 37  Resiste ncia IOOK Imarrón. negro, amarill oI  Condensador lOOnF 

iogoíaD íbisoca

c

Generador de dos frecuencias

Este circuito genera una señal de dos tonos. Se basa en un generador de frecuencia fija, al que se modifica mediante otro circuito uno de sus parámetros para obtener así la segunda frecuencia. conecta otro condensador C2 en paralelo con el ante rior. De esta manera se cons igue n las dos frecuencias. El cambio de frecuencia se logra utilizando com o señal de control el pulso prod ucid o en el generador de pulsos del laboratorio, que se ob tie ne en la salida PULSE OUT; esta señal se divide por dos con un biestable tipo T, form ado por uno de los astables del 4027; de esta manera, a la salida de este biestable, terminal 1 del 4027, se logra una señal con un cic lo de salida del 50%, es decir, es una señal pu lsan te que está el mis mo tiem po a nivel bajo que a nivel alto.

El circuito El circuito realmente es bastante grande, pero al utilizar las posibilidades del labo ratorio necesita muy pocos comp onen tes instalados en la placa de prototipos. Observemos detenidamente el esquema paracom prenderelfuncionam ientodel mismo. El circuito básico es un conocido oscilador astable form ado por la puerta U2A del circuito integrado 4093; cuando el transistor Q1 está al corte lafrecue nciade oscilación depende de los valores de la resistencia R2 y de C3, la frecuen cia baja cuando este transisto r conduce , ya que

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AUDIO

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DG16 PULSE our 4

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Componentes en la placa de  pro tot ipos.

>R > <’ 4K 7

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22nF

i

C3

R4

22nF

47K

BC547

0V

 © Cableado de la placa.

L

y Espuema eléctrico.

6 0

UDogotaO feásoca Conexión a PULSE OUT.

Conexión a fíUDIO IN.

Vista general  dei cableado.

Cambiando el   puen te, se obtienen obtienen o tros sonidos.

Montaje  An  A n te s de c o m e n z a r el m o n ta je hay qu e comprobar que todas las alimentaciones están desconectadas, para lo cual lo más segu ro es pone r el co nm uta do r en EX EXT y des conectar cua lquier alimen tador exterior. Una Una vez colocados los los com pon ente s en la placa placa de de prototipos, de la manera habitual, prosegui mos con el conexionado. Con un latiguillo terminado en dos conectore s se lleva lleva la seña señall de salida del gen erad or de pulsos hasta los conectores correspon dientes a los muelles 13 y 14, el cable rojo al 13 y el otro al 14. Con un latiguillo similar lle vamos la salida del generador construido hasta la entrada de audio, AUDIO In, utili zando para ello las conexiones correspon dientes a los muelles 9 y 10, cable rojo al 9 y cable ne gro al 10. Tanto el el con ec tor AU D IO IN com o el PUL PULSE OU T tien tien en marcados sus te r minales con dos puntos, uno rojo y otro negro, que deben co incid ir con el el color de los cables. En la salida de AU D IO OUTySPEAKER habrá dos puentes conectados en posición horizontal. El puente del selector de banda del gene rad or de pulsos se pon drá en X1 X1, aunq ue des pués puede experimentarse en otras posicio nes. El mando de volumen debe estar cerca del mínimo y el del generador de pulsos aproxi madamente hacia la mitad de su recorrido.

Prueba Una vez vez que comprobado que todo el mo n taje está está correctame nte realizado se conecta la alim entació n al labora torio, y se se da da alime n tación a los circuitos auxiliares utilizados con PULSE ON y AU D IO ON. Se debe escu char un sonido en el altavoz, que cambiará al actuar sobre el mando FREQUENCY. . .. .

Vista del  experimento completo.

..

USTR DE MRTERIRLES Ul UE RI.RE  R3 RR C CE. C3

Circuito integr ado QO QOE7   Circuito integr ado R093 Resiste ncia RK7 RK7 1amaril lo. violeta, ro/ol l  Resiste Res iste ncia IOOK IOOK 1marró n. negro, am arillo1 aril lo1 Resi Resist sten enci cia a R7 R7K tama tamarl rlllllo. o. vio viole leta ta,, nara naranj nja a1 Condensador 100 nF   Cond Conden ensa sado dorr EE nF 

,

iigotaO (básoca (~Tempor¡zador (~Tempor¡zador can control control acústico acú stico J ) Al conectar el circuito se emite de manera continuada un aviso acústico, cuyo sonido se modifica notoriamente cuando se activa.

El circuito En algunas ocasiones es es muy in teresante teresant e monim onitorizar de manera acústica que un circuito está conectado, por ejemplo, en el caso de una máquina cuyo uso pueda implicar peligro, nada más más conectar la alime ntación el circui to em ite un sonido, que podemos seleccionar, en este caso, con el gen erado r de tonos, escuchándose, según según lafrec uenc iaeleg ida, desde un simple "clac, "clac, clac" clac" hasta un pitido agudo; sin embargo, cuando se accionael pulsa dor P1 P1 comienz a latemp orizac ión del m onostab le y el el son ido cambia claramente. claramente. El fun cion am ient o del circuito se puede entender fác ilm en te ex plicand o cada cada una de sus sus partes partes.. Comenzamos por el monostable, que tal como puede verse en el esquema está basado en un circuito integrado 55 555 configu rado c omo monostable; el tiempo de activación después del disparo, que se realiza con el pulsador P1, está está determ inado por la capacidad capacidad del cond en sador C3 y la resistencia qu e r esulta de sum ar la de R2 y la que corresponda al potenciómetro.

Componentes en le pleca de  pro tot ipo s.

Cableada de la placa.

La puerta U1C se se utiliza com o o scilad or astaastable para generar la señal de aviso cuando el mo nosta ble está está activado, y este este oscilado r sólo se activa y emite este aviso cua nd o el niv el en el terminal 8 de U1 es alto, lo cual únicamente sucede cuando el monostable está activado.

Esquema eléctrico.

IBogoíaO básica Conexión a PULSE OUT.

Conexión a RUDIO IN.

El oscila dor q ue genera el aviso de que el cir cu ito está conec tado, p ero no activado, se se tom a del gen era dor de ton os del labor ato rioy se se llev lleva a a la la entrada del gene rado r de aud io a través través de la puerta U1B. Dicha puerta deja pasar la señal cuando su otra entrada está a nivel alto, termi nal nal 6; 6; obse rvan do esta entrada verem os que está está conectada a la puerta U1A como inversora, de tal tal maneraq uecua ndo lasalidadel monostable monostable está a nivel bajo, esta puerta invierte el nivel dan do un n ivel alto a su salid salida, a, que se utiliza para para que la puerta U1B deje pasar la señal de audio hacia el amplificador.

Montaje

Vista general  de! cableado.

Cambiando RE  varía la temporización.

El montaje se realiza de la manera habitual, colocando ordenadamente los componentes en la placa de prototipos, realizando el cable ado, ado, y repasando tod o el trabajo antes de conec tar el cable de alim enta ción al m uelle de 5 V. La salida del generador de pulsos se toma de PULSE OUT, utilizan do un la tig uillo te rm i nado en dos conectores para llevarla a los muelles 1 y 2. La señal de salida de audio se lleva con un cable de dos dos conduc tores a la entrada del am pli ficado r de audio, AU DIO IN, IN, en este este cas caso o u tili zamos los m uelles 5 y 6. 6. El pulsador se conecta con un latiguillo de cuatro conductores, pero sólo utilizamos dos de ellos. También deben estar conectados dos puentes en posición horizontal entre la salida  AU  A U D IO O UT y SPEA SPEAK KER. ER. El mando del volumen debe estar cerca del mínimo.

Prueba Una vez que se ha comprobado todo se conecta la alime ntación al laboratorio , y se se da ali men tación tació n a los los circuito s utilizados util izados con PUL PULSE ON y con AUD IO ON. Se debe debe escuchar escuchar un son ido en el altavoz, que se ajusta con FREQUENCY, al pul sar P1 aparece un sonido continuo.

Vista del  experimento completo.

USTR DE MRTERIRLE5  Ul  Circuito Integrado 9093 UE  Circuito integrado 555  Rl, RE  Resistencia IOOK Imarrón. negro, amarillol  R3 Resi Resist sten enci cia a QK QK7 (ama (amari rillllo o, viol viole eta, ta, roi roio o¡ RR. RS Resistenci Resistencia a 97K 97K (amaril (amarillo, lo, viole violeta, ta, naranjal  naranjal  Cl. CP Conde onden nsado sadorr EE nF  Condensador 100 100 nF  CE  C3 Condensador 10 pF, pF, electro lítico

Digital bisoca ^"control de LED en serie J) La misma corriente puede utilizarse para iluminar varios LED conectados en serie.

El circuito Este circ ui to util iza una de las ventajas de los LED, la misma corriente puede atravesar varios LEDy ob ten er una ilumin ació n mayor, sin nece sidad de exigir una mayor entrega de corriente al dispositivo que los controla, la condición necesaria es disponer de un nivel de tensión suficiente para compensar la caída de tensión en los LED. El circuito es conocido, se trata de un osci lador astable construido con una puerta del 4093 y un biestable tipo T de un circuito inte grado 4027

LE D 5

LE DS

LED7

_L LED6

LED12

Esquema eléctrico.

Componentes en la placa de  prot otip os.

Cableada de la placa.

662 .

©ogotaO feásoca Montaje Puentes en cátodos de tercera fila de LED.

Rllmentación de positivo al  mu ell e V.

El montaje de componentes en la placa no es necesario explicarlo por su sencillez. La con exió n de los LED en serie se realiza con faci lidad utilizando un latiguillo de 4 conductores conectado entre los ánodos de la fila 3 de la m atr izd e LED y los cátodos de la fila 2, tenie nd o en cuenta que son los terminales más próxi mos a los LED. También se conectan de la misma manera los ánodos de la fila 2 con los cátodos de la fila 1 y, finalmente, con un cable de cuatro conductores se unen los ánodos de la prim era fila de LED con los con ecto res de los mu elles 1 al 16. Hay que co loca r cuatro pu en  tes en tre los cátodos de la terce ra fila de LED y los termina les del negativo, que se encuen tran en el mismo conector.

Prueba

Potenciómetro, controla la ten sión en V.

Conexionado de los LED.

Vista del  experimento completo.

Una vez que se ha comprobado todo se cone cta el positivo de la alim ent ació n de la placa de prototipos al terminal V, a un alimentador exterior, unos 12 a 14 voltios de continua, y pone mos el conm utad or POWER a ON, d ejando el resto de conmutadores del panel supe riore n OFF. El conmutador de alimentación se pasa a EXT; en este ex pe rim en to no se utiliza n las pilas, por tanto ni siquiera es necesario que estén colocadas. El m and o de VOLTS debe e star al m ínim o, y lo iremos girando de tal manera que aum ente la tensión. Aunque los circuitos CMOS pue den estar funcio na nd o ya a pa rtir de los 4 vo l tios, los LED no se iluminan hasta que se supera la caída de ten sión en los mism os y esto sucederá a par tir de unos 10 voltios . Se enc en derán de manera alternativa las filas 1 y 3 o las 2 y 4. La frecuencia de oscilación se cambia va riando el valor de la resistencia R3 o del con den sado r C1.

LI5TP DE MRTERIRLE5  Ul U2 RI. R2 R3 CI  C3

Circuito integrado P027   Circuito integrado Q093 Resistencia IK8 (marrón, gris, rojal  Resistencia 330K (naranja, naranja, amarillo1 Condensador 10 pF electrolítico Condensador 100 nF 

Digital Ebásoca ^"indicador de bajada de tensión J) Este circuito puede usarse para obtener un aviso de bajada de tensión, por ejemplo, cuando se produce la descarga de baterías. El circuito Para estudiar el funcionamiento de este cir cu ito vamos a centrarnos, de m om ento , sólo en los siguientes componentes: los LED A y B, la resistencia R1 y la puerta U1A. Imaginemos que retiramos los diodos LED Ay B, mientras que la resistencia R1 mantiene el nivel ce ro en la entrada de la puerta U1A, que al tene r uni das entre sí sus dos entradas funcionará como puer ta inversora, y por tanto su salida estará a nivel alto. Por otra parte paraqu e circule cor riente por los LED hace falta superar su um bral de tensión, y ade más para que la tensión en la entrada de la puerta U1A sea considerada un 1, tiene que superar determinada tensión, cuyo nivel, para más com plicación, depend e de latensión de alimentación. En resumen, como el áno do del primer LED está directamente conectado a la tensión de alimenta ción, cuando esta tensión supera cierto nivel, los LED

Distribución de componentes en la placa de  pro tot ipos.

Cableado interno de la  placa.

:::::

¿ ■

conducen, y cuando en la resistencia R1 caeu natensión suficiente para que en la entrada de la puerta haya un 1, su salida pasará a nivel 0, y al contrario, si el nivel es insuficiente la entrada será 0 y la salida 1.

Espuema eléctrico.

ODogotaB

Puentes en los cátodos de la tercera fila de LED.

Conmutador  en EXT y   po sit ivo de alimentación a V.

La tensión debe superar  los 10 V.

Detalle del  conexionado.

Laboratorio con el  experimento completo.

b i s e c a

Veamos el resto del circuito. Cu an do la salida de la pue rta U1B es 1, se ilu  minan los LED 9y 10, que en este caso señalizan el func iona m iento norm al del equipo, cuya ten  sión de alimen tación estamos vigilando. Cua ndo la tensión de alimen tación desciende po r deba jo de un ci erto va lor la salida de la puerta U1A pasa a nivel alto, y el oscilad or form ad o con la puerta U1C se activa, y como su salida está conectad a al amp lifica do r de audio, se escuchará una señal acústica de aviso, además de ilumi narse los LED 11 y 12, apagándose los LED 9 y 10. Debemos destacar en este esquema la presenciade l conde nsador C3, el cual es muy im por  tante en este circuito, ya que utilizamos una ali mentación diferente para el amplificador de audio, 5 V, y otra alta, hasta 12 V, y variable, para el circuito montado en la placa de prototipos. Este cond ensado r separa la com pon ente co ntinua de ambos circuitos y sólo deja pasar la com pon ente alterna que contien e la inform ación del sonido. M on taje y prueba El montaje no se explica, ya que se realiza de la manera habitual, en cuanto a la prueba hay que indicar que es necesario conectar un alimen tador exterior, que al m enos sea capaz de entre gar 10 V de tensión. El conm utado r de alimentación debe estar en posic ión EXT y por tanto no se necesitan las pilas, el con muta do r de POWER debe estar en ON, así como el de AUDIO, y la tensión de ali mentación con el mando VOLTS entre 10 y ^ v o l  tios. En estas condiciones los LED 9 y 10 se ilumi nan y el resto están apagados, si se va bajando la tensió n se puede observar que aproximad amente a unos 6,5 voltios se iluminan los LED 11 y 12, se apagan los 9 y 10, y se escucha un aviso acústico cuyo nivel se ajusta con el pote ncióm etro de volu  men. El aviso se mantiene aunque la tensión siga bajando, mientras el integrado pueda funcionar; algunos func iona n inc luso con unos 3,5 voltios. Pero si vamos sub iend o la tensión , obse rvare mos que el aviso de tensión baja perman ece hasta que se superan ap roxima damente los 7,5 voltios. USTR DE MRTERIRLES Ul  Rl R3. R3 RQ. RE  RS C1.C3 C3

Circuito integrado Ó093 Resistencia 1M 1marrón. negro, verdel  Res istencia 1KB 1marró n. gris, roi ol  Resistencia ÓK7 lamarlllo. violeta, roiol  Resistencia Ó7K ¡amarillo, violeta, naran/al  Condensador IOO nF  Condensador 33 nF 

L

Digital básoca (^Temporizador doble Este circuito se utiliza para emitir un sonido durante cierto tiempo, transcurrido el cual el sonido cambia. Una de las aplicaciones podría avisar a los invidentes, por ejemplo, de que el semáforo está abierto, mientras que el segundo sonido informa de que el tiempo se acaba y el semáforo se va a cerrar. El circuito  A unque el cir cuit o com ple to es nu ev o puede dividirse en partes que ya son co no ci das. Las puertas U1A y U1B, en unión del con den sad or C2 y de la resistenc ia R2, form an un temporizador monoestable. La salida, que en reposo está a nivel bajo, se activa, pasando a nivel alto ; cuando su term ina l 1 se pone mo me ntánea me nte a nivel alto, este nivel alto se obtie ne a ccionando el pu lsad orP I. La salida de este monoestable se utiliza para activar el oscilador astable formado alrededor de la puerta NAND U2A, su salida se lleva a través de un diodo a la entrada del amplificador de aud io, A UD IO IN. La resistencia R5 y la R7 fo r man un d ivisor de tensió n q ue atenúa la señal antes de ser aplicada al am plifica do r de audio.

Componentes en la placa de  pre tot lpos.

Cableado interno de la  placa.

Si nos fijamos bien en el circuito, las puer tas U1C y U1D forma n un tem po rizad or m onoestable cuya salida, cuando está a nivel alto, activa otro oscilador, que en este caso incor-

 X 

ALOCO POWER  AUP

POT1

fe}

100K

r-@ P2 U2C

O

L

cLD-J Espuema eléctrico.

r 

iogotafl biseca Conexión de l   pulsa dor.

pora un poten cióm etro que nos perm ite mod i ficar la frecuencia del oscilador para obtener un sonido diferente al anterior. Esta señal se mezcla con la anterior a través del diodo D2, antes de aplicarse a la entrada del amplifica dor de audio.

Montaje

Conexión al  amplificador  de audio.

R/uste de la frecuencia.

Disparo del  circuito.

El montaje se realiza de la manera habitual, evitando intercambiar los dos circuitos inte grados entre sí, y cuidando especialmente la polaridad de los condensadores e lectrolíticos y los diodos. El cable de conexión a la entrada del am plificad or de audio debe ser conectado teniendo en cuenta sus colores, para ello podemos guiarnos por las fotografías. Sin embargo, en la conexión del pulsador no hay que tener en cuenta la polaridad. La alimenta ción de los dos integra dos es igual, el term inal 14 es el positivo y el 7 el negativo; el circuito se debe alimentar a 5 V.

Funcionamiento Una vez mon tado el circu ito podem os com  probar su funcionamiento. Hay que conectar la alimentación y poner en marcha el amplifi cador con AUDIO ON, situando el mando de volum en cerca del mínim o. Al accionar el pul sador se disparan los dos monoestable de manera simultánea, la puerta U1B permane cerá a nivel alto más tiempo que la U1D, pues la resistencia R2 es mayor que la R3, y los con densadores son iguales. Estos últimos com ponentes son los que habrá que modificar para cada aplicación específica. Después de pulsar, los dos generadores de sonido fu nc io nan simultáneam ente, pe ro uno de ellos deja de fun cion ar antes que el otro.

USTR DE MRTERIRLE5 

Experimento completa.

Ul  UE  Hl. RE  R3 RR  R5 RB R7 c i. cd CE. C3 C5 DI. DE

Circuito integrado 9001 Circuito integrado 909 3 Resistencia IM (marrón, negro, verde1 Resistencia 330K inarania. naran/a. amarillo!  Resistencia 9K7 (amarillo, violeta, ro/ol  Resistencia IOOK lmarrón. negro, amarillo!  Resistencia IK8 Imarrón. gris, rojo!  Resistencia 97K (amarillo, violeta, naran/al  Condensador 100 n F   Condensador 10 pF electrolítico Condensador EE pF   Diodo IN9I98  

Digital básica (^Prueba del generador a cristal Con este sencillo circuito se prueba el generador de frecuencias fijas del laboratorio Este circuito, aunque no mide la frecuencia, sí permite observar cambios en la misma, ya que las frecuencias que se generan son todas audibles.

El circuito

C

La puerta U1A, conectada a la salida del cir cui to de l gene rado r a cristal, se utiliza para dis poner a su salida de una señal con los niveles lógico s de 0 y 5 voltio s, ya que la señal de salida directa del g enera dor esta afectada po r la caída de tensió n en los diodos, y podrí a darse el caso deq ue algunos circuitos no funcionasen correc tame nte. Al añadiresta pu erta se ob tien en en la salida los niveles de tensió n norm alizado s para este tipo de puertas. Si observamos la salida del circuito vemos que p uede cone ctarse una resistencia en serie, formad a po r R1 y el pote ncióm etro, y un co n densador paralelo, cuando se pulsa P1 o P2. Estos componentes forman un filtro paso/bajo, que nos permite recortar las frecuencias más altas de la señal. El circuito está diseñado para experimentar. Hay que record ar que una onda cuadrada no

Conexiones de le place.

es un tono puro, ya que además de la señal de lafrecuenciafundamental f, contiene otras que correspo nden a los armónicos impares supe riores, es decir: 3f, 5f, 7f, etc. La utilización de un filtr o paso/bajo permite atenuar en gran medida estas frecuencias y el oído aprecia importantes

Espuema eléctrico.

u

*V \

65

Digital básica Conexión de Ios  pul sad ore s.

cambios en el sonido, que son muy fáciles de comparar, ya que basta soltar el pulsador que conecta el condensado r, y el filtr o deja de actuar.

Montaje

FREQ

^

AUDIO

 /S rt 

Salida del  generador a crista!.

FREQ OUT

El montaje de esta práctica es rápido y se rea liza de la manera habitual, sin olvidarnos de ali men tar el circu ito integrado. La salida del gene rador a cristal, marcada com o FREQ OUT, se lleva mediante un cable de dos conductores a los con ecto res co rres pondient es a los muelles 1 y 2, de tai m anera queel cable rojo una la salida FREQ OUT, pu nto rojo, con la entrada de la puer ta U1 A. La salida del c irc uit o utiliz a los term inale s 9 y 10, que se conectan también con un cable de dos conductores a la entrada del amplificador  AUDIO IN. La cone xión de los pulsadores se rea liza con un cable de cuatro conductores y utili zando las conexiones de los muelles 13 a 16.

Funcionamiento Pulsando FREO UP se cambia de frecuencia.

Pulsando Pi o PB se conecta el filtro  paso /bajo .

Experimento completo.

Una vez comprobadas todas las conexiones se alimenta el circuito, con a l¡mentador exterior o con pilas. En el ú ltim o caso sólo se necesita el prime r portapilas, colocando el conm utado rde alimentación del panel principal en la posición BAT; en el caso de alimentar de la red hay que conectar el alimentad or y pon er el conm utado r anterior en EXT y el de POWER en ON, además de poner en ON el de FREQ y el de AUDIO. El mando de volumen del am plificador de audio se girará hasta cerca del mínimo, y el del POT 1 aproximadamente hacia la mitad de su recorrido.  Al co ne ctar la alim enta ción de be oírse un sonido en el amplificador, cuyo volumen puede ajustarse a voluntad del lector; podem os m od i ficar la frec ue ncia pulsa ndo en FREQ UP, obs er vándose que también cambia el LED iluminado y el sonido.  A continuació n re pe tim os la pru eba pul sando P1 o P2, haciendo funcionar un filtro paso/bajo que recorta las frecuencias más altas de la señal. Con el poten cióm etro POT1 se logra m od ifi car la frecuencia de corte del filtro. LISTR DE MRTERIRLE5  Ul RI RB C l C3 CB

Circuito integ rada ROO!  Resiste ncia RK7 Iamarillo, violeta, roio l  Resiste ncia IOOK Imarrón, negro, amarillo) Condensador 100 nF  Condensador BB nF 

Digital básica ^ P r u e b a de altavoces multimedia

y 

Con este circuito se demuestra una de las utilidades de los conectores auxiliares, la verificación de altavoces multimedia amplificados.

El circuito Si observa el esquema, especialmente la puerta U2B, podrá comprobar que se utiliza para construir un oscilador astable cuya fre cuencia puede modificarse accionando el mando del potenciómetro POT 1. La salida de este osc ilado r se lleva a dos puertas NAN D U2A y U2C, a su vez la salida de cada una de ellas, a través de un condensador, a los muelles 14y 15, y desde estos, mediante el sistema de conexio nes del lab ora tori o, hasta C1, don de se colocará un cone ctor de audio circular estéreo como los que hab itualm ente se em plea en las entradas y salidas de las placas de audio de los ordenado res y de los altavoces m ultim edia . Si nos fijamos de nuevo en el circuito vere mos el biestable tipo T, formado por uno de los biesta bles del 4027, el U1A. Este biestab le tien e dos salidas opuestas, es decir, cuando una está a nivel bajo, la otra está a nivel alto. El nivel de estas salidas cambia al ritmo que recibe pulsos

Componentes en le placa de  pro tot ipos.

Conexiones  pr óxim as a la  plac a.

de reloj en su entrada, terminal 3, los cuales se obtienen del generador de pulsos. Cada una de las dos salidas se utiliza para habilitar una de las puertas U2A y U2C, alterna-

66

U 1

"N

Digital básica Conexionado de los altavoces multimedia.

Conexión del  generador de  pu lsos.

Detalle del  montaje.

Con POT I se cambia la frecuencia de l  sonido.

Vista completa del  experimento.

tivamente, de tal manera que el sonido pasa, a través del conector, a uno u otro de los canales del sistema estéreo que pretende probarse.

Montaje El montaje de los componentes en la placa de circuito impreso es sencillo, ya que utiliza pocos componentes. El generador de pulsos se conecta con un cable de dos conductores entre la salida PULSE OUT y los conectores corre sp on die nte s a los mu elles 9 y 10. El cone c to r C1 m acho de cuatro term inales se conecta con un cable terminado en dos conectores de cuatro contactos entre este conector y el correspondiente a los muelles 13 al 16, aunque sólo se usan los tres p rimeros, y fina lme nte el sistema de altavoces amplificados se conecta con su cone ctor al jack circu lar marcado com o C1 en el panel principal del laboratorio. Hay que asegurarse de que se trata de un co ne ctor estéreo. Este circuito se alimenta a 5 voltios y la salida carece de componente continua, ya que se elimina al incorporar en la salida los conde nsad ores C4 y C5. Funcionamiento Una vez comprobadas todas las conexiones se coloca el mando del potenciómetro POT1 y el del generad or de pulsos aproxima damen te a la mitad de su reco rrido, y se coloca un pue nte en el gen erad or de pulsos, en una cualqu iera de sus cuatro posiciones. El volumen del equipo a probar debe estar muy bajo al comenzar la prueba, y el conmutador PULSE debe estar en ON para que reciba alimentación. Debe oírse un sonido de manera alternativa en cada altavoz, cuya frecuencia se ajusta con POT1. La cade ncia con que salta el so nid o d e un altavoz a otr o se aprecia m ejor c uanto más baja sea la frecu enc ia del gen erado r de pulsos, debe probar girando el mando de este generador y camb iando el puente de sitio LI5TÑ DE MRTERIRLES Ul UE RE  R3 CI C3 CP. C5 

Circuito integrado POE7   Circuito integrado P093 Resistencia IK8 ¡marrón. gris, rojo) R es is te nc ia 100K (marrón, negro, am a rill a1 Condensador 100 nF   Condensador BE nF  Condensador 10 pF, electrolítico

Digital básica ^Medida de frecuencia^) Con este circuito se pueden medir frecuencias de hasta 999 Hz. Se trata de un experimento donde sólo se presentan las dos cifras de la izquierda, debiendo añadir  un 0 a la derecha al valor leído en el display El circuito Si observa el esquema des cubr irá que todas sus partes son conocidas. Veamos cómo fun ciona el conjunto. En la parte superior del esquem a está el con tad or y si nos fijam os bien, un p oc o más abajo, están los pulsadores, P1 que pone a 0 el con tad or cada vez que se pulsa, y P2, que activa el monoestable formado con el 555, y cuya salida se conecta directamente a la entrada de una puerta NAND, referenciada como U2A. La función de esta puerta es dejar pasar los pulsos qu e recibe p or su entrada (term inal 1 del 4093) sólo cuando su otro terminal está a nivel alto, y esto únicamente sucede cuando el bies table está activado.

Componentes en la placa de  pro tot ipos.

Detalle ampliado del  conexionado.

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47 K

n V

II

-^ > Espuema eléctrico.

 y 

Digital básica 5e selecciona la salida FP.

Pulsando Pl  se borra la lectura.

Pulsando PP  se realiza la medida.

Hay pue añadir un cero a la lectura.

Vista del  laboratorio can el  experimento completo.

Si en la salida FREQ OUT se lecc iona mos con F2 la salida de 488 Hz, cuando el monoestable esté ajustad o a 0,1 segund os só lo daría tiemp o a que pasasen hacia la entrada de reloj del con tador unos 48 pulsos y la lectura en el display sería 48, a la cual debemos añadir un 0, es decir, 480. Hay que ten er en cuenta qu e la últim a cifra no es exacta, con siderán dos e un er ror d el 10.

Montaje El montaje de los componentes en la placa de circuito impreso es sencillo, pero hay que recordar que debemos alimentar las placas del contador a 5 voltios y que el puente JP2 de la placa DG03 tiene que estar conectado. La entrada del conta dor se conecta con un latigui llo de cable de un solo cone ctor de cuatro ter minales. La conexión a FREQ OUT se hace con un latiguillo de dos conductores terminado en dos conectores de dos terminales, pero cui dan do que el cable rojo se conec te al pu nto rojo y el negro al negro, para no intercambiar las conexione s en los muelles 1 y 2. Todo el conjunto se alimenta a 5 voltios, y para que func ione el generador el conmutad or FREQ debe estar en ON . Ajuste y prueba Una vez comprobadas todas las conexiones se coloca el mando del potenciómetro POT1 aproximadamente al 10% de su recorrido y se pulsa el mando FREQ UP hasta que se activa la salida F2, que debe entrega r una frecu enc ia de 488 Hz. A continuación se presiona el pulsador P1 y el contador se debe poner a 0, al pulsar P2 debe aparecer una lectura en el contador, que irem os ajustan do c on POT 1 hasta que sea 48; antes de pulsar P2 hay que p ulsar prev iam ente P1 para borrar la lectura. De esta manera, este pequeño circuito queda "calibrado" para poder medirfrecuencias. Podemos probara medir las frecuencias en la salida PULSE OUT.

LI5TP DE MRTERIRLE5  Ul

Circuito integrado 555  

UP

Circuito integrado P093

Rl. RE

Resistencia 97K (amarillo, violeta, naranjaj 

O

Condensador 100 nF  

CP

Condensador PP nF  

03

Condensador 10 pF elect rolítico

L

Digital básica óvCO de audio con transistores^ Este circuito corresponde a la configuración clásica de un VCO (Oscilador Controlado por Voltaje), está construido con sólo dos transistores NPN y se ha calculado para que trabaje en la banda de audio. El circuito Si observamos el circu ito nos resultará fami liar, aunque en esta ocasión trabajará con fre cuencias comprendidas dentro de la banda de audio, donde el oído puede apreciar rápida men te los cambios de frecuencia, ya que en el ser huma no este sentido está muy desarrollado. La frecuencia de oscilación depende de los valores de las resistencias R3, R4, de los con densa dores C1 y C2 y de la tens ión que en cada mo me nto hayaen el pu nto de unió n de las resis tencias R3 y R4, que a su vez viene de term inad a por la posición del cursor del potenc ióme tro POT1. Esta ten sió n pued e ajustarse e ntr e Oy 5 V. La salida del circuito se atenúa con la resis tenc ia R5 y además se interca la el con den sad or C3 para garantizar que sólo sale la com pon ente

Componentes en la placa de  pro totipos .

Conexiones de Ia placa.

Esquema eléctrico.

68

■^

Digital básica Detalle del  conexionado a los muelles.

Conexión al  amplificador  de audio.

AUDiO AUDIO VOLU ME

AUDIO

on

3

_

U 

5

El conmutador  nüDIO debe es tar en ON.

DFF

Girando POTI  cambia la frecuencia.

Experimento completo.

alterna, que es la que realmente contiene la información de audio. La señal eléc trica generada se aplica al am pli ficado r de audio para que pueda oirse en el alta voz del laboratorio. Los LED 1 y 2 y los LED 3 y 4 se ilu minan alter nativamente, aunque siempre los veamos ilumi nados porqu e el ojo hum ano no es capaz de pe r cib ir dicha alternancia, por tanto, en este circuito sólo sirven para verificar que ci rcula corriente por los circuitos de cole ctor de ambos transistores.

Montaje Hay que tener cu idado con la inserción de los transistores en la placa de prototipos, así como con el conden sador electrolítico. Debemos colocar los cuatro puentes en los ánodos de los diodos LED 1 al 4 y conectar un latiguillo de cable entre las conexiones de los cátodos de estos y los conectores corresp on dientes a los muelles 13 al 16. La conexión desde la placa de prototipos al amp lificador de aud io se realiza con un latiguillo termin ado en dos conectores de dos terminales, uno de los cuales se lleva al conector correspon diente a los mue llesóy 6y el otro extremo al conec tor AU DIO IN, teniendo en cuenta que el cable rojo correspo nde al pun to ro jo y el negro al pun to negro. También deben estar colocados los dos puentes de conexión en sentido horizon tal, entre la salida del am plifica dor de aud io y el altavoz. Prueba Si se han colocado correctamente todos los com pone ntes y todas las conexiones, el circ uito debe funcionar al primer intento. Hay que ali mentar el am plificador de audio con el conm uta do r AU DIO ON. El mando del potenc ióm etro POT 1 debe estar situado aproxima damente en la mitad de su recorrido . Una vez puesto en marcha el cir cu ito se escucha un so nido en el altavoz, cuya fre  cuencia se puede mo dificar accionando el ma ndo de POT 1. Hay que te ne r en cuenta qu e para ten  siones muy bajas el oscilado r deja de funcionar. LISTR DE MRTERIRLES DI. Q2 Rl. R2 R3. RR R5 CI, C2 C3

Transistor BC5R7 o BC5R8  Res isten cia IK8 (marrón, gris, rojo) Re sis ten cia RK7 (amarill o, violeta, rojo) Res istenc ia IOOK (marrón, negro, amarillo) Condens ador 22 nF  Condens ador 10 pF, electrolítica

Digital básica ^Generador de audio modulado^) Este circuito corresponde a un VCO (Oscilador Controlado por Voltaje), cuya tensión de control está generada por otro oscilador.

El circuito Observando el circuito podemos ver un VCO form ado básicamente por los transistores Q1 y Q2 y sus compon entes pasivos asociados. La entrada de control de frecuencia de este oscilador es el pu nto d e unión de las resistencias R6 y R7. En el esquema también podemos ver un cir cuito integrado 555 configurado para trabajar com o o scilador astable, p ero a una frecuencia muy baja. Su salida se utiliza para controlar el VCO y se conecta a éste a través de una red RC para que el cam bio de tens ión no sea brusco, la red RC está formada por la resistencia R3 y el conde nsado r C3.

Distribución de componentes.

r r r  Conexiones de is place.

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iogoítaS fbásoca Detalle del  conexionado a muelles.

Detalle conexión LED.

Conexiones ai  amplificador  de audio.

Dirán do POTI  cambia la modulación.

Experimento completo.

La tensión de salida, terminal 3 del 555, se uti liza para iluminar la cuarta fila de LED, sólo, claro está, cuando este nivel de salida sea bajo. La salida del VCO se lleva hasta el amplifica dor de audio intercalando un circuito serie for mad o p or la resisten cia R6 y el cond ensa do r C6, de ma nera que al escucha r los soni dos en el alta voz se pueda comprobar el efecto de los cam bios de nivel en la salida del 555.

Montaje En este montaje hay que instalar bastantes componentes en la placa de prototipos, por tanto hay que ser ordenado y realizar el trabajo cuidadosam ente para evitar errores. Las conexion es a los cátodos de los LED 13 al 16 se hacen con un latiguillo terminado en dos cone ctores de cuatro termin ales cada uno hasta el conector correspondiente a los muelles 13 al 16, tam bié n hay que colo car los cuatro p uentes en los á nod os de estos LED. La con exió n de la salida del VCO al amplificado rde aud iose realiza con un latiguilloterminado en dos conectores de dos terminales, uno de estos conectores se conecta al correspondiente a los muelles 5 y 6 y el otro extremo al conector  AU DIO IN, de tal manera que el cable ro jo corre s ponda al punto rojo y el negro al punto negro. Recuerde qu e tiene que estar conec tada la salida del amplifica dora ! altavoz, por tan to debe n estar colocados los dos puentes de conexión en sen tid o horizon tal, e ntre AU DIO OUT y SPEAKER IN. Prueba Una vez compro bad o el montaje pu ede darse alime ntación al circuito, in cluyen do en esta ope  ración el conmutador AUDIO ON, paraq uefuncione el amplificador. Una vez puesto en marcha el circ uito se escu cha un son ido en el altavoz, cuya frecu en cia se puede mo dular accionando el mand o de POT1. Cada vez que cambia el sonido los LED 13 al 16 se apagan o encienden. LI5TR DE MRTERIRLES Ul Circuito integrado 555   Transistor BC5R7 o BC5R8  DI. QR  Rl, RR  Resistencia R7K tamarilla, violeta, naranjal  R3. R6  Res iste ncia IOOK 1marró n, negro, am aril lo1 RR, R5  Resistencia IK8 /marrón, gris, ro/ol  RE. R7  Resistencia RK7 /amarillo, violeta, rojo!  Cl, CE  Condensador RR nF  CR, C3 Condensador 10 pF electrolítico CR, 05  Condensador RR nF