Laboratorio de Circuitos Digitales I Informe Final Nº 3

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica E.A.P. Ingeniería Electrónica

Laboratorio de Circuitos Digitales I Informe Final Nº 3 TEMA:

Circuitos Schmitt Trigger, puertas de tres estados, buffer inversor con salida en colector abierto, Timer 555

CURSO: Circuitos Digitales I ALUMNOS: Cáceres Santi, David Felipe Cuba Miranda, Lucero Milagros Ipanaqué Castillo, Freddy Soto Chang, Raisa Michelle PROFESOR:

Ing. Casimiro Pariasca, Óscar

2017-1

UNMSM – FIEE

LAB. DE CIRCUITOS DIGITALES I

INFORME FINAL Nº 3 Circuitos Schmitt Trigger, puertas de tres estados, buffer inversor con salida en colector abierto, Timer 555

I. OBJETIVO: 

Analizar y comprobar el funcionamiento de circuitos lógicos especiales tales como el Schmitt Trigger, puertas de tres estados, buffer inversor con salida en colector abierto y timer.

II. MATERIALES Y EQUIPO: 





CI. TTL: 74LS00, 74LS14, 74LS16, 74LS126 o 74LS367, timer 555. 8 Diodos LED, Resistencias R=1KΩ, 10KΩ x 2, 47KΩ, 8 Resistencias R=120 ohm, ¼ watt; Condensadores: 1µF, 10µF, 20µF, 100 µF. Alambre sólido UTP (o AWG No. 30) diferentes colores; pelador de alambre; alicate de punta.



Fuente de Voltaje C.C. regulada de 5 Voltios; Multímetro.



Software de simulación: Proteus.

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 1. Verificar experimentalmente el funcionamiento del Schmitt Trigger en el circuito siguiente

Considerar en esta opción el uso de diferentes capacitores electrolíticos para cubrir un mayor rango de frecuencias se recomiendan probar con algunos de los siguientes valores 47, 100, 220, 470, 1000, 2200 o 4700 uF (por seguridad que puedan soportar más de 16V).

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CIRCUITO REPRESENTADO:



Hacer una tabla de datos y verificar que la frecuencia de salida se calcula según: f = 1 / R.C.



¿Cuál es el valor máximo y mínimo de R y C?



¿Cuál es la frecuencia máxima y mínima de oscilación?

Presentamos los valores a continuación: Colocando diferentes valores para C y variando el potenciómetro entre un Rmáx y un Rmín para obtener una f máx y una f mín sin que la onda se distorsione.

C(uF)

R MÁX(Ω)

R MÍN(Ω)

f MÁX(Hz)

f MÍN(Hz)

2200

9

8.1

11.24

11.06

470

32.7

22.6

39.25

32.23

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2. En el siguiente circuito se muestran 2 circuitos osciladores a distintas frecuencias cuyas salidas se aplican a las entradas de 2 puertas triestado que tienen una salida común S0. Verificar su funcionamiento. (No aplicar E0 y E1 simultáneamente). Utilice la puerta triestado 74LS126 o 74LS367 u otro similar.

3. Conectar el circuito astable mostrado. Utilice una fuente (Vcc) de 5 Vcc, RA=RB=10Kohm, C1=10µF. Observar las características de salida. Medir la frecuencia. (Este es un circuito con valores sugeridos. Ud. puede utilizar otros valores para obtener en la salida una señal de f=1Hz, 5 Hz y 10 Hz).

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CIRCUITO REALIZADO:

4. Conectar el circuito monoestable mostrado. Utilice una fuente (Vcc) de 5 Vcc, R1=47Kohm, C1=10µF. Conecte entre los terminales 2 y 8 una resistencia R=10Kohm. ¿Para qué se utiliza? Cuando el monoestable se dispara, el Led se enciende durante 0.2 seg y luego se apaga. Cambie el condensador por otros valores, por ejemplo, de 20 µF, 50 µF y 100 µF. Mida el tiempo de duración del pulso en la salida. El funcionamiento depende de R1 y C1. El condensador C2 se usa solo para evitar la inestabilidad del circuito. El terminal 2 se usa para disparar el temporizador colocando un pulso en bajo de muy corta duración (o conectando el terminal a tierra solo por un instante).



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CIRCUITO REALIZADO: 



Utilizando la resistencia R2 para regular el voltaje de disparo cuando el Switch se encuentra abierto.

Cambiando los valores del condensador y con ayuda de un cronómetro registramos el tiempo en el que el LED se queda encendido al accionar por un instante el switch.

→

a) C=10uF t=0.49 s.

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→

b) C=22uF t=1.28 s.

→

c) C=50uF t=2.52 s

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→

d) C=100 uF t=5.24 s.

Al finalizar el experimento obtuvimos los siguientes resultados:

Condensador (uF)

Tiempo (s)

10

0.49

22

1.28

50

2.52

100

5.24

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IV.


CUESTIONARIO FINAL

1. Presente comentarios de los circuitos verificados en la parte experimental. CIRCUITO SCHMITT TRIGGER:

Verificamos el funcionamiento del circuito integrado Schmitt Trigger 74LS14 como un inversor; además, colocamos un diodo Led que encendía cada vez que la señal de salida en el pin 2 del CI alcanzaba un nivel alto. También notamos una relación entre la frecuencia y el valor del condensador: Cada vez que aumentábamos el valor del condensador la frecuencia disminuía.

CIRCUITO TRI-STATE En el segundo circuito (osciladores conectados a una puerta tri-state), efectivamente comprobamos las diferentes frecuencias de oscilación y que cuando la entrada de control está en el nivel BAJO hay una alta impedancia en la salida, pero cuando conectamos el switch que a su vez está conectada a la fuente la salida es igual a la entrada, es decir, cuando llega 1 lógico a la entrada en la salida hay un 1 lógico y cuando llega 0 lógico a la entrada en la salida también hay un 0 lógico. CIRCUITO LM555 MULTIVIBRADOR ASTABLE: En el tercer circuito (555 como astable con buffer inversor con salida en colector abierto), al conectar la salida del 555 con la entrada del buffer observamos una extraña onda en la salida del buffer por lo que es necesaria la presencia de una resistencia entre Vcc y la salida del inversor para verificar la operación inversora del buffer. CIRCUITO LM555 MULTIVIBRADOR MONOESTABLE: En el cuarto circuito (555 como monoestable) cambiamos los valores del condensador y notamos que el tiempo que el Led se mantiene encendido va aumentando a medida que aumentamos el valor de la capacitancia.

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2. Explique el funcionamiento de un circuito conformador de pulsos con el Schmitt trigger. CIRCUITO CONFORMADOR DE PULSOS En esta figura se muestra el circuito correspondiente al conformador de pulsos. En condiciones normales, la fuente de luz ilumina la fotocelda y su resistencia es muy baja. Como resultado, la entrada del inversor Schmitt-trigger recibe un alto y su salida es baja.

FUNCIONAMIENTO: 



Cuando se interpone un objeto entre el rayo de luz y la fotocelda, la resistencia de esta última aumenta, aplicando un bajo a la entrada del inversor Schmitt-trigger. Como respuesta, la salida del circuito realiza una transición de bajo a alto, es decir, produce un flanco de subida. Cuando el objeto deja de interrumpir el rayo de luz, la resistencia de la fotocelda disminuye y la salida del inversor se hace nuevamente baja.

El resultado neto de este proceso es la emisión de un pulso positivo de voltaje. Este pulso se puede aplicar al circuito de un contador. Las fotoceldas no responden inmediatamente a los cambios en la intensidad de la luz incidente y, por tanto, generan señales lentas. Esta es la razón por la cual se emplea una compuerta Schmitt-trigger como dispositivo conformador de pulsos. El potenciómetro R2 permite ajustar la sensibilidad de la fotocelda de acuerdo a la intensidad de la luz incidente. La resistencia R1 sirve de protección, evitando que circule una corriente excesiva cuando el potenciómetro está en su posición de mínima resistencia y la LDR está iluminada.

3. Indique algunas aplicaciones de los dispositivos de tres estados Esta lógica define el comportamiento de los equipos TRI-STATE, que se caracterizan por tener una tercera condición de salida llamada alta impedancia o estado Z alto. Las otras dos son la normal alta (HIGH) y la baja (LOW) de voltaje.

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Esta tercer estado depende de una entrada habilitadora llamada “enabled” que dependiendo del valor lógico que tome, permite al dispositivo actuar como un circuito cerrado (enable=0) permitiendo el paso de la señal o como un circuito abierto (enable=1) impidiendo el paso de la señal. Ejemplo de ellos son el 74HC125 y 74HC126 que trabajan formo inver

Figura 1  

Las compuertas TRI-STATE son comúnmente usadas para pasar datos al bus de datos. Cuando la compuerta está habilitada la línea del bus de datos se conecta al nivel lógico de entrada.

Un búfer tri-state es utilizado para reducir la carga de un microprocesador o para controlar el flujo de información proveniente de dispositivos externos conectados a este. En la figura 1 se muestra el funcionamiento de un búfer, y en la figura 2 se muestra gráficamente el concepto de tercer estado o alta impedancia.

Figura 2. 



Cuando la compuerta TRI-STATE se desactiva su salida aparece como un circuito abierto (alta impedancia). La línea de bus de datos queda libre para ser controlada por otro transmisor conectado a la línea. 14 de mayo de 2017

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APLICACIONES: Las funciones del buffer triestado suelen ser útiles, principalmente para el diseño de componentes electrónicos con una cierta funcionalidad controlada internamente, como puede ser la implementación de un multiplexor, el cual puede usar buffer triestado para dejar activa solo una de sus entradas y anular las otras de forma que no interfieran en la salida. También se pueden usar los buffers triestado para dotar a los dispositivos de funcionalidad controlada externamente, es decir el usuario puede controlar esos buffer triestado para controlar el dispositivo. Este tipo de dispositivos tienen posibilidad de habilitación o des habilitación de lectura, escritura o incluso del propio dispositivo. Un ejemplo de este tipo de dispositivos son las memorias RAM

4. Indique algunas aplicaciones del buffer inversor con salida en colector abierto 74LS16 Las compuertas con colector o drenado abierto, son un tipo de compuertas lógicas cuya salida esta externalizada, es decir abierta o sin resistencia en el colector del transistor de salida. Al realizar este tipo de circuito integrado, se deja la posibilidad al usuario de utilizar el valor de resistencia apropiado según sus necesidades y requerimientos de diseño.

Las salidas en colector abierto son útiles para: Fijar los valores altos y bajos de tensión según mis necesidades. Además, esto permite para el acoplamiento entre compuertas lógicos con niveles altos distintos. Garantizar la corriente de salida necesaria para conectar varias compuertas lógicas, a la salida de esta. Conexión de varias compuertas con salida en colector abierto a un mismo bus de datos. Al compartir la resistencia externa en el cole ctor se crea una compuerta “wired” es decir que la función lógica entre las compuertas conectadas, se da en el cable.

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5. Describir el uso del CI. LM555 como Mv. Astable y monoestable CIRCUITO INTEGRADO LM555 COMO MULTIVIBRADOR ASTABLE: Como oscilador. En este modo, el 555 no tiene estado estable, la salida 3 va cambiando continuamente entre el nivel bajo y el alto continuamente, independientemente del estado de la entrada (2). El tiempo que estará la salida en alto y bajo dependerá de los componentes del circuito. Aquí tienes la curva de funcionamiento:

t1 y t2 no tienen por qué ser el mismo tiempo, aunque la gráfica del ejemplo es así. Pero como calculamos t1 y t2. Pues nada, igual que antes con una fórmula.

∗ (+) ∗  { = () = () ∗ () ∗  R en ohmios y C en faradios. Si tuviéramos un led a la salida estaría encendiéndose y apagándose todo el tiempo. Como ves se genera una señal oscilante. El periodo de la curva, es el tiempo que tarda en repetirse un estado determinado, y en este caso será:

=+= 

t1 es el tiempo que estará en estado alto la salida (encendido el led) y t2 es el tiempo que estará en estado bajo la salida (led apagado). Pero....¿Dos resistencias?. Pues sí, en este caso el circuito es con dos resistencias, la Rb será la que nos determine el tiempo que estará la salida desactivada. La frecuencia de oscilación (f) está dada por la fórmula:

1  ≈ ln(2) ∗  ∗ (1+2∗2)

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CIRCUITO INTEGRADO LM555 COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE: Como productor de pulsos de tempori zación

Para que nuestro circuito integrado LM555 funcione como monoestable debemos conectarlo de la siguiente forma:

En el pin 2 conectaremos la entrada, normalmente un pulsador, y en el pin 3 conectaremos la salida, es decir lo que queramos que se active durante un tiempo determinado (en este caso, RL) o lo que es lo mismo lo que queramos temporizar. La tensión de alimentación dependerá de la pila. El tiempo que estará activada la salida se calcula de la siguiente forma:

T = 1,1 x R1 x C1 Veremos que en serie con el Led hay una resistencia, es para que no se queme. La tensión que le llegaría sería de unos 5V (la pila) y como ya sabemos, los Led funcionan a 2 voltios como máximo. Si ponemos la resistencia en serie al led solo le llegarán 2V y los otros 3V estarán en la resistencia RL de 220 ohmios. Bueno la pregunta es... ¿Cuánto tiempo estará encendido el Led cuando activemos el pulsador? Lo primero pasaremos la Resistencia que está en Kilo ohmios a ohmios= 470 x 1000 = 470.000Ω

Ahora pasamos los 10 microfaradios a faradios = 10 x 10-6 = 0,00001faradios T = 1,1 x 470.000Ω x 0,00001 =

5,17 segundos.

Entonces, El Led se encenderá durante 5,17 segundos cuando pulsemos el pulsador. Para volver a encenderse deberemos volver a pulsar el pulsador. Siempre debemos tener en cuenta la tensión máxima a la que se puede conectar tu circuito integrado 555, ya que los hay de diferentes tensiones.

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6. Presente los cálculos realizados para implementar los circuitos astable y monoestable de esta práctica.

CIRCUITO INTEGRADO LM555 COMO MULTIVIBRADOR ASTABLE: En el circuito astable utilizamos un valor de R1=R2=10KΩ Y C=10 µF

Hallamos t1 y t2: Entonces:

 = () ∗ (+) ∗  = , .  = () ∗ () ∗  = , .  =  +  = , .

Ahora variamos algunos valores para obtener las siguientes frecuencias: f=1Hz, 5 Hz y 10 Hz con ayuda de la siguiente fórmula:

1  ≈ ln(2) ∗  ∗ (1+2∗2)

Si tomamos un valor constante para C=10 µF y R1=R2 Para f=1Hz: Para f=5Hz: Para f=10Hz:

1=2≈ ln(2) ∗ 1 ∗3∗  =48Ω 1=2≈ ln(2) ∗ 1 ∗3∗  =9,6Ω≈10Ω 1=2≈ ln(2) ∗ 1 ∗3∗  =4,8Ω≈5Ω

CIRCUITO INTEGRADO LM555 COMO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE: En el circuito monoestable utilizamos un valor de R1= 47KΩ=47000Ω, ahora se estará variando el valor de C1: T = 1,1 x R1 x C1 T = 1,1 x (47000) x C1  Para C1=10µF

T = 1,1 x (47000) x (

−)=0,517 s.

El Led se enciende durante 0,517 seg. y luego se apaga. 

Para C1=20µF

T = 1,1 x (47000) x (

−)=1,034 s.

El Led se enciende durante 1,034 seg. y luego se apaga.

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Para C1=50µF

T = 1,1 x (47000) x (

−)=2,585 s.

El Led se enciende durante 2,585 seg. y luego se apaga. 

Para C1=100µF

T = 1,1 x (47000) x (

−)=5,17 s.

El Led se enciende durante 5,17 seg. y luego se apaga.

7. Analizar los resultados obtenidos en la parte experimental. Compare los valores teóricos y los obtenidos experimentalmente. Presentar tablas de datos, gráficos, etc. Resultados verificados durante la realización del presente informe.

V.

CONCLUSIONES:

Sobre el timer LM555 concluimos que éste nos ayuda a realizar señales de impulso de acuerdo a nuestras necesidades, sólo jugando con el cambio de resistencias y capacitores, ya que el ancho de pulso depende directamente de ambos.

VI.    

BIBLIOGRAFÍA:

https://circuitdigest.com/electronic-circuits/schmitt-trigger-gate-circuit-diagram http://www.basicanalogcircuits.com/Session_4_files/LM555.pdf Diseño Digital Principios y Practicas John Wakerly – 3ra edición Fundamentos de sistemas digitales - Thomas L. Floyd – 9ma edición

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PROF. CASIMIRO HUBO INCONVENIENTES PARA ENTREGAR EL INFORME FINAL 3. MUY CLARO NOS DA EL PLAZO HASTA LAS 22 HORAS PERO ESTA SE CERRÓ ANTES.

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