Objetivo: Por medio de circuitos circuitos generadores de pulsos el objetivo es conocer conocer y demostrar el comportamiento comportamiento de las ondas cuadrados que se utilizan en circuitos de señal digital.
Hipótesis: Se obtendrán pulsos de señal cuadrada por medio de un LED que encenderá de manera intermitente conectado a distintos generadores de pulso, el comportamiento de estos circuito se representaría de mejor manera si se cuenta con un osciloscopio.
Marco Teórico: Señal cuadrada
Se conoce por onda cuadrada a la onda de corriente alterna (CA) que alterna alterna su valor entre dos valores extremos sin pasar por los valores intermedios (al contrario de lo que sucede con la onda senoidal y la onda triangular, etc.)Se usa principalmente para la generación pulsos eléctricos que son usados como señales binarias (1 y 0) que permiten ser manipuladas fácilmente, un circuito electrónico que genera ondas cuadradas se conoce como generador de pulsos. La señal cuadrada es muy utilizada para realizar determinadas mediciones, e implementar controles en sistemas de conmutación. Se caracteriza por tener solamente dos valores posibles. Se le puede definir amplitud, periodo, frecuencia y desfasaje, un ejemplo de esta señal se muestra en la figura 1.
Figura 1. Señal cuadrada.
El paso de un valor a otro se denomina flanco, ascendente o descendente según corresponda. Si bien en teoría el cambio debería ser instantáneo.
Eliminador de rebotes
Cuando a un circuito se le implementa un conmutador con el propósito de enviarle una señal de entrada, sea esta de nivel bajo o alto ("0 V." o "Vcc V), a veces es conveniente colocarle lo que se llama un eliminador de rebote. La razón por la cual es muy difícil lograr que una señal de entrada sea perfecta, es que el conmutador es un elemento mecánico, que a la hora de cerrar produce rebotes como los que se ve en la figura 2 (en el caso de esta figura Vcc = 5V).
Figura 2. Grafica de una seña con rebotes.
Estos rebotes serían similares a los de una pelota que se deja caer y al final se detiene. En un conmutador este fenómeno no es evidente, pero si ocurre.
Multivibrador astable
Un multivibrador astable es un circuito capaz de generar ondas a partir de una fuente de alimentación continua. La frecuencia de estas ondas dependerá de la carga y descarga de los condensadores C1 y C2, que serán provocadas por la conmutación de los transistores TR1 y TR2, como se muestra en la figura 3.
Figura 3. Diagrama de multivibrador astable.
Si dividimos el circuito por la mitad verticalmente, tendremos R1, R2, C1 y TR1 por un lado, y por otro lado tendremos R3, R4, C2 y TR2. En un instante de tiempo T=0, instante en el que aplicamos la tensión de alimentación, los transistores iniciarán la conducción ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de R2 y R3, pero uno comenzará la conducción antes que el otro, por cuestiones de fabricación y dopaje, no serán exactamente idénticos. T1 el que empieza a conducir primero, y como es un transistor NPN, al aplicar intensidad en su base, entrará en saturación, es decir, su Voltaje colector-emisor será prácticamente despreciable (≈ 0V), consiguiendo así una correcta polarización del condensador C1, que
comenzará a cargarse a través de la resistencia R2. La relación entre C1 y R2, determinará el tiempo de carga del condensador, si aplicamos la formula del tiempo de ca rga de un condensador (Tau) τ = C · R (Donde C es la capacidad de C1 en Faradios, y R es el valor de R2 en Ohmios), obtendremos el tiempo en segundos que tarda en cargar el condensador un 63,2% de la tensión de alimentación. En el momento en que la carga de C1, supere la tensión de ≈ 0,7 V, pasamos al instante de tiempo T=1, donde C1 será capaz de superar la barrera de potencial del transistor T2, haciendo que éste entre en saturación y por consiguiente su Vc ≈ 0, permitiendo la carga del condensador C2 a través de la resistencia R3 hasta superar la carga de ≈ 0,7 V, que hará que T1
entre de nuevo en saturación, comenzando nuevamente un ciclo indefinido.
Para conseguir una forma de onda simétrica, debemos asegurarnos que el circuito es simétrico en cuanto a valores de sus componentes, es decir, R1=R4, R2=R3, C1=C2 y TR1=TR2.
Compuerta Not Schmitt Trigger retroalimentada
Este generador de onda cuadrada es como el circuito de disparo Schmitt en donde el voltaje de referencia para la acción del comparador depende del voltaje de salida. Este circuito se clasifica también como un multivibrador inestable (astable). El schmitt trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar a la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos. Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado positivamente. Los niveles de referencia pueden ser controlados ajustando las resistencias R1 y R2 (ver figura 4).
Figura 4. Diagrama de circuito de disparo Schmitt.
Desarrollo Experimental: Materiales:
Un eliminador de baterías con la siguientes características: Voltaje de entrada 110-220 V de corriente alterna Frecuencia 50-60 Hz Intensidad de corriente mayor de 500 mA 2 resistencia de 1 kΩ ⁄ de W
6 resistencias de 330 Ω ⁄ de W 1 Interruptor permanente de un tiro dos polos 1 Circuito integrado NE555
1 Circuito integrado SN7400 2 Capacitor cerámico de .1 µf 1 Capacitor electrolítico de 22 µf 1 Circuito integrado SN7414 1 Capacitor electrolítico de 220 µf 1 Potenciómetro de 100 K Ω 1 Potenciómetro de 1 K Ω
3 diodos emisores de luz
Procedimiento:
Se realizaron tres circuitos generadores de pulsos. Los cuales fueron conectados conforme a los diagramas asignados, que fueron los siguientes:
Eliminador de rebotes con interruptor de un tiro de dos polos. Compuerta Not Schmitt Trigger retroalimentada. Multivibrador astable.
Se comenzó con el circuito multivibrador astable, para este circuito se contaba con un diagrama el cual se representa en la figura 5.
Figura 5. Diagrama de multivibrador astable.
Como primer paso se colocaron el potenciómetro de 100 k y el circuito integrado NE555 en la tabla de conexiones y después se realizaron las conexiones del circuito integrador de la siguiente forma.
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La terminal 1 se realizo una conexión con un alambre hacia la línea de GND (tierra o negativa). En la terminal 2 se conecto el capacitor electrolítico de 22 µf, con la terminal anodo en la línea de la terminal del NE555 y la terminal catodo a la línea de GND. La terminal 3 se conecto un LED con el lado catodo a la línea GND, esto para demostrar el comportamiento del circuito, también se conecto una resistencia de 330 para proteger los componentes conectado y se ensamblo un alambre de la terminal 3 a la terminal 8 del circuito integrado. La terminal 4 va conectada a la linea de VCD. La terminal 5 se conecta un capacitor cerámico de .1 µf hacia la línea de GND, los capacitores cerámicos no tienen polaridad por lo que no importa la terminal del capacitor que se conecta a la línea GND (tierra o negativo). En la terminal 6 se conecto un alambre ala terminal 1 del potenciómetro de 100 K el potenciómetro tampoco tiene polaridad por lo que no importo la terminal que se haya considerado como 1. La terminal 7 se conecto una resistencia de 1 k y el otro extremo de la terminal se conecto un alambre hacia la tercera terminal del potenciómetro que se haya considerado. De la terminal donde fue conectado la resistencia se realizara una unió por medio de un alambre a la segunda terminal del mismo potenciómetro. En la terminal 8 se conecto la línea de VCD. ,
Para que funcione correctamente el circuito se conecto otro capacitor cerámico de .1 µf, una terminal fue conectada en la lina de VCD y la otro en la línea de GND. El circuito quedo conectado como se muestra en la figura 6.
Figura 6. Circuito multivibrador astable.
El siguiente circuito que se conecto fue el eliminador de rebotes con un interruptor permanente de dos polos un tiro, el cual se conto con dos opciones utilizando un circuito integrado SN7400 o un circuito programable, para este caso se opto por utilizar un circuito integrado SN7400, por medio del siguiente diagrama (figura 7) se realizaran las conexiones para la aplicación de la eliminación de rebotes.
Figura 7. Diagrama del eliminador de rebotes.
Primeramente se conecto el circuito integrador y el interruptor permanente, a continuación se describirán los pasos para la conexión del circuito. o
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La terminal 1 del circuito integrador se conecto por medio de una resistencia de 330 hacia la línea de VCD, también por la línea de la terminal 1 del SN7400 se conecto un alambre hacia la primera terminal del interruptor. En la terminal 2 se conecto un alambre hacia la terminal 6 de ese mismo circuito. La terminal 3 se unió hacia la terminal 4 y por la misma line de la terminal 3 se conecto un LED, en la terminal cátodo del LED se conecto una resistencia de 330 hacia la línea GND de la tabla de conexiones. En la terminal 5 de conecto una resistencia de 330 hacia la línea de VCD y esa misma terminal se unió con la terminal 3 del interruptor permanente y la terminal 2 del interruptor se unió hacia la línea de GND. Por ultimo en la terminal 6 se conecto otro LED y en su terminal cátodo se unió una resistencia de 330 hacia la línea GND. El circuito quedo implementada como en la siguiente figura 8.
Figura 8. Circuito de eliminador de rebotes
En el tercer circuito se realizó una compuerta Not Schmitt Trigger retroalimentada, para este circuito se conecto un circuito integrador SN7414, un potenciómetro de 1 K, un capacitor electrolítico de 470 µf y un LED para representar la señal digital, como se muestra en la figura 9.
Figura 9. Diagrama de la compuerta not Schmitt trigger.
Este circuito es el más sencillo y simple de los tres por lo que solo se utilizo 4 terminales del SN7414, que se conectaron de la siguiente forma.
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La terminal 14 se unió hacia la línea de VCD de la tabla de conexiones. La terminal 7 hacia la línea de GND por medio de un alambre. La terminal 1 se conecto un capacitor electrolítico de 470 µf, la terminal negativa hacia la línea GND, por la misma línea de la terminal 1 se conecto un alambre hacia la terminal 1 del potenciómetro. En la terminal 2 se conecto otro alambre hacia la terminal 3 del potenciómetro, también se conecto un LED para representar la señal digital como se muestra en la figura 10.
Figura 10. Circuito compuerta not Schmitt trigger retroalimentada.
Discusión de resultados:
Para el circuito multivibrador astable el resultado se aprecio en un LED, el cual enciende de manera intermitente, y su frecuencia depende de la variación del potenciómetro. Eliminador de Rebotes El eliminador de rebotes solo se puede demostrar su funcionamiento utilizando un osciloscopio, el cual su función es eliminar los rebotes (picos) de una señal para tener como resultado una señal cuadrada. Compuerta not Schmitt Trigger Este circuito al igual que el multivibrador astable utilizando un osciloscopio nos debe desplegar una señal de reloj, físicamente el circuito funciona por un LED y la frecuencia varia ajustando el potenciómetro y se aprecia en el cambio de encendido del LED.
Estos circuitos se puede demostrar de mejor manera su comportamiento de forma grafica por medio de un osciloscopio, ya que este se representa de forma detallada los efectos de las señales emitidas
Resultados generales
Fotografía del circuito concluido: circuitos generadores de pulsos utilizando circuitos integradores, representado en la figura 11.
Figura 11. Resultados finales de conexión del circuito
Conclusiones: Se demostró el resultado los generadores de pulsos compuestos por circuitos integradores, teniendo como resultado el encendido intermitente de los diodos emisores de luz dependiendo de la variación aplicada en los potenciómetros, se comprobó la hipótesis y se aprendió el funcionamiento de dichos generadores de pulsos.
Bibliografía: Fundamentos de diseño digital, César A. Leal Chapa, FIME, UANL. Sistemas digitales, Ronald J. Tocci 8va edición
M.C. Juan Ángel Garza Garza http://jagarza.fime.uanl.mx
