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RADIO INSTITUTO CURSO DE
CIRCUITOS DIGITALES LECCIÓN Nº 5 TRABAJOS
PRÁCTICOS MULTIVIBRADOR
ASTABLE - FLIP FLOP RS - FLIP FLOP RS DE UN SOLO COMANDO - DUPLICADOR DE
FRECUENCIA - VERIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTO INDIVIDUAL Y EN CONJUNTO Para
la realización de los trabajos prácticos de la presente lección, vamos a
continuar utilizando la plaqueta de ensayos (Protoboard),
y otros componentes que se agregan a los que ya ha recibido. Comience
por cortar varios trozos de alambre de conexiones de unos MULTIVIBRADOR
ASTABLE CON COMPUERTAS NAND Este
tipo de osciladores se puede realizar fácilmente con distintos circuitos
integrados, hemos elegido un CD4011 que tiene en su interior 4 compuertas
NAND y veremos como utilizarlas buscando su máximo aprovechamiento a fin de
lograr varios circuitos a partir de un solo integrado. Diremos
de paso que este oscilador podríamos haberlo realizado con otro integrado que
también dispone en su interior de 4 compuertas NAND del tipo DISPARADOR
SCHMITT, el CD4093 ó un separador inversor CD40106 que tiene 6 inversores. En
estos casos se logra el mismo oscilador con una sola compuerta o un solo
inversor, pero esto lo dejamos para mas adelante, cuando estudiemos como
funcionan los disparadores SCHMITT.
En
la figura 1 podemos apreciar el circuito esquemático del oscilador, o
multivibrador astable. En
este circuito hemos incorporado un preset, R4,
a fin de poder variar la frecuencia de oscilación y de este modo visualizar
sus efectos en los destellos del led L1. En
un extremo del preset R4 la frecuencia
que se observa será muy baja, de unos pocos Hz, a medida
que se avanza el cursor, la frecuencia aumenta hasta llegar a un límite que
no es posible ver las variaciones a simple vista, o bien dejará de oscilar. El capacitor C1 y el preset R4
determinan la frecuencia, si desea aumentarla o bajarla, suba o disminuya el
valor de C1 que es lo mas fácil. Mayor capacidad =
menor frecuencia. El
control se logra a través del terminal 2; estando a
masa a través de R1, se encuentra en reposo, es decir, no oscila, cuando
aplicamos un potencial positivo, se habilita y comienza a oscilar. Esta
acción, el alumno la hará mediante un alambre de conexiones de los largos que
habrá preparado, insertando una punta en la plaqueta en la línea que
corresponde al terminal 2, y la otra en la línea de
+B. Al conectar a +B comenzará a oscilar, al levantar la conexión dejará de
hacerlo. El
funcionamiento de este circuito se observa claramente en los destellos del
diodo led, pero es importante que además
verifique los estados, que serán cambiantes, con la sonda lógica en las
salidas de los pines 3 y Todos
los trabajos que se realicen en la plaqueta de ensayos corresponden a partes
de circuitos de distintos aparatos, y lo que pretendemos lograr es que el
alumno vea y compruebe los fenómenos electrónicos que se desarrollan, por lo
tanto es importante investigar que es lo que está sucediendo en las distintas
partes; es bueno medir tensiones con un tester,
verificar estados con la sonda, cambiar valores de algún componente etc.
siempre dentro de límites razonables lógicamente y con cuidado para no
estropear componentes. Todo lo que haga con el fin de adquirir experiencia es
válido. Siempre
recuerdo una frase del señor Dilorenzo,
profesor de Física del viejo y querido Industrial de San Isidro, cuando decía
" No se conformen con saber que algo sucede, lo importante es
saber porqué sucede" . Fíjese
la importancia de ésta aseveración y cuantas veces está a nuestro alcance
saber "el porqué" de muchas cosas. FLIP
FLOP RS CON 2 COMPUERTAS NAND Si
bien existen circuitos integrados específicos para esta función, y de
distintos tipos, también es cierto que se pueden lograr a partir de otros
como son compuertas e inversores. En
la figura 2 vemos uno realizado a partir de las 2 compuertas que nos sobran
en el CD4011.
En
este circuito el terminal 13 corresponde a Podemos
definir el término SET como puesta en servicio, y reset como fin o vuelta al
estado de reposo. Sin
desarmar el trabajo anterior, realice el conexionado de este. Comience por
los puentes entre las patitas 9 y 11 y entre 10 y 12, mediante alambres ya
preparados cortos. Conecte las resistencias, el transistor TR3 y el
diodo led que también se inserta en la
plaqueta. Una
vez terminada esta tarea, inserte un alambre largo en la línea de negativo de
la plaqueta, con el otro extremo "toque" sobre el terminal de R7 que se corresponde con la patita 13 del
integrado y con el de R8 de la patita 8. Cada toque debe provocar el cambio
de estado en el flip flop. El
pulso en la entrada set (pin
13) produce un 1 en Inserte
un alambre de conexiones en el pin 2 de IC1 y en el
pin 11 del mismo. De este modo estamos uniendo Para
cancelar la operación se debe enviar a masa la patita 8 que corresponde al
reset. La
alimentación de este circuito es muy amplia, diremos que no hay inconvenientes
en usar tensiones entre 4 volt y 15 volt, que pueden provenir de una fuente de CC o de pilas
comunes. Naturalmente
nosotros usaremos la fuente que hemos construido. FLIP
FLOP RS CON UN SOLO COMANDO Dado
que este tipo de flip-flop actúa
por cambios de nivel decreciente, sin tener importancia los flancos (que sean
bien verticales o no), nos permite efectuar una mejora en su circuito
mediante el uso de un transistor, TR3, y unos pocos componentes. Con
el agregado de esta etapa se logra comandar todo el circuito mediante la
aplicación de un 0 en un solo punto. Si se usaran pulsadores eventualmente
para el comando, deberíamos utilizar 2, uno para el set
y otro para el reset; pues bien, de este modo con uno solo es suficiente. En
la figura 3 se aprecia como queda el circuito completo con esta nueva etapa. El
funcionamiento es simple, como vemos a continuación. El cambio de estado en
la función set se produce mediante una pulsación o
"toque" corto. Si se sostiene el pulsador durante aproximadamente 3
segundos, al soltarlo, entra la función reset y vuelve a cambiar de estado
llevándolo al inicio o estado de reposo. Esto
es así porque: En el punto A marcado en el circuito siempre existe un 1
(tensión positiva de fuente), a través de R7. Al enviarlo a masa, éste punto
pasa a 0; si se sostiene en masa, el capacitor C2
comienza a descargarse a través de R11. Al llegar al umbral de conducción de
TR3, éste lo hará y se produce la descarga inmediata de C3. Cuando suelte el
pulsador, el 1 de fuente llega rápidamente al pin
13 de IC1 y a la base de TR3 a través de R11 y D1 respectivamente. El
transistor pasa al corte y ahora comienza a cargarse C3 a través de R8. Mientras
está en tiempo de carga, el pin 8 (reset) se
encuentra en 0, y en cambio el pin 13 (set) ya tiene un 1, por lo tanto el flip flop cambia. Si
la pulsación es de corta duración, la función reset no actúa porque C2 no
alcanzará a descargarse. Arme esta etapa en la plaqueta de ensayo y verifique
su funcionamiento de acuerdo a la nueva situación creada. El pulsador lo
hemos incluido en el circuito a fines explicativos, pero como se trata de
experiencias prácticas, no es necesario su uso; como en los casos anteriores
con un simple alambre de conexiones podrá efectuar los "toques a
masa". En
este momento, como está armada la plaqueta, un toque corto pondrá en marcha
el oscilador, encenderá L2 y destellará L1. Un toque mas largo volverá todo a
su estado de reposo.
Si
quisiéramos variar el tiempo de reset, es decir el toque largo, puede
aumentarse o disminuirse el valor de C2 o el de R11. Con valores menores el
cambio se produce en menor tiempo, lógicamente si se aumentan el tiempo
también será mayor. Si
varía la capacidad de C2 debe tener en cuenta que C3 tiene que ser siempre un
poco mayor por ejemplo si dispone 1 Mf para
C2, C3 puede ser de 2,2 Mf que es el
valor que le sigue en capacitores electrolíticos
normalizados, no es necesario que sea mayor. Pero si decide dar un tiempo
mayor y usa C2 de 4,7 Mf, C3 será de 10 Mf que es el normalizado siguiente. DUPLICADOR
DE FRECUENCIA CON 2 COMPUERTAS NAND Aprovechando
que tenemos en uso el integrado CD4011, vamos a realizar con el mismo, otro
trabajo práctico. Se
trata de un doblador de frecuencia, es decir que aplicando una señal de
determinada frecuencia en su entrada, a la salida tendremos la misma señal
pero multiplicada por 2. El circuito esquemático se observa en la figura 4. Como
vemos es un circuito de fácil realización en el que se usan solo dos
compuertas y muy pocos componentes.
La
inclusión de los capacitores C4 y C5 en
este circuito, permite que El
funcionamiento es relativamente simple: Digamos que la actuación de Los
flancos de subida, o transición de Por
este motivo se agrega un inversor, en este caso formado por
Sintetizando
digamos que en ausencia de señal las entradas se encuentran en 1 - 1, y con señal, cada
pulso, las mantiene en forma alternada, 0 - 1 y 1 - 0 , lo que da lugar a la formación de 2 pulsos. El ciclo
activo de la señal de salida será inferior al 50% del correspondiente al de
entrada, ya que en el mismo tiempo que tiene uno, deben formarse dos. Figura
5. Los
valores de C4 C5 y R12 R13, determinan la frecuencia de operación del
circuito doblador; para nuestro trabajo práctico, los que se han establecido
son correctos, aunque bien podrían haber sido otros. Para doblar frecuencias
mas elevadas será necesario reducir el valor de los capacitores y/o
las resistencias. Para
su realización, vamos a comenzar por desarmar todo lo concerniente al
circuito del flip flop,
dejando solamente la parte osciladora. Luego
inserte en la plaqueta los componentes C4, C5, R12, R13, R14, R15, el
transistor TR4 BC557 y el diodo led L3,
que son los asociados a las compuertas C y D de IC1. Conecte la salida del
oscilador (pin 4) con la entrada del doblador
(pines 12 y 13). El circuito completo se observa en la figura 6.
Conecte
el cable largo de comando en el pin 2. Dele alimentación a la plaqueta. Ahora,
al conectar el cable a la línea de positivo de la plaqueta, comenzará a
funcionar el circuito, al levantarlo dejará de hacerlo. Se observa que el
diodo led L3 destella al doble de
velocidad que L1, indicando que en este punto tenemos el doble de la frecuencia
que entrega el oscilador. Variando
la posición del preset R4 se altera la
frecuencia y se visualiza el efecto en los led. Todo
este conjunto (fig. 6), podría gobernarse con la inclusión del flip-flop que desarmamos,
de hecho ya lo hemos visto en el trabajo de la figura 3, con lo que se
activaría con un pulso corto y se vuelve al estado de reposo con un pulso
largo, o bien empleando el de la figura 2, en este caso se activa con un
toque a masa en la entrada set y se desactiva con
un toque en la entrada reset. Como
vemos, las posibilidades de combinación de los presentes circuitos son
varias, si bien para lograr el funcionamiento de todos ellos como un solo
conjunto hace falta otro integrado CD4011 y algunos componentes más, pero
digamos que para el estudio y las prácticas de la presente lección no es de
importancia. En
el proceso de montaje de los componentes en la plaqueta, en ocasiones es
necesario aumentar el número de contactos, esto se logra fácilmente
puenteando una determinada línea con otra que esté libre. Lo mismo sucede en
los casos que se aglomeran muchos elementos, o son de dimensiones físicas
grandes, también en estos casos se alejan a líneas libres mas distantes y se
efectúa el puente al lugar de contacto mediante alambres de conexión de largo
apropiado. Un
ejemplo claro lo tenemos con el preset y
los transistores, ya que no queda más remedio que alejarlos del integrado.
Antes de insertar el preset, debe abrir un
poco las patitas correspondientes a los extremos del cursor a fin de que cada
una de ellas entre en contacto con una línea distinta, de lo contrario
entrarán las dos en la misma, quedando de este modo en cortocircuito, y si
bien no se quemará nada, tampoco tendrá actuación.
RADIO INSTITUTO
NOTA: Se
envía el material completo menos la plaqueta de ensayos y el integrado CD4011
que ya fueron provistos en el trabajo anterior. Asimismo le enviamos un
transistor de cada tipo demás (cinco en total) por si en los ensayos se quema
alguno.
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