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LECCIÓN 9 LECCIÓN 10 |
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PRÁCTICA DIGITAL PRÁCTICA 3 PRÁCTICA 4
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Practicas digitales |
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La práctica, es una parte muy importante en todas las disciplinas de nuestro entorno y en la electrónica digital no es menos importante. La forma más didáctica de adquirir los conocimientos del día a día, sin dudar es la práctica, estas prácticas las consideramos como los ejercicios de la teoría que se describe en las lecciones de electrónica digital de estas mismas páginas, por lo que no entraremos en muchos detalles teóricos descritos allí. Y sin más, vamos a empezar por verificar los conocimientos adquirido.
Para poder seguir estas prácticas se recomienda disponer de un placa base o tablero, llamada 'PROTOBOARD', disponible en el mercado, algunas resistencias, varios diodos 1N4148, algunos diodos LED de colores (rojo, verde y amarillo), unos pocos condensadores cerámicos (y electrolíticos de bajo valor) y algunos circuitos integrados de puertas lógicas que, se indicarán en su momento, es todo lo necesario por lo pronto, ya se irá viendo en cada práctica.
Primero
la fuente de alimentación.
En el caso de no disponer
de una.
Tomar un transformador de 220V ÷ 9V
1A, un puente rectificador de 40V 1A, un regulador de 5V como el 7805, un condensador electrolítico de
2.200uf/25V. Y montaremos una
sencilla fuente de alimentación, con rectificación doble onda. Los
cálculos. Veamos: En
el secundario tenemos 9V alterna.
V = 9 x \/¯2 = 9 x 1,4142 = 12,29 V,
después de rectificados (doble onda).
Para en el condensador, vamos a acordar que, cada
amperio de salida le corresponda una capacidad de 2.200 µf. La formula para el
que la desee utilizar, es la siguiente
C= t x Imax : La tensión del condensador por
seguridad debe ser aproximadamente del doble de la tensión nominal, en
nuestro caso será de 25V. Así pues, C= 2.200 µf/25V.
La tensión ahora debe ser de 13V aproximadamente.
Rs = 13 V : 1A = 13W o el más
próximo 18W 1 Watio. RL = 13V - 5V : 0'05A =
160W, el valor estándar es 180W.
(Sin embargo, utilizaríamos para RL una R de
180W, para obtener alrededor de 5V.)
En el punto A del puente rectificador de la figura p2, el rizado es de
5V
aproximadamente, el rizado es menor
en el punto B, debido a la acción que ejerce el filtro C1,
esto se hace más patente cuando a la fuente se le exige un consumo con una
carga.
Hasta los puntos B y M (antes del cambio de color), puede considerarse la alimentación básica de 12V, sin embargo, necesitaríamos un diodo zener de 5V1, en paralelo con RL, para obtener los 5V.
Sería una mejor solución en lugar del diodo descrito, añadir el regulador 7805 y
poner C2 de sólo 100µf/25V y C3 de 100nf, según la figura p3 (en cuyo caso eliminar
del mismo las resistencias RS y RL, por no ser
imprescindibles, en este caso), para obtener los 5V característicos
para los ejercicios digitales propuestos y que veremos en sucesivas prácticas.
Las
Herramientas.
Recomendamos
que se disponga de los utensilios mínimos de trabajo, entre los que
destacaremos: un juego de destornilladores, tijeras, alicates de punta
universal, alicates de punta plana, alicates de punta redonda, unas pinzas,
un soldador y desoldador, cablecillo de conexión de 0'25 m/m, de sección
de diferentes colores, por supuesto para un mejor seguimiento un tablero de
pruebas de tipo mostrado en la figura p1.
Ejercicio 1.
Primero veamos cómo identificar el ánodo y cátodo de un diodo. Ahora, conectar un
extremo de un diodo led rojo, con el extremo de una resistencia R, de 330W, los extremos libres de ambos conectarlos entre el positivo y el negativo.
Conectar la fuente a la red y poner en marcha. Pueden darse dos casos: El diodo no luce, debido a que se ha conectado el cátodo al positivo y el ánodo al negativo, con lo que la polarización está invertida, de ahí el
termino de polarización inversa. El diodo si luce y, se deduce que está bien polarizado y podemos reconocer
el ánodo en el positivo y el cátodo en el negativo. Ya tenemos determinado los terminales, ánodo y cátodo del
diodo. Si no luce en ningún caso, debe estar cortado el diodo, pruebe con
otro diodo led. Bien, esto puede servirnos como probador de polaridad y
aprovecharlo para reconocer los cátodos o ánodos de
cualquier diodo
sólo tenemos que conectar en serie con el LED, el diodo a probar y si el
diodo bajo prueba está bien polarizado, el led lucirá. Ver imagen
de la derecha.
Vamos a construir y analizar
mediante diodos y resistencias las puertas OR y AND (que ya hemos estudiado en las lecciones), por su sencillez y
contemplando la posibilidad de necesitar realizar una de estas, en un proyecto en
el que se precise una puerta y no se disponga de espacio para incorporar un
circuito integrado para disponer de una puerta OR o puerta AND, ya que es igualmente efectiva, es lo
que se llaman puertas cableadas o DCL (Diodo Circuito Lógico).
Ejercicio 2.
Conectar cuatro diodos 1N4007 o mejor diodos led rojos, de forma que, con cuatro
interruptores se pueda simular por su encendido, el valor o peso de cada bit y así, analizar los códigos binario y
hexadecimal por extensión.
La
intensidad que soporta cada led según el fabricante es de 20 mA, la
recomendada es de 15 mA, lo cual mejorará la vida del led.
Rs = 5 : 0,015 = 333 Ohms ~ 330 Ohms. Una vez montado, pasamos a demostrar el funcionamiento del
sistema binario. Cerrar el contacto A con el interruptor, que ocurre,
el diodo correspondiente se enciente. Si los diodos se han dispuesto uno al
lado del otro en horizontal, al contemplarlos, lo que se desprende es que
tenemos un 1 (0001) en binario. Si el interruptor cerrado es el B,
el número expresado en binario será el 2 (0010) probemos de cerrar
el B y el C, el número en binario será el 6 (0110).
De esta forma tan sencilla, podemos obtener practica y habilidad en la
lectura del sistema binario del que hemos de ser conocedores para avanzar en
esta disciplina. Hemos visto que, con sólo cerrar el interruptor adecuado al valor (peso)
binario deseado, podemos representar un número decimal en formato binario,
recomendamos realizar repetidos ejercicios para adquirir soltura en la lectura.
Para la experimentación del
sistema hexadecimal, por acuerdo podemos obtener el sistema hexadecimal. Teniendo en
cuenta que el sistema binario comprende desde 0000 a 1111, si realizamos un
doble montaje como el mostrado en la figura p5, obtendremos la
posibilidad de representar y leer cualquier número hexadecimal, ya que
podemos considerar un grupo de 4 para el de menor peso F y el otro
grupo (de la izquierda) para el de mayor peso 8, por ejemplo el 8Fh,
la 'h' nos indica que se trata de un número hexadecimal, como ya se debe
saber. Ejercicio
3.
1) Realizar un circuito lógico con diodos y
resistencias, de tres entradas que cumpla la función sumadora (función O),
de lógica positiva. 2) Realizar el mismo circuito, para una
lógica negativa. En el
circuito de la fig. p6a, puerta O de lógica positiva, para un estado bajo en la entrada (interruptor
cerrado), nos dará un
estado bajo en la salida. Para un estado alto (interruptores abiertos, todos)
a la entrada nos dará
un estado alto en la salida. Espero haberme explicado. La práctica consiste además
en crear las correspondientes tablas de verdad de cada circuito y comparar
los resultados obtenidos, con los esperados, aquí presentamos la tabla para sólo 2
entradas. Los
ánodos de cada diodo, los iremos conectando como se describe a
continuación: Tabla O (OR) A,
B desconectados
= los LED no lucirán = 0 B A C 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Tabla de verdad correspondiente a la puerta AND está confirmada.
Tabla Y (AND) B A C 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 Así, se confirma la tabla de
verdad de la puerta OR de dos entradas. No obstante, si la posición
inicial de los conmutadores se pone en nivel 1, se puede considerar que la
puerta así constituida es una puerta Y, ya que para que la salida sea 0, será
necesario que A y B estén a
0
(masa).
Esto se puede ver mejor en el
circuito de la figura p6b, de lógica negativa, para obtener un estado alto en la salida, una de
las entradas o todas, han de estar a nivel bajo. Lo que representa una
inversión entre la entrada y la salida. Normalmente se
utiliza la lógica positiva para la representación de los circuitos
lógicos. Debido a que en la salida, nos interesa una
tensión mínima de 2'75V para el nivel alto, al medir la caída de tensión
a extremos de uno de estos diodos es de 0'8V y a extremos de la resistencia
de 330 Ohms es de 4'2V lo que nos interesa ya que se aleja de la zona de
incertidumbre respecto de los niveles L y H. Observemos que
la figura p6b, al aplicarle lógica positiva se comporta como una puerta Y. En
esta puerta la salida sólo estará a nivel alto (H), si no se conecta
ninguna entrada.
Nota.
En adelante la denominación 'circuito integrado' lo
escribiremos también como CI.
Dado que en nuestros días, se
pueden encontrar bastantes circuitos integrados de varias familias, compuestos
por puertas lógicas y pensando que existe una gran biblioteca de
libros de respetables autores, para acercar al estudiante a las prácticas, que
es la esencia de este curso, vamos a dar un paso superando la parte de las
puertas compuestas por los DTL diodos-transistores-resistencias, aunque
practicaremos con las RTL, para luego abordar las prácticas con circuitos integrados comerciales, con
los cuales se harán en algunos pocos casos los proyectos en la realidad. Piense
que, lo usual en nuestros días ya no son muy prácticos los circuitos
integrados con matrices de puertas lógicas, más o menos complejas y sus
derivados, ya que es más factible utilizar los microcontroladores, PIC's y similares,
especialmente por su gran flexibilidad a la hora de cambiar de función,
simplemente se le implementa un nuevo programa y se dispone de un nuevo proyecto
acabado, sin más. Pero sigamos con los pies en el suelo. Puestos en marcha de nuevo,
vamos a abordar como se ha indicado los próximos ejercicios con circuitos
integrados compuestos por puertas lógicas y seguiremos avanzando.
RS básico con NOR(Latch)
Mientras la mayor parte de nuestros circuitos de
practicas usan puertas NAND, las mismas funciones también pueden ser realizadas usando,
puertas NOR. Unos pequeños ajustes se deben hacer para tener en cuenta la diferencia en la función lógica, pero la lógica
compleja es bastante similar. El circuito mostrado debajo es una
báscula NOR básica. Las entradas generalmente son designadas "S" y "R" para " Set "
y "Reset" respectivamente. Como normalmente las entradas NOR debe ser 0 lógico para evitar anular la acción
báscula, las entradas en este circuito no están invertidas. El circuito de
báscula NOR básico es el de la imagen: Aplicando
otro 1 lógico a la entrada de la misma puerta no tendrá ningún efecto sobre este circuito. Sin embargo, aplicando
un 1 lógico a la otra puerta causará la misma reacción en dirección
inversa, cambiando así el estado del circuito de báscula. Recuerde
que está prohibido que tenga ambas entradas en un nivel 1 lógico al mismo tiempo. Aquel estado obligaría a ambas salidas a
un 0 lógico, anulando la acción sobre el efecto de basculamiento. En esta condición, cualquiera
de las entradas
que alcance primero la 0 lógica perderá el control, mientras la otra entrada (todavía en
1 lógico) controla el estado de
basculamiento. Si ambas entradas están a 0 lógico simultáneamente, el resultado es
un defecto típico ("de raza"), y el estado final de la báscula no se puede determinar de
antemano.
Un problema con las
básculas RS básico NOR es que las señales de entrada derivan activamente sus respectivas salidas
con prioridad a un 0 lógico, antes que a un 1 lógico. De modo que, la señal de entrada S es aplicada a la puerta que produce la
salida /Q, mientras la señal de entrada R es aplicada a la puerta que produce la salida Q.
Algunos
me han pedido que active esta práctica. El motivo de no estar disponible
hasta este momento, es
debido a la falta de tiempo por mi parte (esto es el 'mea culpa') y
también por que creía que no le interesaba a nadie, hacer prácticas.
Si
tienes alguna duda, no dejes de comunicármelo en
este enlace. Espero que la siguiente práctica no me cueste
tanto, ;o)
Creada el:
10/02/03 |
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V
; C ~= 2.200 µf
Para el circuito
báscula NOR, ambas entradas normalmente deberían estar en un nivel 0 lógico. Cambiando una entrada a
un nivel 1 lógico obligará a aquella salida a un 0 lógico. El mismo 0 lógico también será
aplicado a la segunda entrada
de la otra puerta NOR, permitiendo que la salida pueda elevarse a un nivel 1 lógico. Esto a su
vez realimenta a la segunda entrada de la puerta original, obligando a su salida a
permanecer en el estado 0 lógico hasta después de retirar la entrada externa.