UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES

LABORATORIO 3 .- Circuitos Schmitt Trigger , puertas de tres estados, buffer inversor con salida en colector abierto, Timer 555 Profesor : Ing. Oscar Casimiro Pariasca ALUM:FELIX GUTIERREZ BILLY MARCOS 12190096

I. OBJETIVO: 1. 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 ó 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 - Protoboard. Alambre sólido AWG No. 30 diferentes colores; pelador de alambre; alicate de punta - Fuente de Voltaje

C.C. regulada de 5 Voltios; Multímetro.

III. CUESTIONARIO PREVIO

1. Explique el funcionamiento del Schmitt Trigger 74LS14 y sus aplicaciones.

Un Schmitt Inverter está diseñado para operar o cambiar de estado cuando su señal de entrada pasa por encima de un "voltaje de umbral superior" o UTV límite, en cuyo caso la salida cambia y va "LOW", y permanecerá en ese estado hasta que la señal de entrada cae por debajo de la "Baja Tensión Umbral" o LTV nivel en cuyo caso la señal de salida va "ALTO". En otras palabras, un Schmitt inversor tiene algún tipo de histéresis incorporado en su circuito de conmutación.

Esta acción de conmutación entre un umbral límite superior e inferior proporciona una "ON / OFF" señal de salida mucho más limpio y más rápido el cambio y hace que el inversor ideales Schmitt para la conmutación de cualquier señal de entrada lenta subida o lenta caída y, como tal, podemos utilizar un Schmitt desencadenar

convertir estas señales analógicas en señales digitales, como se muestra.

INVERSOR SCHMITT TRIGGER

Una aplicación muy útil de inversores Schmitt es cuando se utilizan como osciladores o convertidores de onda senoidal a la plaza para su uso como señales de reloj de onda cuadrada.

SCHMITT NO PUERTA INVERSOR OSCILADOR

El primer circuito muestra una muy simple oscilador tipo RC baja potencia utilizando un convertidor de Schmitt para generar una forma de onda de salida de onda cuadrada. Inicialmente el condensador C se descargue por completo por lo que la entrada al inversor es "LOW", resultando en una salida invertida que es "HIGH". A medida que la salida del inversor se realimenta a su entrada y el condensador a través de la resistencia R del condensador comienza a cargarse hacia arriba.

Cuando la tensión de los condensadores de carga alcanza el límite de umbral superior del inversor, el inversor cambia de estado, la salida se convierte en "LOW" y el condensador comienza a descargarse a través de la resistencia hasta que alcanza el nivel de umbral más bajo fuera el inversor cambia de estado nuevamente. Este alternar por el inversor produce una señal de salida de onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 33% y cuya frecuencia se da como: ƒ = 680 / RC.El segundo circuito convierte una entrada de onda sinusoidal (o cualquier entrada de oscilación para el caso) en una salida de onda cuadrada. La entrada al inversor está conectado a la unión de la red de divisor de potencial que se utiliza para establecer el punto del circuito de

reposo. Los bloques de condensadores de entrada cualquier componente DC presente en la señal de entrada que sólo permite la señal de onda sinusoidal pasar.Como esta señal pasa a los puntos de umbral superior e inferior del convertidor de la salida también cambia de "ALTO" a "LOW", y así en la producción de una forma de onda de salida de onda cuadrada. Este circuito produce un impulso de salida en el flanco ascendente positivo de la forma de onda de entrada, pero mediante la conexión de un segundo inversor Schmitt a la salida de la primera, el circuito básico puede ser modificado para producir un impulso de salida en el flanco descendente negativo de la señal de entrada .

2. Explique el funcionamiento del buffer inversor con salida en colector abierto 74LS16.

El circuito integrado 7416 consta de 6 inversores con salida colector abierto (máx. 15V).La tabla de la verdad de cada inversor es muy sencilla, simplemente invertimos el valor de la entrada.Los inversores son muy usados en electrónica, gracias a ellos podemos adaptar circuitos que necesitan ser controlados por lógicas inversas. También combinando varios uno detrás de otro podemos generar retardos pequeños, necesarios a veces para acceder a circuitos de forma segura.Este circuito integrado en su versión 74LS16 se vende por unos 0,3 Euros.Tabla verdad del inversor 7416

Entrada Salida

A Q

H L

L HLa salida de cada puerta lógica que contiene el dispositivo, debe ser conectada, mediante una resistencia pull-up, al positivo de alimentación a modo de carga. Es posible controlar salidas con niveles altos de tensión. Como ejemplo puede servir el dispositivo integrado SN7416. Contiene 6 inversores con una distribución de pines similar al SN7406 ya estudiado. Sin embargo, la salida a nivel lógico “1”, puede llegar a alcanzar del orden de los 15V, siempre que se conecte la salida a dicha tensión mediante la resistencia ya mencionada.

3. Explique el funcionamiento de las puertas triestado y sus aplicaciones (74LS126 ó 74LS367)

PUERTAS DE TRES ESTADOS

Algunos dispositivos contienen funciones lógicas con la posibilidad de que sus salidas queden desconectadas eléctricamente respecto al resto del circuito. Se dice que la salida de esa función está en estado de alta impedancia (Z). Eléctricamente dicha salida está aislada del resto de la función. El gobierno de ese tercer estado de alta impedancia (Z) se realiza mediante una señal de entrada adicional que posee la función lógica de este tipo de dispositivos. Mediante esta señal se activa o desactiva dicho estado, haciendo que la salida de la puerta lógica presente el nivel lógico apropiado de salida o bien que dicha salida quede aislada. La figura 4-4 nos muestra el diagrama de conexiones y la tabla de la verdad del dispositivo SN74126. Consiste en cuatro puertas de tres estados que realmente no realizan función lógica alguna. Gobernando sus respectivas señales de control se consigue que a la salida de cualquiera de las puertas esté presente la información de su correspondiente entrada o bien que dicha salida quede aislada, en alta impedancia, respecto a su entrada.

APLICACIÓN

+15V DC

4. Analizar el funcionamiento interno del CI. LM555. Describir el uso de sus terminales.

El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador.Sus características más destacables son:Temporización desde microsegundos hasta horas.

Modos de funcionamiento: Monoestable. Astable.

Aplicaciones: Temporizador. Oscilador. Divisor de frecuencia. Modulador de frecuencia. Generador de señales triangulares.

Pasemos ahora a mostrar las especificaciones generales del 555 (Vc = disparo):

Especificaciones generales del 555

Vcc5-

Voltios10-

Voltios15-

VoltiosNotas

Frecuencia máxima (Astable) 500-kHz a 2-MHzVaria con el Mfg y el

diseño

Nivel de tensión Vc (medio) 3.3-V 6.6-V 10.0-V Nominal

Error de frecuencia (Astable) ~ 5% ~ 5% ~ 5% Temperatura 25° C

Error de temporización (Monoestable)

~ 1% ~ 1% ~ 1% Temperatura 25° C

Máximo valor de Ra + Rb 3.4-Meg 6.2-Meg 10-Meg

Valor mínimo de Ra 5-K 5-K 5-K

Valor mínimo de Rb 3-K 3-K 3-K

Reset VH/VL (pin-4) 0.4/<0.3 0.4/<0.3 0.4/<0.3

Corriente de salida (pin-3) ~200ma ~200ma ~200ma

FUNCIONAMIENTOAntes de entrar a explicar los modos de funcionamiento antes mencionados se explicara el funcionamiento de algunas partes o etapas que lo conforman esto con el propósito de comprender lo mejor posible sus operaciones.

En la siguiente figura se muestra la distribución interna de bloques del integrado 555. Consta de dos comparadores de voltaje (U1 y U2), un flip-flop (U3), un amplificador de corriente o buffer (U4) y un transistor de descarga (Q1). En el caso de las resistencias que aparecen en el dibujo sirven como divisores de tensión (Ra, Rb y Rc).

Cada comparador tiene dos entradas de voltaje donde una es inversora y se le asigna el signo (-) y la otra no inversora a la que se le asigna el signo (+). Al comparador (U1) se le llama comparador de umbral y a (U2) comparador de disparo. Por lo tanto si aplica un voltaje mayor en la patilla no inversora o de signo positivo que en la inversora o de signo negativo, la salida del comparador es de un nivel alto y si a la patilla no inversora se le aplica un voltaje menor que a la patilla inversora la salida del comparador será de un nivel bajo.Los voltajes de referencia utilizados para los comparadores puede variarse al aplicar un voltaje externo a la patilla 5 de lo contrario se recomienda conectarlo a tierra a través de un condensador.En flip-flop cuando se aplica momentáneo en la entrada S y R está en bajo la salida Q es alta y si se le aplica un alta a R y S esta en bajo la salida Q será baja, si por alguna razón R y S están en bajo al mismo tiempo se mantiene la condición que existió previamente pero si las dos son altas es un valor que no se puede determinar.

5. Explicar los tres estados posibles de un temporizador 555 (alto, bajo y memoria). ¿Cómo están controlados por los terminales de disparo y de umbral?. Describir el uso de los demás terminales.

Funcionamiento del 555 en el modo astable

En la siguiente figura se muestra el tipo de conexión del integrado para que funcione en modo astable en cual generara un tren de pulsos.

R1, R2 y el condensador se encargaran de controlar el voltaje de entrada de los comparadores. Antes de conectar la fuente el voltaje es cero ya que el condensador se encuentra totalmente descargado, en esta condición el comparador de umbral aplica un bajo a la entrada R del flip-flop y alto a S de tal forma que Q es alto al mismo tiempo la salida Q] es bajo y el transistor está apagado y el condensador se descarga a través de R1 y R2.Con la fuente de alimentación conectada el condensador C1 comienza a cargarse hasta alcanzar las 2/3 partes del voltaje de la fuente (Vcc) haciendo que el comparador de umbral aplique un alto a la entrada R y un bajo a la entada S por lo que Q estará en baja y Q] en alto el transistor Q1 esta encendido haciendo que el condensador comience a descargarse a través de la resistencia R2 y el transistor.

Cuando el voltaje en el condensador se hace inferior al voltaje de disparo o sea 1/3 del voltaje de la fuente el comparador de disparo aplica un alto a S y el de umbral un bajo a R la salida vuelve a ser alta y se repite el ciclo anterior, haciendo que se genere el tren de pulsos.

Operación del 555 en modo monoestable

En la siguiente figura se muestra la forma de cómo conectar el 555 en modo monoestable en el cual generara un pulso de una duración determinada y calculada previamente, la resistencia R1 y R2, el condensador Q1 y el botón pulsador S1 se encargaran de controlar el voltaje aplicado a las entadas de los comparadores y a través de estos se determina el monto del disparo y la duración del mismo.

Al inicio el pulsador se encuentra apagado por lo que se aplica un bajo a la entrada S del flip-flop, Q] está en alto y la salida es baja; el transistor esta encendido por lo que descarga el condensador y conecta a tierra la en t rada de l umbra l .Al presionar el interruptor la patilla inversora del comparador de disparo recibe un bajo y aplica un alto a la entrada S del flip-flop haciendo que la salida pase a tener un estado alto, al soltar el interruptor la entrada S retorna a su nivel bajo pero la salida se mantiene en alto .Al mismo tiempo el transistor Q1 está apagado y el condensador comienza a cargarse cuando este supera los 2/3 del voltaje de alimentación el comparador de umbral aplica un alto a R y la salida vuelve a ser baja, con esto se logró que el estado alto durara por un tiempo determinado.

TERMINALES DEL TEMPORIZADOR 555

Pin 1- Tierra o masa: ( Ground ) Conexión a tierra del circuito (a polo negativo de la alimentación).

Pin 2- Disparo: ( Trigger ) En este pin es donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.

Pin 3- Salida: ( Output ) Aquí estará el resultado de la operación del temporizador, ya sea que este funcionando como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será igual a Vcc menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede poner a 0 voltios con la ayuda del pin 4 (reset).

Pin 4- Reset: Si este pin se le aplica un voltage por debajo de 0.7 voltios, entonces la patilla de salida 3 se pone a nivel bajo. Si esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se resetee.

Pin 5- Control de voltaje: ( Control ) El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 40 y un 90% de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará que la frecuencia del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si este pin no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias.

Pin 6- Umbral: ( Threshold) Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin 3) a nivel bajo bajo.

Pin 7- Descarga: ( Discharge ) Utilizado para descargar el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

Pin 8- Vcc: Este es el pin donde se conecta el voltaje positivo de la alimentación que puede ir desde 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). En las versiones militares de este integrado puede llegar hasta los 18 Voltios.

6. Determinar en forma analítica la frecuencia de la señal de salida de un CI 555 trabajando como multivibrador astable. ¿Cómo se calcula el Ciclo de Trabajo?. Calcular los tiempos en alto y bajo de la señal de salida del circuito del experimento. Cuál es la frecuencia de salida.

7. Determinar en forma analítica el tiempo de duración del pulso de salida de un CI 555 trabajando como multivibrador monoestable. Calcular los tiempos de duración del pulso de salida del circuito del experimento. El multivibrador monostable entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador (tiempo de duración).El esquema de conexión y las formas de onda de la entrada y salida se muestran en los siguientes gráficos.Ver que el tiempo en nivel alto de la salida de multivibrador monostabledepende del resistor R1 y el capacitorC1.La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel alto) es:T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)

Conexión y onda de salida del multivibrador monostable con temporizador 555

Observar que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el PIN # 2 del circuito integrado para iniciar la señal de salida.

8. Presente los circuitos de simulación de este experimento.

IV.

VI. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES.

http://www.academia.edu/9356663/M%C3%93DULO_1_ELECTR%C3%93NICA_DIGITAL_INDICE_BIBLIOGRAFIA

http://www.electronics-tutorials.ws/logic/logic_4.html

http://www.applelogic.org/files/74LS06.pdf

http://copro.com.ar/Lista_de_los_circuitos_integrados_de_la_7400_serie.html

http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-7416-ttl/

http://www.uv.es/marinjl/electro/555.htm

https://manequired751185.files.wordpress.com/2014/11/temporizador-555.pdf

http://electronica-electronics.com/info/555/555.html

Semestre 2015-II Ing. Oscar Casimiro P.