• Author / Uploaded
• luis

Citation preview

Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Departamento de Electricidad

Práctica # 1 Interfaces para Circuitos Digitales Objetivos En esta práctica implementará y diseñara circuitos útiles para el ingreso de datos e interfaces visibles para observar las salidas lógicas de cualquier circuito digital.

Introducción





Funcionamiento de los pulsadores. Funcionamiento de los interruptores. Principales aplicaciones de los pulsadores e interruptores. Los Diodos Emisores de Luz (LEDs).

A lo largo de los ejercicios de laboratorio tendrá la necesidad de cambiar el nivel lógico de algunas terminales de entrada de sus circuitos, así como de observar el estado lógico en que se encuentren determinadas salidas. Para lograr esto se pueden utilizar circuitos simples compuestos por pulsadores (push bottoms) e interruptores o llaves (switches) como entradas digitales; y los populares LED, que son diodos emisores de luz, como salidas digitales.

Figura 1.1.

Circuitos para Entradas Digitales Los Pulsadores Existen dos tipos de pulsadores, los NA (normalmente abiertos) y los NC (normalmente cerrados), la diferencia se muestra en la figura 1.2(a). El pulsador NA, esta siempre abierto (como el pulsador de timbre), y cuando se desea activarlo se pulsa y se logra contacto. En cambio el pulsador NC se encuentra siempre cerrado (en conexión), y cuando se pulsa, este se abre. VCC = 5Vdc

NA

VCC = 5Vdc

NA

R

Circuito Digital

Circuito Digital NC

NA

R

GND

(a)

GND

(b)

(c)

Figura 1.2. (a) Tipos de pulsadores; (b) y (c) conexiones del pulsador NA. 11

En la figura 1.2(b) y 1.2(c) se muestra las dos configuraciones básicas para el pulsador NA; ambas configuraciones tienen sus diferencias, según las aplicaciones para las que se las requiera. Por ejemplo la configuración de la figura 1.2(b), mantiene una salida constante de aproximadamente 5V, dependiendo de la carga que se conecte a sus salidas, como muestra la figura 1.3(a). Normalmente la impedancia de entrada de cualquier circuito digital es alta, lo que por un simple divisor de voltaje se puede calcular que gran parte de los 5V caerá en esta entrada (VE ≈ 5V); además esta configuración protege de un excesivo ingreso de corriente al circuito digital. Cuando el pulsador se acciona, la configuración del circuito es como se muestra en la figura 1.3(b), donde se puede observar que el voltaje de entrada al circuito digital VE es de 0V, mientras el pulsador este accionado. Por otro lado, la resistencia que antes servia para regular el paso de la corriente al circuito digital ahora también tiene la función de protección evitando el corto circuito entre VCC y GND. El valor de la resistencia utilizada en algunas aplicaciones es de 1kΩ, su potencia lo determina el diseñador, dependiendo de cuanta corriente circulara a través de ella.

VE ≈ 5V

(a)

(b)

Figura 1.3. Comportamiento del circuito 1.2(b), interruptor: (a) abierto; (b) cerrado. Los Interruptores (switches) Existen varios tipos de interruptores o llaves, entre los que se destacan los de dos terminales y los de tres terminales. En la figura 1.4(a) se muestra los símbolos de los interruptores de dos y tres terminales. Una configuración básica para utilizar interruptores de tres terminales se muestra en la figura 1.4(b).

(a)

(b)

Figura 1.4. (a) Tipos de llaves; (b) Conexión de una llave de 3 terminales. Los interruptores de dos terminales tienen un funcionamiento similar a los pulsadores, por lo que las configuraciones mostradas en la figura 1.2(b) y (c) son también validas para estos.

12

También se pueden encontrar en el mercado grupos de interruptores de dos terminales encapsulados en chip, como por ejemplo el DIP switch, que puede tener un conjunto de 4, 6, 8, y 12 interruptores, independientes entre si, en una sola empaquetadura del tamaño de un circuito integrado. En la figura 1.5 se muestra un DIP switch de 8. Figura 1.5. DIP switch de 8

Salidas Digitales Diodos Emisores de Luz (LEDs) Otra de las necesidades es la de poder visualizar algunas salidas de los circuitos que se presentarán en los siguientes laboratorios. Una aplicación útil es el uso de LEDs (light emmiting diode, diodo emisor de luz). Los LEDs deben conectarse de la manera correcta, en la figura 1.6 se pueden ver identificados el ánodo (A) y cátodo (K) de un LED. El cátodo es la terminal mas corta y se puede ver una ligera muesca en el cuerpo de los LEDs redondos. Si puede observar a trasluz el interior de la cápsula del diodo, notará que el cátodo es el electrodo de mayor superficie (éste no es un método de identificación oficial). A K

muesca

(a)

muesca

(b)

Figura 1.6. (a) Símbolo del LED; (b) apariencia física LEDs de colores Los LEDs están disponibles en colores rojo, naranja, ámbar, amarillo, verde, azul y blanco. El color de un LED es determinado por el material del semiconductor con el cual es construido, no por la coloración de la cápsula (el cuerpo de plástico). Los LEDs están disponibles en todo color de paquetes transparentes o ahumados.

LEDs tricolores El tipo más popular de LED tricolor es el de color rojo y verde en una cápsula de tres terminales, como se muestra en la figura 1.7. Estos LEDs se llaman tricolores debido a que se puede polarizar los LEDs rojo y verde simultáneamente, y la combinación produce un tercer color, amarillo. Note las diferentes longitudes de las tres terminales. La terminal central (K) es el cátodo común para ambos LEDs, las externas (A1 y A2) son los ánodos del LED.

Figura 1.7. Apariencia física del LED tricolor LEDs bicolores Un LED bicolor tiene dos LEDs alambrados en paralelo en forma inversa (uno en un sentido y el segundo en sentido inverso) encapsulados en un paquete de dos terminales. Un único LED puede encenderse a la vez. Estos LEDs son menos útiles que los LEDs tricolores. 13

Circuitos con LEDs ¡Nunca conecte un LED directamente a una batería o fuente de energía! Si lo hace, corre el riesgo de destruirlo debido a la corriente que lo atraviesa, que sobrepasa la corriente máxima que puede soportar el dispositivo. En la figura 1.8 se muestra dos posibles circuitos con LEDs que permiten ver si una determinada salida de un circuito digital es ALTO (1 lógico) o BAJO (0 lógico) sin riesgo de dañar el LED. El circuito de la figura 1.8(a) muestra una conexión directa de una salida con un LED y su resistor de protección. La resistencia R1 previene que circule una excesiva corriente a través del LED y que se establezca entre las terminales de este un voltaje mayor al recomendado. La iluminación del LED en esta configuración es sensible al nivel de voltaje de VS. Como el voltaje de salida VS, de un circuito digital puede variar de 3.5 a 5V, el circuito de la figura 1.8(a) no es el óptimo, pero si es útil en muchas aplicaciones.

(a)

(b)

Figura 1.8. Configuraciones circuitales para excitar LEDs El circuito de la figura 1.8(b) maneja un transistor que trabaja como un interruptor; en el estado de apagado (abierto) y encendido (cerrado); el valor de R2 es importante para saturar el transistor con un voltaje VS adecuado; mientras que la resistencia R3 tiene la misma función que R1 en el circuito de la figura 1.8(a). En esta configuración la iluminación del LED es uniforme y lo determinan principalmente las características del transistor Q1. Por ejemplo, considerando un transistor 2N2222 se puede manejar un resistor R2 de 1KΩ para encender o apagar el transistor con un voltaje VSALIDA de 3.5 a 5Vdc.

Bibliografía ROBERT BOYLESTAD & LOUIS NASHELSKY. “Electrónica: Teoría de Circuitos”. Prentice-Hall. 6ta ed. 1997

Materiales







(1) Fuente de voltaje* (1) Protoboard (1) DIP switch y/o pulsador NA Juego de resistencias de ½W: (2) 1KΩ; (1) 10KΩ; (1) 100KΩ; (1) 1MΩ; R1 (ud. determina el valor) (1) Potenciometro 5KΩ (1) LED 5mm de diámetro * Disponibles en el Laboratorio de Electrónica Digital

14

Laboratorio Ejercicio 1.1. Circuitos de Entrada Construya en el protoboard el circuito mostrado en la figura 1.9(a) utilizando un interruptor de dos terminales (se le sugiere utilizar un DIP switch, le será útil en posteriores prácticas). Seleccione la resistencia RX de 1KΩ como la resistencia de entrada del circuito digital. Mida el voltaje VE cuando el interruptor esta ON y luego OFF. Repetir sustituyendo la resistencia de entrada a 10KΩ, 100KΩ y 1MΩ. Registre los resultados obtenidos en la tabla 1.2.

(a)

(b)

Figura 1.9. (a) Circuito para el ejercicio 1.1; (b) circuito para el ejercicio 1.2.

Ejercicio 1.2. Circuitos de Salida Construya el circuito mostrado en la figura 1.9(b). Determine el valor de la resistencia R1 empleando los datos de la tabla 1.1. Recuerde conectar de manera correcta los terminales del LED. Variando el voltaje VS de 0V a 5V, girando el potenciómetro, observe la intensidad de iluminación del LED mientras registra los valores requeridos de corriente y voltaje en la tabla 1.3.

Tipo/Color de LEDs ROJO AMARILLO VERDE BLANCO AHUMADO BLANCO TRANSPARENTE

Características Eléctricas-Ópticas (T = 25°C) lF [mA] VF [V] lP [nm] typ typ/max 12 15 15 15 15 12 10

2.0/2.6 2.1/2.6 2.2/2.6 2.1/2.6 2.2/2.6 2.0/2.6 2.2/2.6

Angulo de Iluminación

635 585 568 585 568 635 568

Tabla 1.1. Características de LEDs de 5mm de diámetro

15

Cuestionario 1.1.

Explique brevemente el funcionamiento del circuito de la figura 1.2(c). ¿Qué ventajas y desventajas presenta frente al circuito de la figura 1.2(b)?

1.2.

Generalmente en la figura 1.4(b) los resistores R son de 1 KΩ. ¿Cuál los objetivos de estos resistores?

1.3.

¿Qué es lo que sucede con un LED cuando se sobrepasa el voltaje VF máximo recomendado?, y b) ¿cuándo se polariza inversamente el LED?

1.4.

Explique brevemente la forma de calcular los resistores R2 y R3 del circuito de la figura 1.8(b).

1.5.

1 ¿Que son los circuitos antirebotes?, y ¿cuál es su finalidad?

1

 significa que debe investigar sobre el tema para responder la pregunta (recom. google)

16

Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Departamento de Electricidad

HOJA DE EVALUACIÓN Laboratorio de Electrónica Digital I Práctica 1, Interfaces para Circuitos Digitales

Fecha:

/

/

:

Horario:

dd / mm / aa

día

hh:mm

Grupo de Trabajo # Integrante 1: Integrante 2: Apellido(s)

PRE-INFORME

EN CLASE

CRITERIO DE EVALUACIÓN

Nombre(s)

EJERCICIO 1.1

Armado Circuito

5

3

2

0













Funcionamiento Circuito

35

20

10

0













Conocimiento del Tema

10

6

3

0













Presentación

10

6

3

0













Operaciones de Diseño

15

8

4

0













Simulación

10

6

3

0













Cuestionario

10

6

3

0













Conclusiones

5

3

1

0













PROMEDIO

TOTAL:

OBSERVACIONES: …….…………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………… VoBo. Docente:

NOTA FINAL:

ANEXAR ESTA HOJA COMO LA CARATULA DEL PRE-INFORME 1 17

HOJA DE TOMA DE DATOS, SE LLENARA DURANTE LA CLASE DE LABORATORIO

RX[Ω Ω]

VE [V] SWITCH ON

SWITCH OFF

1K 10K 100K 1M Tabla 1.2. Resultados del ejercicio 1.1.

VS [V] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0

VD [V]

ID = (VS – VD) / R1 [A]

ILUMINACION

NO

SI Tabla 1.3. Resultados para el ejercicio 1.2.

18