LECCIÓN Nº 4
TRABAJO PRÁCTICO
VERIFICACIÓN DE ESTADOS LÓGICOS EN LA PLAQUETA DE ENSAYOS (PROTOBOARD)
En esta lección vamos a comprobar los cambios de estado que se producen en un circuito integrado CD4011, que es una cuádruple compuerta NAND de 2 entradas, según sean los niveles lógicos aplicados en las entradas, de acuerdo a la tabla de verdad correspondiente a este integrado.
Para ello nos vamos a valer de la plaqueta de ensayos y la verificación de los sucesos se efectuará con la sonda lógica que hemos construido.
Comenzaremos por conocer la plaqueta de ensayos. En la figura 1 A y B se observan 2 modelos existentes en plaza; veamos como es por dentro y como acondicionarla para trabajar con ella.
Fig. 1 A
Fig. 1 B
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Cada línea de terminales está unida internamente, o sea que tienen contacto entre sí como si fuera un solo punto de conexión, y a la vez está perfectamente aislada de las que tiene a cada lado.
Las dos líneas laterales que corresponden a la alimentación, es decir donde se conecta la fuente de energía, suelen tener continuidad de punta a punta, pero no en todos los casos; algunas marcas las interrumpen en el medio. En ese caso hay que realizar un puente con alambre aislado en cada una de ellas, verifique con un tester si hay o no continuidad.
Luego es conveniente unir ambas líneas laterales entre sí; positivo con positivo y negativo con negativo, a fin de tener tensión de fuente accesible fácilmente a lo largo de toda la plaqueta.
Los signos + y - no vienen marcados, por lo tanto realice estas marcas con un trazador indeleble a fin de no cometer errores luego al insertar componentes.
Uno de los modelos viene con la indicación de la línea positiva mediante una raya roja y la negativa de color azul o negro, aquí conviene respetar los colores y marcar los signos como corresponde, rojo + y negro o azul -, y luego tener cuidado, porque en ésta un lateral tiene el positivo por afuera y el otro por adentro de la plaqueta, por lo que al insertar un material fijarse bien en la raya para no confundir el positivo con el negativo.
En el otro modelo que viene sin marcas, hemos elegido las líneas externas como negativo y las internas para el positivo, de este modo es muy difícil confundirse porque en cualquier posición de la plaqueta siempre quedan igual. Claro que si prefiere esta disposición, puede realizarla fácilmente borrando tales rayas, que en realidad es lo mas conveniente.
Pasemos ahora a ver las características del circuito integrado CD4011, para ello incluimos la hoja de datos del manual NATIONAL que es uno de los fabricantes. Figura 2
Se observa que además del integrado CD4011 se dan los datos del CD4012 y el CD4023.
Digamos que las características en los tres son iguales, es decir que se trata en todos los casos de compuertas NAND con iguales consumos, tensiones de alimentación, tecnología de fabricación etc., solo varía la cantidad de entradas y naturalmente la cantidad de dispositivos encapsulados, dado que los tres tienen 14 pines.
Incluimos solo la tabla de verdad para dos entradas, que corresponde al CD4011 con el que vamos a trabajar, las otras en realidad son similares, solo que más extensas, pero en definitiva digamos que solo dan salida 0 cuando todas las entradas están en 1, los demás estados sea cual fuere la combinación de unos y ceros dan salida 1.
MEDICIÓN DE ESTADOS
Comprobación de la tabla de verdad NAND.
Vamos a comenzar insertando el circuito integrado en la parte central de la plaqueta, de modo que quede una fila de terminales en las líneas de contacto de una mitad de la misma, y la otra fila en la otra mitad. Seguramente deberá acondicionar las patitas con una pinza para darle la distancia porque vienen muy abiertas. Corte varios trozos de alambre de conexiones de 3 o 4 cm y quite el aislante en ambas puntas un centímetro aproximadamente. Corte otros dos trozos de 10 a 15 cm y también pele ambas puntas.
Mediante los alambres cortos vamos a darle alimentación al integrado: vemos en el diagrama esquemático que el terminal 14 corresponde a +B, indicado VDD, o sea que se conecta a la línea + de la plaqueta. Luego conectamos el negativo que corresponde a la patita 7, indicado VSS, a la línea - de la plaqueta. Para realizar la experiencia podemos elegir cualquiera de las cuatro compuertas que se dispone, usamos en este caso la correspondiente a los terminales 1, 2, y 3.
En los terminales 1 y 2, que son las entradas insertamos una punta de los alambres largos, la otra punta la usaremos para dar los estados bajo o alto según la tabla, o sea que se conectarán a la línea + o menos de la plaqueta, como corresponda.
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Fig. 2
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Continuamos insertando el diodo 1N4007, el cátodo en la línea + de la plaqueta y el ánodo en una línea vacía cualquiera de 5 terminales, preferiblemente sobre una punta de la plaqueta para que no ocupe espacio. Aquí conectaremos el positivo de la fuente de alimentación.
Seguimos con la inserción del electrolítico de 100 Mf de filtro de +B, se coloca de la línea + a la -, tenga cuidado de no conectarlo al revés, recuerde que explotan. El diodo ya sabe que se utiliza como protección para el caso de que por error conectara la fuente con la polaridad invertida, estando el diodo, no circulará corriente y se evita un posible desastre, como podría ser quemar el integrado.
Este diodo al igual que el electrolítico, debe dejarlos puestos en la plaqueta, porque siempre serán necesarios en los trabajos que se efectúen, aunque no se indique específicamente.
Conecte la sonda al positivo y negativo de la plaqueta en puntos distantes para evitar que se toquen los clip cocodrilo; conecte la fuente, el cable negro a masa de la plaqueta y el rojo al ánodo del diodo 1N4007. El montaje de todos los componentes se observa en la figura 3.
FIG. 3 MEDICIÓN DE ESTADOS LÓGICOS EN EL INTEGRADO
Como vemos en ésta figura, se encuentra conectada la segunda compuerta correspondiente a los terminales 5, 6, 4, que bien podría haber sido otra, para así comprobar también la tabla de verdad AND
Efectivamente, con dos compuertas NAND se puede reemplazar una compuerta AND del tipo CD4081 (cuádruple compuerta AND de 2 entradas), pero en cambio no es posible hacerlo a la inversa, es decir con dos compuertas AND reemplazar una NAND.
El motivo es simple de explicar, sucede que las compuertas AND son seguidoras del estado alto presente en las entradas, y de esta manera aunque se conecten varias en serie la salida seguirá siendo 1 solo cuando las dos entradas de la primera de ellas esté en 1.
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En cambio las NAND son inversoras del estado alto de las entradas, de modo que al conectar dos en serie como se aprecia en la figura 5, se obtiene nuevamente el 1 que hay aplicado en las entradas, por lo que decimos que el comportamiento es igual a una sola AND.
El círculo que se observa en la salida de las NAND, indica que la salida es inversora, y se emplea en todos los integrados que tienen esta característica. Dicho círculo, también puede encontrarse presente en la entrada de algunos integrados, lo que significa que dicha entrada, internamente, invierte el estado que se le aplique.
Bien, solo resta dar alimentación a la plaqueta y comprobar con la sonda los estados que se dan en las salidas de las patitas 3 para la primer compuerta, y 4 en la segunda, donde se simula una AND, según como se hayan conectado los cables de las entradas A y B (patitas 1 y 2).
Para un correcto funcionamiento de la compuerta, ninguna entrada debe quedar sin conexión, es decir "al aire", porque se produce un estado de indecisión en la misma y provoca también una salida indecisa. En este caso, en la sonda es probable que queden encendidos los dos led indicadores del estado bajo y alto (verde y rojo) al mismo tiempo, con un brillo menor.
En las figuras 4 y 5 exponemos el circuito esquemático de éste trabajo, creemos que es suficientemente claro como para que no tenga dificultades. Se incluye la tabla de verdad AND, y en ambas figuras se expone la sonda de medición con la indicación en el cuadro de cual es el led que se enciende de acuerdo a los estados de las entradas A y B, por lo tanto.... manos a la obra.
En la próxima lección vamos a armar otras etapas muy interesantes y también comprobaremos su funcionamiento en la plaqueta de ensayos.
FIG. 4 MEDICIÓN DE UNA COMPUERTA NAND - ESTADOS POSIBLES
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FIG. 5 MEDICIÓN DE UNA COMPUERTA AND A PARTIR DE 2 NAND - ESTADOS POSIBLES
LISTA DE MATERIALES
1 - Plaqueta de ensayos (Protoboard) 1 - Diodo 1N4007
1 - Circuito integrado CD4011 Alambre aislado de conexiones
1 - Electrolítico de 100 Mf X 16 V
