Actividad Nº5: Contador discreto

Contador discreto

(Para descargar el archivo con el circuito diseñado por nosotros click aquí)

El circuito que vemos en la imagen anterior corresponde al circuito que vamos a estudiar, tanto su funcionamiento como sus componentes. Para ello lo primero que realizamos fue una lista con cada componente que íbamos a necesitar.

Una vez que vimos nuestras necesidades pasamos a averiguar que era cada componente, para que sirve y su funcionamiento. Para ello lo que necesitamos fueron los hojas de datos de todos los componentes a utilizar. Los componentes que buscamos fueron los que aparecen en la lista de materiales. (click para descargar las hojas de datos)

Una vez que teníamos las hojas de datos que requeríamos para poder comprender dicho circuito comenzamos a leerlas para saber con que componentes nos estábamos encontrando y tratar de entender su funcionamiento.

Circuito integrado 4002

Este circuito integrado es una compuerta NOR de cuatro entradas. Su ecuación lógica es:

Dicho en palabras seria la sumatoria de todos los estados lógicos de la entrada y una vez que tenemos el resultado lo negamos (es decir, si teníamos un "1" lógico pasa a ser un "0" lógico).

Para poder comprender lo que representa dicha ecuación es necesario saber álgebra de bool.

Configuración en circuito:

• La primer compuerta tiene sus entradas conectadas a un resistor que va a VDD y su salida al pin 1 del 4510
• La segunda compuerta esta conectada a las cuatro salidas del integrado 4510 y su salida conectada al transistor BC337 y a la pata de reset del flip flop.

Circuito integrado 4013

El circuito integrado 4013 es un dual flip flop, es decir consta de dos flip flop que se pueden usar por separado o unir los set y reset de cada uno y utilizar los dos juntos.

Para mas información sobre flip flop click aquí.

Configuración en circuito:

Como vemos en la imagen anterior vemos que el integrado es un doble flip flop "D" pero el mismo esta configurado como un flip flop "RS". El cual cuando se le da un  pulso a la entrada de Set la salida Q se pondrá en "1" y la salida Q negada en "0". Pero cuando le coloquemos un "0" a la entrada de reset Q se pondrá en "0" y Q negada en "1". Para setearlo tenemos un pulsador a +V que al pulsarlo nos enviara un "1" lógico y este llegara a la pata de set del 4013 y como hemos dicho antes, cuando esto sucede la salida Q se ira a un "1" lógico.

Circuito integrado 4510

El 4510 es un contador BCD. Lo que hace es aumentar o disminuir su valor dependiendo de lo que poseamos a la entrada y los pulsos que le enviemos a la pata UP/DOWN. Además podemos configurar el número con el cual con el cual deseamos que empiece a contar. También posee un carry que es para ver cuando se esta produciendo un OverFlow.  Para saber mas de su funcionamiento click aquí.

Configuración en circuito:

• Vemos que tiene en pin "9" un reset, entonces le mandamos un "0" lógico para que el mismo no se resetee.
• Además tenemos un pin de preseteo, lo cual hace que el integrado cargue todo el tiempo el valor que poseemos a la entrada cuando esta activo, como es activo por "1" lógico, entonces como queremos que este desactivado para que pueda contar le mandamos un "0" lógico a través de una compuerta NOR. 
• También tenemos el pin "10" que es el UP/DOWN que lo que produce es aumentar o disminuir el valor que esta contando dependiendo de que tipo de tensión poseemos cuando lee la pata con el pulso que nos llega del clock. Si es positiva dicha tensión aumentara el valor, si el valor es nulo lo que hará sera disminuir el valor. En este caso le estamos enviando un "0" lógico para que el número disminuya. 
• Luego tenemos el Carry In en pata "5", a esta pata le enviamos un "0" lógico para activarlo, así cuando llegue a el máximo valor de preselección deje de contar, en este caso 0. Pero este valor se lo enviamos desde el flip flop, que es el integrado 4013. A este integrado que es un flip flop "D" lo configuramos con un flip flop "RS" para que cuando le mandamos un pulso a set se setee y luego cuando el contador llegue a 0 saldrá de cada salida un "0" lógico (por las salidas Q1, Q2, Q3 y Q4).
• Esas cuatro salidas nombradas anteriormente son enviadas a cuatro entradas del 4002, pero la segunda compuerta y como es una cuando todas sus entradas se encuentren en "0" lógico nos dará un "1" lógico a la salida. Este uno entra por pata "4" del 4013 y resetea dicho integrado produciendo que la salida Q negada (pata 2) se ponga en "1" y a pata "5" del 4510 le llegue dicho uno "1". La pata "7" que es el CarryOut no la conectamos. Y por último las cuatro salidas del 4510 las mandamos a las cuatro entradas del 4511 ("A1" a "A", "A2" a "B", "A3" a "C" y "A4" a "D"). 

Circuito integrado 4511

Este integrado es un conversor de BCD a 7-segmentos. Lo que hace es recibir un dato codificado en BCD y lo transforma a 7-segmentos para poder mostrar su valor a través de un display de 7-segmentos.

Configuración en circuito:

Comenzamos viendo sus patas y ver como hay que configurarlo para su correcto funcionamiento. 

• El lamp test, blanking input y el latch enable or Strobe son para probar el display, entonces lo desactivaremos, para ellos lo que haremos sera conectar el lamp test y blanking input a +V y el LE/STBE a masa.
• Como antes mencionamos las salidas del 4510 van a la entrada del 4511. 
• Todas las salidas van a un resistor de 330 Ω y luego van al display. 
• Para finalizar de las entradas del 4511 sacamos una NOR de 4 entradas y la mandamos a la pata de reset del 4013. Y además de la salida del 4013 sacamos un resistor de 10 KΩ a un transistor BC 337 y le colgamos un buzzer por colector y lo mandamos a masa.

Funcionamiento del circuito:

1. Cuando activamos las alimentaciones veremos que el display aparecerá encendido en el número nueve. Esto se debe a que este diseño empieza a contar desde dicho numero, por lo tanto en el seteo del integrado 4510, es decir, los pines A,1 A2, A3 y A4 se le configura la codificación necesaria para poder representar el número deseado. Entonces mientras el circuito se encuentre activo, osea con sus alimentaciones conectadas, veremos en el display el número nueve hasta su activación a través del pulsador.
2. Cuando activamos el circuito mediante el pulsador lo que sucede es que el flip flop por su configuración se setea y cambia la salida de Q negada a "0" lógico. Este "0" lógico llega al pin 5 del 4510 (este pin es el encargado de hacer que el integrado cuente o deje de hacerlo).
3. Cuando el pin 5 recibe el "0" lógico lo que ocurre es que el contador empieza a contar. Esto se debe a que cuando en la entrada de CI tenemos un 1 lógico el integrado no cuenta, ya que su entrada es activa por 0.
4. Ahora con la habilitación CI del integrado 4510 activada va a comenzar el funcionamiento del mismo, es decir, comienza a contar en forma descendente.
5. Luego lo que ocurrirá es que el contador empieza a variar sus salidas para mostrar la codificación del número que esta contando, en nuestro caso nos mostrara el "8,7,6.....0" (todos estos números están codificados en BCD natural).
6. Luego esas codificaciones son enviada de las salidas del 4510 a las entradas del 4511.
7. Al llegarle el código el 4511 lo que hace es transformar el número que posee en su entrada y transformarlo a 7-segmentos, para que luego el display se prenda de manera que podamos ver el número que necesitamos.
8. Ahora las salidas del 4511 son enviadas a un resistor y al display de 7-segmentos. Los resistores son para limitar la corriente y así no quemar el display y además poder controlar la luminosidad del display. 
9. Mientras los números van descendiendo los datos van yendo del 4510 hacia el 4511 y del 4511 a el display, por lo tanto mientras va variando podemos observar el número que esta contando.
10. Una vez que el circuito finaliza su conteo lo que sucede es que el número "0" se ve en el display.
11. Como la cuenta finalizo y tenemos el número 0, lo que ocurre es que la configuración en BCD del número "0" nos va a generar un "1" lógico en salida del integrado 4002B (en la segunda compuerta utilizada, por eso el "B" al final del nombre del integrado). El 4002B esta conectado sus cuatro pines de entrada a las salidas Q1, Q2,Q3 y Q4. Y la salida del 4002B va al transistor BC337 y a la pata de reset el flip flop.
12. El "1"lógico generado por la compuerta nos va a producir dos cosas. Primero nos va a saturar el transistor BC337 produciendo la activación del buzzer. Y segundo nos va a resetear el flip flop ya que nos va a llegar un "1" lógico a la pata de reset produciendo que la salida Q negada pase a "1". Cuando esto ocurra al pin 5 del 4510 nos llegara un "1" y deshabilitara dicha pata produciendo que el integrado se ponga en un estado que no cuenta y deja el número por el cual iba contando
13. Cuando el buzzer es activado empieza a sonar hasta que apaguemos las alimentaciones del circuito.
14. Para reiniciar el circuito hay que desconectar la alimentación y volver a encenderla así todos los valores vuelven a su configuración inicial.

Actividad Nº4: Amplificadores operacionales

Amplificadores Operacionales

En esta nueva actividad lo que haremos sera aprender aun mas sobre los amplificadores operacionales, pero no seguiremos viendo solo la teoría, lo que vamos a hacer es ver su funcionamiento practico.

Información sobre amplificadores operacionales

En este trabajo práctico utilizaremos el amplificador operacional LM 741, a continuación indicaremos su pinout.

 

En la primera experiencia armamos el circuito denominado como Amplificador Inversor. Pero sumandole a la entrada un divisor resistivo con un preset.

 

Donde la formula de Vout es: Vo = -Vi * (R2 / R1)

Al medir el divisor resistivo con el preset todo hacia la izquierda nos dio exactamente 1.14V, en el centro nos dio aproximadamente 0V y todo hacia la derecha nos dio -1.21V.

Vs [V]	Vo[V]
0,96	-8,95
0,95	-8,95
0,79	-8,93
0,52	-8,02
0,18	-2,73
0	0
-0,02	3,2
-0,41	6,38
-0,52	8,14
-0,85	9,58
-1,02	9,58

El circuito por lo visto en el gráfico no se comporta linealmente y demuestra que se lo llama inversor debido a que al ingresarle una  tensión positiva a la salida obtengo tensión negativa y viceversa.

Luego pasamos a medir en modo X - Y donde muestra un gráfico siendo Y la Vs y siendo X la Vo. Teniendo en la entrada una señal triangular de 2Vpp con una frecuencia de 1KHz.

Por la formula de ganancia vista anteriormente sabemos que la ganancia es de 15 veces, que sería 23.52dB y al variar la tensión de entrada siempre y cuando no se sobrepase el 75% de los valores máximos admisibles, en la ganancia no se va a producir ninguna variación.

Si cambiamos la R2 que es la Resistencia de realimentación a 220K la ganancia aumentara, en cambio si disminuyo la R1 la ganancia disminuira.

Si quitamos la RL o Resistencia de carga no varía la ganancia ya que como se ve en la formula no depende de ella.

Si al pin 4 donde esta conectada la carga negativa lo mandamos a GND la tensión queda fija en 9.12V salvo cuando se llega a los extremos del preset donde cae abruptamente.

Ahora, si desconectamos el puente J1 que seria la alimentación de continua y en vez de ello le inyectamos una señal senoidal menor a 400mVpp con una frecuencia de 1KHz nos da la siguiente tensión de salida.

Si aumentara demasiado la tensión de entrada el circuito llega a un momento donde ya no puede dar mas tensión y es donde empieza a recortar la señal así dando la máxima tensión como muestra la siguiente imagen.

Al aumentar la ganancia a 1MHz, la ganancia empieza a dejar de responder al cociente entre R2 y R1, a diferencia de si utilizara un TL082 no ocurriría, en el caso del 741 lo que sucede es que a partir de esa frecuencia empieza a atenuar la señal y en el TL082 no sucede ya que la frecuencia máxima hasta donde sigue manteniendo la relación es al rededor de los 5MHz.

En la segunda actividad armamos un Amplificador No Inversor donde el circuito es el siguiente.

Donde la formula de Vout es la siguiente:  Vo = Vi * (1 + (R2 / R1))

Ahora vamos a ir mostrando diferentes mediciones que fuimos haciendo al ir aumentando la tension de entrada de la señal la cual era de 1KHz hasta que llegue a recortar.

En el caso de que hagamos un cortocircuito en la resistencia de realimentación y se convierta en un buffer la ganancia pasa a ser 1, Este circuito se lo utiliza normalmente para separar etapas y por eso mismo también es conocido como "separador" y se lo utiliza para adaptar impedancias, es decir eliminar los efectos de cargas importantes.

Para Calcular la Ri del operacional, lo que se puede hacer es conectar una fuente de continua a una resistencia cuyo valor conocemos, esa resistencia a la pata positiva del operacional y a la pata inversora conectarla a masa, todo esto sin alimentacion.
Medimos la tension entre la fuente y masa, luego medimos la tension en la resistencia, con la tension calculamos la corriente y luego lo unico que hay que hacer es la tension total menos la tension en la resistencia sobre la corriente y asi obtenemos la Ri del operacional