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CURSO DE CIRCUITOS DIGITALES

LECCIÓN Nº 3


CONSTRUCCIÓN DE UNA SONDA LÓGICA

 

Se trata de un instrumento de medición de estados lógicos, de suma utilidad para verificar los estados de las entradas y salidas de cualquier circuito integrado sea de la familia CMOS ó TTL, ya que funciona con cualquier tensión de alimentación comprendida entre 4 V y 18 V.

En la técnica digital solo hay dos estados posibles; el estado bajo o cero que corresponde al potencial de masa o un valor muy cercano, y el estado alto o uno que es coincidente con la tensión de alimentación del circuito o también un valor muy cercano.

Cualquier otra tensión que no esté dentro de éstos parámetros podemos considerarla como tensión intermedia y esto indica una anomalía en el circuito.

Mediante la sonda lógica cuya construcción encaramos en esta lección se determina rápidamente cual es el estado en que se encuentra cualquier entrada o salida de un integrado digital en funcionamiento (prueba dinámica), es decir conectado al circuito que pertenece y con la alimentación dada.

Decimos que el estado lógico 1 (alto) está referido al nivel de la fuente de alimentación, lo que quiere decir que si el integrado a medir se encuentra alimentado con 5 V, como es el caso de los TTL, es de esperar una salida de entre 4,5 y 5 V, y si estuviera alimentado con 12 V, lo que indica claramente que es un CMOS, la salida estará comprendida entre 11 y 12 V. Durante el curso se ampliará el concepto.

Por este motivo todas las sondas lógicas de medición no disponen de alimentación propia, la cual debe tomarse del circuito a medir, para que la referencia del 1 sea la misma, de lo contrario la indicación del estado alto sería errónea. Con el estado bajo no pasaría nada ya que el 0 (cero) es cero siempre, independientemente del nivel de alimentación positiva de la fuente, por lo tanto esta medición sería correcta, pero es necesario que los dos estados sean indicados con seguridad.

FUNCIONAMIENTO

Si bien durante el curso vamos a analizar el funcionamiento de varios circuitos integrados, veamos brevemente como funciona éste y el conjunto de componentes que forman la sonda.

El integrado que usamos es un CMOS tipo CD4049 que viene a ser un séxtuple separador inversor. Existen otros separadores inversores, como el CD4069 por citar uno, pero hemos elegido éste porque suministra mayor corriente en las salidas y de este modo podemos alimentar los diodos led directamente, caso contrario habría que disponer un transistor para cada led.

En estado de reposo, es decir sin efectuar ninguna medición pero con la alimentación conectada, el terminal 14 del separador F se encuentra con un 1 a través de R4. Los separadores A y B están conectados en paralelo y las entradas correspondientes de los pines 3 y 5 se encuentran en nivel 0.

Decimos que están en 0 porque el integrado interpreta un 0, ya que en realidad hay un remanente de tensión que llega a través de R4, D3, R1 y la división que introduce R2, de manera que existe una pequeña tensión positiva, pero de nivel bastante inferior al estado intermedio por lo que el integrado lo toma como 0. Bien, en estas condiciones las salidas correspondientes a los terminales 2 y 4 se encuentran en estado 1, ya que el separador invierte la polaridad existente en la entrada. Con un 1 en las salidas el led L1 permanece apagado porque cátodo y ánodo se encuentran al mismo potencial.

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La entrada (pin 7) del separador C se encuentra a nivel alto a través de R3, por lo tanto la salida del pin 6 está en 0 y de este modo circula corriente por el diodo led L2 manteniéndolo encendido.

La entrada, pin 14, del separador F, ya hemos dicho que se encuentra en 1, la salida, pin 15 está en 0, como ésta salida ataca directamente las entradas 9 y 11 de los separadores D y E que están conectados en paralelo, también están en 0, por lo que las salidas de los pines 10 y 12 se encuentran en 1

Esta condición es igual a la existente en los separadores A y B, es decir que el led L3 tampoco enciende por estar al mismo potencial ánodo y cátodo.

Ahora veamos que sucede al aplicar la punta de la sonda en la salida de un integrado: Si el estado es 0 (bajo), el pin 14 que estaba en 1 (alto) pasa a 0 a través del diodo D3. Los pines 3 y 5 estaban en 0, por lo tanto continúan en 0. Los pines 15, 9, y 11 pasan a 1 y las salidas 10 y 12 a 0. Con un 0 en 10 y 12 también pasa a cero la entrada (pin 7) del inversor C, ya que la tensión que estaba presente es "robada" por medio de D2 que la deriva a las salidas 10 y 12. En ésta condición el pin 6 pasa a 1 por lo que se apaga el led L2 y se enciende L3 que indica que la medición corresponde a un estado bajo ó 0.

Cuando la sonda detecta un 1 en la medición, el pin 14 continúa en 1, la tensión en los pines 3 y 5 sube bruscamente superando ampliamente el nivel intermedio por lo que los separadores interpretan un 1 y cambian las salidas a 0. Ahora la tensión del pin 7 es derivada a masa por D1 con lo que también se apaga L2 y se enciende L1 indicando la presencia de un 1 (alto) en la medición.

Los diodos D4 y D5 polarizan la base de T1 con una tensión de 1,4 V constante con respecto a emisor (la caída en cada uno es de 0,7 V) cualquiera sea la tensión de alimentación, naturalmente dentro de los valores normales de funcionamiento que hemos dicho de 4 a 18 V. La resistencia R5 se encarga de limitar la corriente que circula por los diodos led. Esta disposición en el transistor permite obtener una corriente de colector casi constante aún con tensiones de fuente muy distintas y con esto conseguimos que los led brillen prácticamente con la misma intensidad, por ejemplo, con fuente de 5 V o fuente de 12 V.

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El diodo D6 sirve de protección de todo el circuito de la sonda en caso que por descuido la conectemos con la polaridad invertida porque impedirá que circule corriente.

PROCESO DE ARMADO

Las consideraciones para el armado de la plaqueta son las mismas que ya efectuamos en el trabajo anterior, solo que este impreso es mas pequeño por lo que habrá que tener mas cuidado.

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principalmente al soldar el circuito integrado.

Fíjese bien al insertar el integrado en el impreso, de no colocarlo al revés, en el dibujo de la plaqueta figura una de las puntas con una muesca que corresponde a las patitas 1 y 16. En el cuerpo del integrado esta identificación también puede ser una muesca, o un punto sobre el terminal 1, o una raya transversal y a veces las tres o dos cosas. Seguramente los terminales estarán muy abiertos y no entra en la plaqueta; con una pinza acomode las patitas dándole la distancia, insértelo, doble por abajo un poco una patita de cada extremo para evitar que se salga al dar vuelta la plaqueta y suelde una por una.

Las especificaciones de estos integrados dicen, entre otras cosas, que soportan 300º durante 10 segundos en el instante de soldadura, tiempo más que suficiente para efectuarla. De todos modos trate de no superar los 4 segundos con cada una. Digamos que si se está práctico esta operación no demanda más de dos segundos. La punta de la sonda es un alambre aislado de suficiente diámetro para lograr rigidez, un extremo se inserta en la plaqueta, doble un cm más o menos del lado del cobre y suelde.

El extremo de medición se pela solo 5 mm y se afila un poco, esto es así para evitar cortocircuitos con otros componentes cuando hay que efectuar mediciones en lugares donde hay muchos elementos instalados. Los diodos led conviene determinar su altura antes de soldarlos; si quedaron largos no los fuerce al poner la tapa, retóquelos con el soldador para bajarlos un poco, use el rojo como L1 (alto), el verde para L3 (bajo) y el amarillo para L2.

Use la mecha de 1,5 mm para efectuar los agujeros de salida de la punta de medición y de 3,25 para los diodos led. La entrada del cable polarizado de alimentación también puede efectuarla con la misma mecha realizando 2 agujeros juntos y luego con una lima plana pequeña le da forma rectangular.

La etiqueta se pega en la tapa como se observa en la figura del trabajo terminado; antes de colocarla conviene recortar los agujeros de los led con una tijerita de cortar las uñas, o mejor aún con un pequeño sacabocados.

Acostúmbrese a trabajar con prolijidad, aunque esto requiera una mayor dosis de paciencia, los resultados que se obtienen le darán una mayor satisfacción personal.

Recuerde que el cable rojo corresponde a la entrada + (positivo) y el negro a la - (negativo).

Una vez terminada de armar la plaqueta, se introduce primero la punta de la sonda en el orificio de salida del gabinete y se empuja suavemente hasta que esté en posición, luego se pasa el cable de alimentación por la ranura, de adentro hacia afuera. Acomode los led y la punta de la sonda, coloque la tapa con su tornillo, los dos clip cocodrilo, y ya está, ahora a probarla....

COMO SE USA

Para efectuar mediciones en un circuito digital, debe conectar a masa el negativo de la sonda y el cable rojo (positivo) al positivo de la fuente de alimentación en el mismo sitio que se alimentan los integrados a medir. Con esto queremos decir que puede haber mas de una tensión de alimentación del equipo en cuestión, por ejemplo podría haber integrados digitales TTL alimentados con una salida de fuente de 5 V, alguna etapa con CMOS alimentada con 10 V, u otra tensión, otra etapa de salida con 12 V etc. Sin ir tan lejos, la fuente realizada en la lección 1, entrega dos tensiones bien distintas; una de 19 V a la entrada del regulador y otra de 13,4 V en la salida.

Ya hemos dicho de la importancia que tiene que la tensión de alimentación de los integrados a medir sea igual a la de la sonda para la indicación exacta del estado alto. Si se tienen dudas hay que medir con un tester sobre la patita correspondiente a la alimentación del integrado y luego buscar esta tensión en la salida de fuente en algún punto que nos permita conectar sin dificultad el clip rojo.

Una vez conectada se verá brillar el led amarillo, que indica un estado intermedio o bien un circuito abierto. Esto significa que si al medir alguna salida de un integrado se mantiene encendido, en este punto puede haber una tensión cercana o igual a la mitad de la tensión de alimentación o bien cero volt pero sin referencia a masa, o sea un circuito abierto. Un circuito abierto es equivalente a tener la sonda en el aire, es decir sin contacto con nada.

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Demás está decir que si sucede lo dicho, el integrado está defectuoso. En cualquier medición normal, el led amarillo se apaga y se enciende el verde o el rojo según sea el estado, bajo o alto.

Si al medir una salida se encienden alternativamente el led rojo y el verde, estamos en presencia de una oscilación. Esta oscilación será de frecuencia mayor cuanto mas veloz sea la

intermitencia y si es realmente elevada, se verán los dos con brillo fijo ya que el ojo humano no percibe las variaciones.

Para probar el funcionamiento de la sonda puede usar la fuente del trabajo anterior, simplemente conecte el negativo a masa y el positivo en la salida; al tocar con la punta sobre masa se encenderá el led verde y al tocar sobre el positivo se encenderá el led rojo.

En los trabajos prácticos que realizaremos en próximas lecciones, tendrá oportunidad de comprobar el funcionamiento de distintas etapas que incluyen integrados, con la presente sonda.

 

 

 

 

 

 

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Atención; si bien la sonda se encuentra protegida contra inversiones de polaridad por el diodo D6, podría deteriorarse al efectuar una medición prolongada a través de la punta, aunque esto es difícil que ocurra porque la corriente que circula por aquí es muy débil. De todos modos sabemos que está bien conectada por el brillo del led amarillo, si está al revés no enciende.

 

LISTA DE MATERIALES

1 - Circuito impreso RI SL

1 - Circuito integrado CD4049

6 - Diodos 1N4148 (D1 a D6)

1 - Diodo Led de 3 mm rojo (L1)

1 - " " " " " amarillo (L2)

1 - " " " " " verde (L3)

1 - Resistencia de 100 ohm (R5)

1 - " " 5K6 (R6)

1 - " " 680K (R1)

3 - " " 1M ( R2 - R3 - R4)

1 - Transistor PNP BC557 (T1)

1 - Capacitor cerámico de .1 Mf (C1)

1 - Capacitor electrolítico de 100 Mf (C2)

1 - Alambre aislado (Punta de sonda)

1- Cable polarizado (Alimentación)

2 - Clip cocodrilo (rojo y negro)

1 - Gabinete

1 - Tornillo para gabinete

2 - Etiquetas

Estaño

 

Esta lección no lleva examen.

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