LAB 4- 2021-2- Circuitos Digitales-Schmitt Trigger-triestado-Open Collector-Timer 555 PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOSFACULTAD DE INGENIERIAELECTRONICALABORATORIO DE CIRCUITOSDIGITALESLABORATORIO 4.- Circuitos Schmitt Trigger, circuitos de colector abierto,puertas tri-estado, Timer 555.Profesor: Ing.CURSO: Laboratorio de Circuito Digitales LAlumno:I. OBJETIVO: Analizar y compr...

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

LABORATORIO 4.- Circuitos Schmitt Trigger, circuitos de colector abierto, puertas tri-estado, Timer 555. Profesor: Ing. CURSO: Laboratorio de Circuito Digitales L17 Alumno:

I. OBJETIVO: - 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, 74LS01, 74LS02, 74LS04, 74LS08, 74LS14, 74LS16, 74LS125, 74LS126 (ó 74LS367), timer 555, 74LS86 - 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 como conformador de pulsos.

El 74LS14 es un Hex Schmitt-Trigger inversor, con compensación de temperatura y puede ser disparado desde la más lenta de las rampas de entrada y siguen dando señales de salida limpias, sin trepidación. Las compuertas Schmitt Trigger son dispositivos que se utilizan para convertir señales imperfectas, lentas o con ruido en señales digitales bien definidas, rápidas y sin ruido. Realizan las mismas funciones lógicas de las compuertas comunes, pero poseen ciertas características distintivas especiales. Funcionamiento: El Schmitt Trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría tapar a la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos. Para indicar que una puerta lógica es del tipo Schmitt Trigger se pone en el interior el símbolo de la histéresis:Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado positivamente, para lograr que sea inestable y su salida siempre sature en alguno de los dos valores de tensión de alimentación del amplificador. Los niveles de referencia pueden ser controlados ajustando las resistencias R1 y R2

2.

Explique el funcionamiento del buffer inversor con salida en colector abierto 74LS16 y de la puerta NAND 74LS01 con salida en colector abierto

El circuito integrado 74LS16: Consta de 6 inversores con salida colector abierto (Max=15v). La tabla de verdad de cada inversor es muy sencilla, invertimos el valor de cada entrada. Combinando varios inversores uno detrás de otro podemos generar pequeños retardos para acceder a circuitos de forma segura. El circuito integrado 74LS01: Está conformado por 4 compuertas NAND de dos entradas con salida colector abierto. Realiza la función de complemento del producto lógico. Hay que resaltar que en los dispositivos con salidas en colector abierto en “1” lógico significa una alta impedancia a la salida.

3.

Explique el funcionamiento de las puertas triestado (74LS125, 74LS126 o 74LS367 u otros). Presentar algunas aplicaciones de los dispositivos de tres estados.

Las puertas triestado (buffer triestado) nos permiten desconectar las salidas de nuestros circuitos, impidiendo que vuelquen su tensión (0 ó 1) en el cable al que se le conectan. Las compuertas triestado se comportan como interruptor que conectan la entrada con la salida cuando su señal de habilitación esta activada. Cuando la señal de habilitación está a 1, la entrada está conectada directamente a la salida .Sin embargo, cuando está a 0, la salida queda desconectada. Se considera que está en un tercer estado, denominado alta impedancia, y se representa con la letra Z. Así, la salida de una puerta triestado puede encontrarse en los estados 0, 1 ó Z Dos de los circuitos con buffers de 3 estados que más comúnmente se utilizan son el 74LS125 y el 74LS126. Ambos contienen 4 puertas de 3 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 este presente la información de su correspondiente entrada o bien que dicha salida quede aislada, en alta impedancia, respecto a su entrada.

4.

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

El circuito integrado 555 es un temporizador eléctrico y se le conoce como “máquina del tiempo” por la gran variedad de tareas que puede realizar con respecto al tiempo. El LM555 tiene internamente una combinación de circuitos digitales y analógicos, se utiliza comúnmente para proporcionar retardos de tiempo, como oscilador a una determinada frecuencia, y como un circuito integrado flip-flop.

1- GND: Corresponde a la terminal negativa de la alimentación, generalmente tierra. 2- Disparo (TRIG): Es la parte del circuito integrado donde se establece el inicio del tiempo de retardo para la configuración monoestable del LM555. Para que ocurra este proceso el pulso disparador disminuye el voltaje (1/3) Vcc, donde Vcc corresponde al voltaje de alimentación. 3- Salida (OUT): En este pin se puede observar el resultado de la configuración del temporizador eléctrico ya sea como monoestable, estable u otra opción. 4- Reinicio (RESET): Para un nivel de voltaje por debajo de 0.7 V, tiene la función de poner el pin de salida a nivel bajo. Para evitar el reinicio se deberá conectar este pin a alimentación. 5- Control de voltaje (CTRL o CONT): Al utilizar el circuito integrado LM555 como controlador de voltaje, el voltaje en esta terminal puede variar teóricamente desde Vcc hasta aproximadamente 0

V, en la práctica la variación es de Vcc – 1.7 V hasta casi 2 V menos. 6- Umbral (THR o THRES): Corresponde a la entrada de un comparador interno de umbral el cual se emplea para poner la señal de salida a un nivel bajo. 7- Descarga (DIS o DISCH): Permite descargar el condensador externo al circuito integrado 555 para su funcionamiento. 8- Voltaje de alimentación (Vcc o Vdd): Terminal positiva de la alimentación, normalmente son valores de 4.5 V hasta 16 V.

5.

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. Solución: La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y un nivel bajo por un tiempo T2. El ciclo de trabajo se calcula de esta manera: donde es el tiempo alto y T es la suma de tiempo alto y tiempo bajo.

Frecuencia de salida:

6.

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. Solución: Entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador (tiempo de duración). Las formas de onda de la entrada y salida se muestran en la siguiente gráfica. El tiempo en nivel alto de la salida depende del resistor y el capacitor. El tiempo de duración del pulso de salida es:

7.

Verificar experimentalmente el funcionamiento del Schmitt Trigger en el circuito siguiente • Verifique la forma de onda de salida para cada valor de condensador.

Hacer una tabla de datos y verificar que la frecuencia de salida se calcula según: f = 1 / R.C

f = 1 / R.C f= 1/(1k)(1000u)=1

f = 1 / R.C f= 1/ (1k)(470u)=2.127

f = 1 / R.C f = 1/(1k)(100u)= 10

8.

Verificar el funcionamiento de la puerta NAND con salida en colector abierto (74LS01). El “1” lógico significa una alta impedancia a la salida y no una tensión de 5 Voltios como es de esperar en la familia TTL. Para que este dispositivo funcione correctamente, hay que conectar una resistencia pull-up a la salida. Utilizar la compuerta NAND como inversor y graficar las señales de entrada y salida. Para esto coloque en la entrada una señal de pulsos (Ve) de 1 KHz y que varíe de 0 a +5V.

9.

En el siguiente circuito se muestran 2 circuitos osciladores a distintas frecuencias cuyas salidas se aplican a las entradas de 2 puertas triestado que tienen una salida común S0 (Este es un led con una resistencia en serie conectado a tierra). Verificar su funcionamiento. (No aplicar SW1 y SW2 simultáneamente. En todo caso Utilize un inversor para reemplazar SW1 y SW2). Utilize la puerta triestado 74LS125 o 74LS126 (los circuitos triestado 74LS125 y 74LS126 constan de cuatro buffer con una entrada de habilitación activa a nivel bajo o alto respectivamente) También puede utilizar el 74LS367 u otro similar.

Podría utilizar en este circuito el 74LS16 - buffer inversor con salida en colector abierto ??. Explique.

10. Conectar el circuito astable mostrado. Utilize una fuente (Vcc) de 5 Vcc, RA=RB=10Kohm, C1=10µF. Observar las características de salida. Medir la frecuencia. (Este es un circuito con valores sugeridos. Ud. puede utilizar otros valores para obtener en la salida una señal de f=1Hz, 5 Hz y 10 Hz)

Conectar la salida 3 del astable a la entrada del buffer inversor con salida en colector abierto 74LS16. Observar la señal de salida del buffer inversor con salida en colector abierto. ¿Debe conectar una resistencia en la salida del 74LS16 para obtener una operación lógica adecuada? Explique

11. Conectar el circuito monoestable mostrado. Utilize una fuente (Vcc) de 5 Vcc, R1=47Kohm, C1=10µF. Conecte entre los terminales 2 y 8 una resistencia R=10Kohm. ¿Para qué se utiliza? Cuando el monoestable se dispara, el Led se enciende durante…… seg y luego se apaga. Cambie el condensador por otros valores, por ejemplo, de 20 µF, 50 µF y 100 µF. Mida el tiempo de duración del pulso en la salida.

El funcionamiento depende de R1 y C1. El condensador C2 se usa solo para evitar la inestabilidad del circuito (Utilize unC2 de valor adecuado). El terminal 2 se usa para disparar el temporizador colocando un pulso en bajo de muy corta duración (o conectando el terminal a tierra solo por un instante).

12. Anexar a su informe previo los circuitos de simulación de este experimento.

V. BIBLIOGRAFIA

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Carrera, J. M. (s.f.). TÉCNICO UNIVERSITARIO EN ELECTRÓNICA. Obtenido de https://manequired751185.files.wordpress.com/2014/11/temporizador-555.pdf electrónica -teoría práctica. (2021). Obtenido de http://ww11.electronicateoriaypractica.com/ Mari. (s.f.). Obtenido de https://www.uv.es/marinjl/electro/555.htm...