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RADIO INSTITUTO 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. 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.
Ccd3 fig. 1 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. 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. 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.
Ccd3 fig. 2 y 3
Ccd3 fig. 4 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.
Esta lección no lleva examen. RADIO INSTITUTO |
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