{"id":50,"date":"1999-05-07T22:19:47","date_gmt":"1999-05-07T20:19:47","guid":{"rendered":"http:\/\/electronicapractica.crearblog.com\/?p=50"},"modified":"2020-04-25T18:13:21","modified_gmt":"2020-04-25T16:13:21","slug":"leccion-2-las-senales-patron","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/leccion-2-las-senales-patron","title":{"rendered":"Lecci\u00f3n-2 Las se\u00f1ales patr\u00f3n"},"content":{"rendered":"

Introducci\u00f3n.<\/span><\/h2>\n

En todo laboratorio de electr\u00f3nica digital que se precie, desde el profesional hasta el m\u00e1s modesto, de un principiante, debe disponer de un equipo generador de pulsos. No se puede realizar un trabajo met\u00f3dico o un experimento con circuitos digitales, sin disponer de una referencia de tiempo precisa, dicha referencia de tiempo, forma la base para la circuiter\u00eda digital secuencial. No es necesario que se base en un intervalo de un segundo para cada referencia de tiempo, de hecho puede servir cualquier intervalo, dependiendo de la aplicaci\u00f3n. Sin embargo, un segundo es el incremento normal de tiempo usado por la ciencia y es f\u00e1cilmente derivado de la l\u00ednea de red\u00a0 de CA domestica, la que alimenta al equipo. <\/p>\n

Definici\u00f3n.<\/span><\/h2>\n

\"\"<\/a>En electr\u00f3nica, llamamos se\u00f1al a una tensi\u00f3n que var\u00eda su potencial en el tiempo, el medio por el que viaja o se propaga es un factor que ejerce una resistencia al paso de la se\u00f1al, dependiendo del medio, as\u00ed se ver\u00e1 influenciada la se\u00f1al, llegando a disminuir hasta potencial cero, este efecto se llama atenuaci\u00f3n. Una se\u00f1al que viaje por el aire, lo har\u00e1 en todas las direcciones y alcanzar\u00e1 una distancia que depender\u00e1 b\u00e1sicamente de dos factores, la frecuencia y la potencia. La figura de la derecha muestra una parte (pulso) de una se\u00f1al, el valor de la tensi\u00f3n es un factor de segundo orden que por ahora no nos preocupa.<\/p>\n

\"\"<\/a>Un pulso, como el que se aprecia en la imagen anterior, est\u00e1 compuesto por una se\u00f1al rectangular, la podemos definir como una tensi\u00f3n que parte de 0V sube hasta una tensi\u00f3n digamos de 5V, que se mantiene por un tiempo y de pronto cae a 0V de nuevo (no es muy cient\u00edfica la definici\u00f3n, pero si explicita). La duraci\u00f3n de un pulso puede ser muy larga (incluso d\u00edas) o muy corta (pico segundos o menos).<\/p>\n

En electr\u00f3nica, cuando hablamos de trenes de pulsos, nos referimos a una serie de pulsos continuados por un intervalo de tiempo. Dos factores muy importantes en un tren de pulsos, por ser repetitivo, es la frecuencia de repetici\u00f3n y su nivel.\u00a0Con estos dos factores, se puede conocer su frecuencia.<\/p>\n

\"\"<\/a>La imagen de la izquierda, nos presenta una primera forma de onda de proporciones marca-espacio del 50:50 que corresponde a lo que se llama una onda cuadrada, en la parte del medio esta proporci\u00f3n aproximada es de 10:1 y por \u00faltimo la proporci\u00f3n es de 1:10 tambi\u00e9n aproximadamente. No obstante y a pesar del poco parecido, hay que notar que las tres formas de onda tienen la misma frecuencia, todos los pulsos empiezan en el mismo instante.<\/p>\n

En muchos circuitos digitales, nosotros necesitamos un tren continuo y regular de pulsos para controlar el momento adecuado de una secuencia y elegir entre varios circuitos. En algunos casos, necesitaremos dos trenes de pulso separados, uno inverso del otro. En otros casos, podemos querer dos ondas cuadradas, trenes de pulso en cuadratura (desfasados 90\u00ba).<\/p>\n

En el tutorial uA555, se discuti\u00f3 sobre el multivibrador astable<\/span><\/strong><\/a>, en el, se muestro como puede producir un par de pulsos de reloj complementarios, conocimientos que podemos aplicar aqu\u00ed. La frecuencia de reloj y su ciclo de funci\u00f3n podr\u00e1n ser cambiados, ajustando los valores de los dos condensadores de acoplo de los transistores. Hay una limitaci\u00f3n sin embargo a esto: la frecuencia en que opera s\u00f3lo es aproximada; no es muy exacta y est\u00e1 sujeto al envejecimiento de los componentes y a la dependencia del tiempo.<\/p>\n

Este no es un problema para muchas aplicaciones, si es un problema serio cuando, dos circuitos separados se comunican entre s\u00ed, o cuando se requiere la exacta elecci\u00f3n del momento adecuado. En casos as\u00ed, necesitamos un reloj exacto cuya frecuencia sea conocida y estable. Muchos circuitos y equipos, sobre todo, si son alimentados por bater\u00edas, hacen uso de las caracter\u00edsticas naturales de los cristales de cuarzo. No trataremos de \u00e9stos ahora, ya que se document\u00f3 en el tutorial ‘base de tiempos<\/strong><\/span><\/a>‘.<\/p>\n

Generador de 1 Hz.<\/h2>\n

Uno de estos circuitos, es un generador de pulsos. No se necesita realizar un importante desembolso para disponer de un modesto generador fiable de pulsos. Vamos a abordar la tarea de trazar el esquema con el que podamos realizar un sencillo pero no menos eficaz y preciso sistema generador de pulsos de reloj y tambi\u00e9n de trenes de impulsos de cierta frecuencia.<\/p>\n

B\u00e1sicamente, se trata de utilizar un oscilador que genere una frecuencia, la cual dividiremos en diferente partes para finalmente lograr un pulso por segundo, de ah\u00ed lo de pulsos de reloj. Bien, lo m\u00e1s com\u00fan es pensar en utilizar una frecuencia que permita su divisi\u00f3n en partes exactas, para lograrlo, veamos como conseguirlo.<\/p>\n

Contemplaremos dos modos de lograr el resultado propuesto. En un principio resolveremos el modelo m\u00e1s econ\u00f3mico, con una precisi\u00f3n del 0’02 %. Haremos uso de un sencillo circuito para derivar un par de se\u00f1ales complementarias de reloj, del bobinado secundario de su transformador de alimentaci\u00f3n, esto es conocido como reloj de l\u00ednea<\/strong>, porque se deriva de la l\u00ednea de tensi\u00f3n alterna (CA) dom\u00e9stica y opera a su frecuencia de l\u00ednea de 50 Hz.<\/p>\n

Nota.<\/strong> -En Europa, la red de potencia funciona en una frecuencia de 50 Hz. o 50 ciclos por segundo. Es completamente esencial que esta frecuencia se mantenga con precisi\u00f3n, porque, muchos y diferentes generadores el\u00e9ctricos por todo el continente est\u00e1n conectados a la red y todos vierten su potencia a la red para usarla las empresas y hogares. Para impedir sobrecargar excesivamente los generadores, \u00e9stos deben acoplarse en frecuencia y tambi\u00e9n en lazo cerrado de fase. Un tercer requisito es que sus salidas de tensi\u00f3n deben acoplarse para que ning\u00fan generador se encuentre absorbiendo corriente de los otros. El hecho, para lograr esta posibilidad es que est\u00e1 disponible y en uso durante muchos a\u00f1os, hay constantes mejoras que conforma el sistema al supervisar y controlar la tecnolog\u00eda que funciona f\u00e1cilmente.<\/p>\n

En Norte Am\u00e9rica, el sistema de red, esencialmente trabaja de la misma manera, pero la frecuencia de l\u00ednea es 60 Hz. En otras partes del mundo usan una de estas dos frecuencias y por consiguiente pueden usarse equipos el\u00e9ctricos dise\u00f1ados para el uso en cada sistema. La mayor\u00eda de los pa\u00edses usan una de estas dos frecuencias para sus sistemas de tensi\u00f3n de CA. Porque muchos generadores en diferentes lugares, aportan su tensi\u00f3n a la red de potencia, la frecuencia se mantiene muy precisa y se mantiene bastante estable.-<\/p>\n

As\u00ed que, encontrar\u00e1 que este reloj de l\u00ednea, es bastante satisfactorio para una amplia gama de demostraciones pr\u00e1cticas y por supuesto para nuestras practicas y desarrollos.<\/p>\n

En la figura 1a, puede verse el esquema con los valores de los componentes, el esquema no es complicado y los resultados son los esperados. Pasemos a describir los dos circuitos integrados que lo componen.<\/p>\n

Consta de dos CI CMOS est\u00e1ndar y unos pocos componentes pasivos. El motivo de utilizar la familia COMS, como ya se ha explicado, es debido al mayor rango de tensi\u00f3n de alimentaci\u00f3n que, puede funcionar perfectamente entre 3,5V y 18V, su alta impedancia a los par\u00e1sitos que la hace ideal en la mayor\u00eda de los casos y su bajo consumo.<\/p>\n

En esencia, el circuito lo forma una resistencia Rs, un diodo zener Dz de 4V7, la resistencia R1 y una puerta del 4093B como inversor. Con los que conformar\u00e1 un escuadrador de impulsos de red despu\u00e9s de recortarlos a 4’7V mediante el diodo zener Dz, la salida de la puerta N4, presentar\u00e1 unos impulsos con sus flancos de subida y bajada verticales, del orden de los nano-segundos cuya frecuencia es de 50Hz, la salida de N4 se inyecta a la entrada del divisor 4518B, se trata de un doble divisor decimal, contando el primero por\u00a05 y el segundo por 10, a cuya salida obtenemos la frecuencia de 1Hz.<\/p>\n

\"\"<\/a>Fig. 1a<\/p>\n

Dado que no siempre se puede obtener una conexi\u00f3n a la red para obtener los 50Hz, se dispone del segundo circuito para tal efecto aunque no tan exacto, formado por un sencillo oscilador formado por la puerta N1 que, entrega una frecuencia bastante estable a la mencionada cadena de divisores y presenta a su salida una frecuencia que, puede ser variada mediante la resistencia ajustable Rx, permitiendo as\u00ed, servir para diferentes operaciones en los equipos bajo prueba.<\/p>\n

En esta segunda parte, aprovecharemos la puerta N1 del CI 4093, una resistencia variable Rx y un condensador cer\u00e1mico Cx, construiremos un multivibrador astable, seguido de una segunda puerta N2 como separador, de esta forma la frecuencia que se genere no se ver\u00e1 afectada por la carga a su salida.<\/p>\n

Como se ha mencionado, una parte del circuito es un discriminador de impulsos provenientes de la red. Estos 50Hz, se env\u00edan a un divisor por 5, formado por 1\/2 CI 4518B, cuya configuraci\u00f3n nos presenta la salida, por el pin 5 (Q3A), y \u00e9sta salida se conecta a su vez a la otra mitad del CI 4518B con la configuraci\u00f3n, como divisor por 10, por lo que en la patilla 14 (Q4B), obtenemos un pulso de 1Hz\/segundo.<\/p>\n

El conmutador Co, permitir\u00e1 que en la posici\u00f3n 1Hz, presente 1 pulso por segundo y en la posici\u00f3n 50k, la frecuencia que se puede ajustar, aproximadamente hasta los 50 kilociclos, en la salida.<\/p>\n

El sin\u00f3ptico del divisor binario\/decimal CD4518B, se puede ver en la siguiente figura 2 y el diagrama de tiempos en la figura 3.<\/p>\n\n\n\n
\"\"<\/a>Fig. 2.<\/span><\/td>\n\"\"<\/a>Click para ampliar
\nFig. 3<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

Segundo m\u00e9todo.<\/h2>\n

La figura 4, muestra c\u00f3mo extraer la se\u00f1al de CLK y su inversa CLK<\/span>, de la l\u00ednea de red, mediante esta forma de extracci\u00f3n del doble secundario, se mejora el retardo que se introducir\u00eda si se empleara una puerta inversora a la salida de CLK, aunque, en algunas aplicaciones no se le de mucha importancia.\u00a0La salida de CLK de 50Hz se aplica a la entrada del 4022B<\/span><\/strong><\/a> que es un divisor octal Johnson de 8 salidas m\u00e1s acarreo (CO), seg\u00fan la conexi\u00f3n elegida podremos restablecer la cuenta a 5 o 6, dependiendo de la frecuencia de la l\u00ednea red. Por consiguiente, la l\u00ednea de acarreo, no ser\u00e1\u00a0 una onda cuadrada sim\u00e9trica, pero tendr\u00e1 una frecuencia de 10Hz independientemente de la frecuencia de l\u00ednea alterna. Esta\u00a0 referencia de 10Hz estar\u00e1 disponible por si la necesitara, pero probablemente no encontrar\u00e1 mucho uso en pr\u00f3ximos experimentos.<\/p>\n

\"\"<\/a>Fig. 4<\/p>\n

El segundo CI es un tipo CMOS 4017B contador decimal Johnson. No haremos ninguna conexi\u00f3n, permitiendo su natural secuencia de conteo, para que divida su se\u00f1al de reloj de entrada simplemente por 10. Esto har\u00e1 que, produzca se\u00f1ales de salida separadas para cada cuenta, m\u00e1s una onda cuadrada sim\u00e9trica de salida de un 1Hz como se\u00f1al de acarreo. Salvo con un alg\u00fan procedimiento experimental concreto, no estamos interesados en las salidas individuales. Sin embargo, la onda cuadrada de 1Hz s\u00ed nos servir\u00e1 muy bien como una referencia de 1 segundo de tiempo muy exacta que nosotros podemos usar en una amplia gama de pr\u00f3ximos experimentos.<\/p>\n

\"\"<\/a>Fig. 6<\/p>\n

En la mayor\u00eda de los casos, podr\u00edamos usar simplemente dos CI 4017<\/strong><\/span><\/a> en lugar de un 4017 y un 4022. Decidimos usar el 4022 como primer divisor, para obtener la frecuencia europea de 50Hz f\u00e1cilmente y en el caso de una frecuencia de 60Hz, con un simple ‘puente’, se podr\u00e1 cambiar esta opci\u00f3n. La se\u00f1al de salida de acarreo (CO) es normalmente alto, la primera mitad del tiempo de cuenta, entonces baja para la segunda mitad. Los contadores se incrementan en el flanco ascendente de la se\u00f1al de reloj, la se\u00f1al de acarreo es absolutamente conveniente como se\u00f1al de reloj de la etapa siguiente.<\/p>\n

Ahora, si utiliz\u00e1ramos un contador decimal para la primera etapa, la salida de acarreo ser\u00eda baja para una cuenta completa en 60Hz, pero en 50Hz pasar\u00eda a baja, suficiente tiempo para restablecer (resetear) el contador. Esto no es suficientemente fiable. Para evitar este problema, aqu\u00ed utilizamos un contador octal. Consecuentemente, la salida de acarreo es baja por una cuenta en 50Hz, o dos cuentas en 60Hz. Esto evita cualquier posible problema con los pulsos de reloj estrechos.<\/p>\n

Los componentes.<\/span><\/h2>\n

Para construir y comprobar la eficacia de este simple circuito de base de tiempos o base de tiempos de l\u00ednea, se necesitan los siguientes componentes:<\/p>\n