Caso práctico: Indicador de modo de espera

Nivel: Básico – Comprender la inversión lógica usando una puerta NOT para activar un LED de modo de espera cuando el sistema principal se apaga.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito lógico digital utilizando una puerta NOT 74HC04 que monitorea un interruptor de encendido principal. Cuando el interruptor se apaga, la puerta NOT invierte lógicamente la señal para activar un LED indicador de «modo de espera» (standby).

Por qué es útil:
* Replica perfectamente cómo los electrodomésticos (como televisores o microondas) indican que están enchufados pero actualmente apagados.
* Proporciona una clara retroalimentación visual en paneles industriales cuando es seguro acercarse a una máquina.
* Sirve como un ejemplo fundamental de cómo invertir señales de control para indicadores activos a nivel bajo y traducción lógica.

Resultado esperado:
* Cuando el interruptor principal está cerrado (estado lógico ALTO, cerca de 5 V), el LED de modo de espera permanece estrictamente APAGADO.
* Cuando el interruptor principal está abierto (estado lógico BAJO, cerca de 0 V), el LED de modo de espera se ENCIENDE.
* El circuito demuestra con precisión la inversión de estados lógicos (V_in vs. V_out) a través de mediciones prácticas de voltaje.

Público objetivo y nivel: Principiantes en electrónica digital que aprenden puertas lógicas básicas.

Materiales

V1: fuente de alimentación de 5 V CC, función: fuente de alimentación principal
SW1: interruptor SPST, función: simulador del interruptor de encendido del sistema principal
R1: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para el nodo VA
U1: CI inversor séxtuple 74HC04, función: puerta lógica NOT
R2: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
D1: LED rojo, función: indicador de modo de espera

Pin-out del CI utilizado

El 74HC04 es un CI inversor séxtuple, lo que significa que contiene seis puertas NOT independientes. Usaremos la primera puerta.

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
1	1 A	Entrada de datos	Se conecta a la salida del interruptor (`VA`)
2	1Y	Salida de datos	Se conecta a la resistencia del LED (`VOUT`)
7	GND	Tierra	Se conecta a la tierra del sistema (`0`)
14	VCC	Alimentación positiva	Se conecta al voltaje positivo (`VCC`)

(Nota: Los otros pines de entrada [3, 5, 9, 11, 13] idealmente deberían estar conectados a tierra en un circuito permanente para evitar entradas flotantes y reducir el consumo de energía, pero se omiten aquí por simplicidad).

Guía de conexionado

V1: se conecta entre VCC y 0.
SW1: se conecta entre VCC y VA.
R1: se conecta entre VA y 0.
U1: El Pin 14 se conecta a VCC, el Pin 7 se conecta a 0, el Pin 1 (1 A) se conecta a VA, el Pin 2 (1Y) se conecta a VOUT.
R2: se conecta entre VOUT y VLED.
D1: el ánodo se conecta a VLED, el cátodo se conecta a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate — Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

VCC --> [ SW1: SPST Switch ] --(Node VA)--> [ U1: 74HC04 Inverter ] --(VOUT)--> [ R2: 330 Ω Resistor ] --(VLED)--> [ D1: Red LED ] --> GND
                                    |
                                    V
                         [ R1: 10 kΩ Pull-down ]
                                    |
                                    V
                                   GND

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

🔒 Este diagrama eléctrico es premium. Con el pase de 7 días o la suscripción mensual podrás desbloquear el material didáctico completo y el pack PDF listo para imprimir.🔓 Ver planes de acceso premium

Tabla de verdad

Entrada (`VA`)	Salida (`VOUT`)	Estado del LED de modo de espera
0 (LOW)	1 (HIGH)	ENCENDIDO
1 (HIGH)	0 (LOW)	APAGADO

Mediciones y pruebas

Prueba de la señal de entrada (V_in): Conecta tu multímetro entre el nodo VA y tierra (0). Abre SW1 y verifica que el voltaje esté cerca de 0 V. Cierra SW1 y verifica que el voltaje esté cerca de 5 V.
Prueba de la salida invertida (V_out): Conecta tu multímetro entre el nodo VOUT y tierra (0). Observa la inversión del voltaje: debería estar cerca de 5 V cuando SW1 está abierto, y cerca de 0 V cuando SW1 está cerrado.
Verificación del estado lógico: Observa físicamente D1. Asegúrate de que se encienda solo cuando el sistema principal simulado (SW1) esté apagado.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Standby mode indicator
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Switch SW1 (Main system power switch simulator)
* Starts closed (system ON, standby OFF), opens at 50us (system OFF, standby ON)
S1 VCC VA SW_CTRL 0 SWMOD
VSW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(5 0 50u 1u 1u 100u 250u)
.model SWMOD SW(VT=2.5 RON=0.1 ROFF=100MEG)

* Pull-down resistor for switch node VA
R1 VA 0 10k

* U1: 74HC04 Hex Inverter IC
* Pin 1 (1A) = VA, Pin 2 (1Y) = VOUT, Pin 14 = VCC, Pin 7 = 0
XU1 VA VOUT VCC 0 74HC04_INV

* Current limiting resistor for LED
* ... (truncated in public view) ...

Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.

🔒 Parte del contenido de esta sección es premium. Con el pase de 7 días o la suscripción mensual tendrás acceso al contenido completo (materiales, conexionado, compilación detallada, validación paso a paso, troubleshooting, mejoras/variantes y checklist) y podrás descargar el pack PDF listo para imprimir.

🔓 Ver planes de acceso premium

* Practical case: Standby mode indicator
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Switch SW1 (Main system power switch simulator)
* Starts closed (system ON, standby OFF), opens at 50us (system OFF, standby ON)
S1 VCC VA SW_CTRL 0 SWMOD
VSW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(5 0 50u 1u 1u 100u 250u)
.model SWMOD SW(VT=2.5 RON=0.1 ROFF=100MEG)

* Pull-down resistor for switch node VA
R1 VA 0 10k

* U1: 74HC04 Hex Inverter IC
* Pin 1 (1A) = VA, Pin 2 (1Y) = VOUT, Pin 14 = VCC, Pin 7 = 0
XU1 VA VOUT VCC 0 74HC04_INV

* Current limiting resistor for LED
R2 VOUT VLED 330

* D1: Red LED (Standby mode indicator)
D1 VLED 0 DLED
.model DLED D(IS=1e-15 N=1.8 RS=10)

* Subcircuit for 74HC04 Inverter Gate
.subckt 74HC04_INV A Y VCC GND
B1 Y_int GND V=V(VCC,GND)*0.5*(1-tanh(10*(V(A,GND)-2.5)))
Rin A GND 100Meg
Rout Y_int Y 50
.ends

* Simulation Directives
.tran 1u 300u
.op

* Output Directives (Input and Output nodes listed first)
.print tran V(VA) V(VOUT) V(VLED) V(VCC)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows that when the switch is closed (VA ≈ 5V), the inverter output VOUT is 0V and the LED is off. When the switch opens at 50us (VA ≈ 0V due to pull-down R1), VOUT goes HIGH (≈ 4.5V) and the LED turns on (VLED ≈ 1.48V). This perfectly matches the intended truth table.

Show raw data table (340 rows)

Index   time            v(va)           v(vout)         v(vled)         v(vcc)
0	0.000000e+00	4.999950e+00	1.082004e-19	8.223227e-19	5.000000e+00
1	1.000000e-08	4.999950e+00	9.063787e-31	6.888478e-30	5.000000e+00
2	2.000000e-08	4.999950e+00	-9.06379e-31	-6.88848e-30	5.000000e+00
3	4.000000e-08	4.999950e+00	-3.79630e-41	-2.88519e-40	5.000000e+00
4	8.000000e-08	4.999950e+00	1.518521e-41	1.154076e-40	5.000000e+00
5	1.600000e-07	4.999950e+00	1.017634e-51	7.734020e-51	5.000000e+00
6	3.200000e-07	4.999950e+00	-2.54409e-52	-1.93351e-51	5.000000e+00
7	6.400000e-07	4.999950e+00	-2.34426e-62	-1.78164e-61	5.000000e+00
8	1.280000e-06	4.999950e+00	4.262287e-63	3.239338e-62	5.000000e+00
9	2.280000e-06	4.999950e+00	3.983291e-73	3.027301e-72	5.000000e+00
10	3.280000e-06	4.999950e+00	-3.57046e-74	-2.71355e-73	5.000000e+00
11	4.280000e-06	4.999950e+00	-3.93493e-84	-2.99055e-83	5.000000e+00
12	5.280000e-06	4.999950e+00	2.990920e-85	2.273099e-84	5.000000e+00
13	6.280000e-06	4.999950e+00	3.797323e-95	2.885965e-94	5.000000e+00
14	7.280000e-06	4.999950e+00	-2.50545e-96	-1.90414e-95	5.000000e+00
15	8.280000e-06	4.999950e+00	-3.60072e-106	-2.73655e-105	5.000000e+00
16	9.280000e-06	4.999950e+00	2.098779e-107	1.595072e-106	5.000000e+00
17	1.028000e-05	4.999950e+00	3.367893e-117	2.559599e-116	5.000000e+00
18	1.128000e-05	4.999950e+00	-1.75812e-118	-1.33617e-117	5.000000e+00
19	1.228000e-05	4.999950e+00	-3.11579e-128	-2.36800e-127	5.000000e+00
20	1.328000e-05	4.999950e+00	1.472749e-129	1.119289e-128	5.000000e+00
21	1.428000e-05	4.999950e+00	2.856788e-139	2.171159e-138	5.000000e+00
22	1.528000e-05	4.999950e+00	-1.23370e-140	-9.37613e-140	5.000000e+00
23	1.628000e-05	4.999950e+00	-2.59978e-150	-1.97583e-149	5.000000e+00
... (316 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Omitir la resistencia pull-down (R1): Sin R1, al abrir SW1 se deja el pin de entrada (VA) flotante, lo que puede causar que la puerta NOT oscile de manera impredecible o capte ruido parásito. Asegura siempre el estado BAJO con una resistencia pull-down.
Olvidar los pines de alimentación del CI: Es común cablear la entrada y salida de una puerta lógica pero olvidar conectar VCC (Pin 14) y GND (Pin 7) en el propio chip U1. La puerta no funcionará sin alimentación.
Invertir la polaridad del LED: Si D1 se instala al revés (cátodo a VLED, ánodo a 0), bloqueará la corriente y nunca se encenderá, incluso cuando VOUT emita correctamente 5 V.

Solución de problemas

Síntoma: El LED de modo de espera siempre está APAGADO.
Causa: El LED podría estar al revés, R2 podría tener un valor demasiado alto o al CI le falta alimentación.
Solución: Verifica la orientación del LED (pata larga a VLED). Comprueba que los pines 14 y 7 de U1 estén conectados de forma segura a VCC y 0.
Síntoma: El LED de modo de espera siempre está ENCENDIDO, independientemente del interruptor.
Causa: El interruptor no está conectado correctamente a VCC, o los contactos del interruptor están defectuosos, dejando la entrada permanentemente en estado BAJO por R1.
Solución: Mide el nodo VA. Si se mantiene en 0 V cuando el interruptor está cerrado, revisa el cableado desde VCC hasta SW1.
Síntoma: El LED de modo de espera parpadea cuando el interruptor está abierto.
Causa: El nodo VA está flotando. Es probable que R1 esté desconectada o mal colocada.
Solución: Asegúrate de que R1 conecte firmemente el nodo VA directo a tierra (0).

Posibles mejoras y extensiones

Añadir un indicador de «Sistema principal ENCENDIDO»: Conecta un LED verde y una resistencia de 330 Ω directamente al nodo VA para mostrar cuándo el sistema principal está funcionando activamente, creando un indicador visual de doble estado.
Controlar múltiples indicadores de modo de espera: Usa otra de las puertas NOT no utilizadas en el 74HC04 (por ejemplo, entrada en el pin 3 conectada a VA, salida en el pin 4) para controlar un indicador de modo de espera secundario o un zumbador piezoeléctrico de baja potencia.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Encuentra este producto y/o libros sobre este tema en Amazon

Ir a Amazon

Como afiliado de Amazon, gano con las compras que cumplan los requisitos. Si compras a través de este enlace, ayudas a mantener este proyecto.

Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito en el artículo?

Activar un LED de modo de espera cuando el sistema principal se apaga. Correcto Incorrecto
Amplificar la señal de audio de un televisor. Correcto Incorrecto
Red Correcto Incorrecto

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

Sígueme:

¿Quiénes somos?