Caso práctico: Divisor de voltaje simple

Prototipo de Divisor de voltaje simple (Maker Style)

Nivel: Básico. Demuestra cómo dos resistencias en serie dividen el voltaje de entrada en proporciones predecibles.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirá un circuito fundamental que utiliza dos resistencias en serie para reducir un voltaje de fuente de CC más alto a un nivel de voltaje más bajo específico.

  • Por qué es útil:

    • Interfaz de sensores: Adapta sensores de alto voltaje (por ejemplo, sensores automotrices de 12 V) a microcontroladores de bajo voltaje (por ejemplo, lógica de 3.3 V o 5 V).
    • Polarización: Proporciona voltajes de referencia estables para bases de transistores o entradas de amplificadores operacionales.
    • Desplazamiento de nivel: Método simple para reducir los niveles de señal entre diferentes etapas del circuito.

  • Resultado esperado:

    • Voltaje de entrada (Vin): Medido en la fuente de alimentación completa de 9 V.
    • Voltaje de salida (Vout): Medido en la unión entre las resistencias; esperando exactamente 4.5 V (50% de la entrada).
    • Corriente: Una corriente pequeña y segura fluye continuamente desde la fuente a tierra a través de la ruta en serie.
    • Verificación de la relación: El voltaje de salida sigue la fórmula Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2)).

  • Público objetivo y nivel: Estudiantes que comienzan con la Ley de Ohm y Circuitos en Serie (Nivel: Básico).

Materiales

  • V1: Fuente de voltaje de 9 V CC (batería o fuente de alimentación).
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado alto (cae la mitad del voltaje).
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado bajo (resistencia de medición).
  • M1: Multímetro digital (modo voltímetro), función: herramienta de medición.

Guía de conexionado

Construya el circuito utilizando las siguientes conexiones de nodos. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté apagada mientras ensambla los componentes.

  • V1: Conecte el terminal positivo al nodo VCC y el terminal negativo al nodo 0 (GND).
  • R1: Conecte entre el nodo VCC y el nodo VOUT.
  • R2: Conecte entre el nodo VOUT y el nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Voltage Divider
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ INPUT ]                    [ PROCESSING ]                    [ OUTPUT ]

 [ 9V Source (V1) ] --(VCC)--> [ R1: High-Side 10k ] --(VOUT)--> [ Multimeter (M1) ]
                                          |
                                          v
                                 [ R2: Low-Side 10k ]
                                          |
                                          v
                                    [ Node 0 (GND) ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico del caso práctico: Divisor de voltaje simple
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Mediciones y pruebas

Realice los siguientes pasos para validar el comportamiento del circuito.

  1. Configurar el multímetro: Cambie su multímetro al modo de voltaje de CC (rango de 20 V o rango automático).
  2. Medir la entrada (Vin): Coloque la sonda roja en el nodo VCC y la sonda negra en el nodo 0. Verifique que la lectura sea de aproximadamente 9 V.
  3. Medir la salida (Vout): Coloque la sonda roja en el nodo VOUT (la unión entre R1 y R2) y la sonda negra en el nodo 0.
  4. Validar el resultado: La lectura debe ser de aproximadamente 4.5 V.
    • Cálculo: Vout = 9V × (10kΩ / (10kΩ + 10kΩ)) = 9V × 0.5 = 4.5V.

Netlist SPICE y simulación

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

* Title: Simple voltage divider

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k

* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k

* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg
* ... (truncated in public view) ...

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* Title: Simple voltage divider

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k

* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k

* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg

* --- Simulation and Output ---
* Operating point analysis for DC steady state
.op

* Transient analysis (required for .print tran)
* Simulating for 5ms to show steady DC levels
.tran 100u 5ms

* Print directives
.print tran V(VCC) V(VOUT)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (59 rows) 
Index   time            v(vcc)          v(vout)
0	0.000000e+00	9.000000e+00	4.497751e+00
1	5.000000e-07	9.000000e+00	4.497751e+00
2	1.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
3	2.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
4	4.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
5	8.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
6	1.600000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
7	3.200000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
8	6.400000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
9	1.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
10	2.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
11	3.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
12	4.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
13	5.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
14	6.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
15	7.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
16	8.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
17	9.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
18	1.028000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
19	1.128000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
20	1.228000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
21	1.328000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
22	1.428000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
23	1.528000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
... (35 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Conectar una carga pesada: Conectar un motor o una carga de baja resistencia a VOUT hará que el voltaje caiga significativamente por debajo de 4.5 V (efecto de carga). Solución: Conecte solo cargas de alta impedancia (como entradas de microcontrolador) o use un búfer.
  2. Usar relaciones de resistencia incorrectas: Usar valores de resistencia aleatorios dará como resultado un voltaje de salida aleatorio. Solución: Calcule siempre la relación requerida utilizando la fórmula del divisor de voltaje antes de construir.
  3. Sobrecalentamiento de resistencias: El uso de valores de resistencia muy bajos (por ejemplo, 10 Ω) conecta la fuente casi directamente a tierra, causando una alta corriente. Solución: Use valores en el rango de kΩ para voltajes de referencia de señal para minimizar el desperdicio de energía.

Solución de problemas

  • Síntoma: VOUT marca 0 V.
    • Causa: R1 está abierta (rota) o R2 está en cortocircuito a tierra.
    • Solución: Verifique la continuidad de R1 y asegúrese de que las patas de R2 no se toquen.
  • Síntoma: VOUT es igual a VCC (9 V).
    • Causa: R2 está abierta (rota) o R1 está en cortocircuito.
    • Solución: Asegúrese de que R2 esté insertada correctamente en los rieles de la protoboard.
  • Síntoma: VOUT está ligeramente desviado (por ejemplo, 4.6 V en lugar de 4.5 V).
    • Causa: Tolerancia de la resistencia (las resistencias estándar varían en ±5%).
    • Solución: Este es un comportamiento normal. Use resistencias de precisión del 1% si los valores exactos son críticos.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Divisor variable: Reemplace R1 y R2 con un solo potenciómetro de 10 kΩ (cursor a la salida) para crear una fuente de voltaje variable de 0 V a 9 V.
  2. Salida con búfer: Conecte el nodo VOUT a un amplificador operacional configurado como seguidor de voltaje para manejar cargas como LED sin que caiga el voltaje.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito divisor de voltaje descrito?




Pregunta 2: ¿Qué componentes fundamentales se utilizan para crear este circuito?




Pregunta 3: Según el texto, ¿cuál es una aplicación útil de este circuito para sensores?




Pregunta 4: Si el voltaje de entrada (Vin) es de 9 V y se espera un Vout de 4.5 V, ¿qué relación tienen las resistencias?




Pregunta 5: ¿Qué fórmula general describe el comportamiento del voltaje de salida (Vout) en un divisor de voltaje?




Pregunta 6: ¿Qué se espera que ocurra con la corriente en este circuito?




Pregunta 7: ¿Para qué nivel de habilidad está diseñado este caso práctico?




Pregunta 8: ¿Dónde se debe medir el voltaje de salida (Vout) en este circuito?




Pregunta 9: ¿Qué utilidad tiene este circuito en relación con los transistores?




Pregunta 10: ¿Qué voltaje de entrada (Vin) se utiliza en el ejemplo práctico del texto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Limitación de corriente en un LED

Prototipo de Limitación de corriente en un LED (Maker Style)

Nivel: Básico. Demostrar cómo una resistencia protege un componente sensible (LED) limitando el flujo de corriente según la Ley de Ohm.

Objetivo y caso de uso

En este caso, construirá un circuito en serie fundamental conectando una fuente de voltaje de CC, una resistencia limitadora de corriente y un Diodo Emisor de Luz (LED).

Por qué es útil:
* Protección de componentes: Evita que el LED consuma una corriente excesiva y se queme instantáneamente.
* Aplicación de la Ley de Ohm: Demuestra visualmente la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia ($I = V/R$).
* Indicación de estado: Forma la base para los indicadores de encendido en casi todos los dispositivos electrónicos.
* Herramientas de diagnóstico: Los circuitos LED simples se utilizan a menudo para depurar niveles lógicos en sistemas complejos.

Resultado esperado:
* El LED se enciende de forma constante sin sobrecalentarse.
* La corriente que fluye a través del circuito permanece dentro del rango seguro (típicamente 10–20 mA).
* La caída de voltaje a través de la resistencia corresponde al voltaje de alimentación menos el voltaje directo del LED.

Público objetivo y nivel: Principiantes y estudiantes que comienzan con el análisis básico de componentes.

Materiales

  • V1: Fuente de 5 V CC
  • R1: Resistencia de 220 Ω, función: limitación de corriente
  • D1: LED rojo, función: emisión de luz
  • M1: Multímetro, función: medición de corriente (A)
  • M2: Multímetro, función: medición de voltaje (V)

Guía de conexionado

Este circuito utiliza una topología en serie. Definimos los nodos como VCC (Fuente de 5V), 0 (Tierra) y NODE_A (Conexión intermedia).

  • V1 (Fuente de CC): El terminal positivo se conecta al nodo VCC. El terminal negativo se conecta al nodo 0.
  • R1 (Resistencia): Se conecta entre el nodo VCC y el nodo NODE_A.
  • D1 (LED): El ánodo se conecta al nodo NODE_A. El cátodo se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Current Limiting
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ SOURCE ]                  [ CURRENT CONTROL ]              [ OUTPUT / LOAD ]

    [ V1: 5V DC ] --(VCC)--> [ R1: 220 Ohm ] --(Node A)--> [ D1: Red LED ] --(0)--> [ GND ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico de limitación de corriente en un LED
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Mediciones y pruebas

Para validar la Ley de Ohm y la seguridad de los componentes:

  1. Calcular la corriente esperada:
    • Asumir Voltaje Directo del LED ($V_f$) $\approx$ 2.0 V.
    • Voltaje a través de R1: $V_{R1} = V_{source} – V_f = 5V – 2V = 3V$.
    • Corriente esperada: $I = V_{R1} / R1 = 3V / 220\Omega \approx 13.6 mA$.
  2. Medición de voltaje: Configure el multímetro M2 en Voltios de CC. Mida a través de R1 (puntas en VCC y NODE_A). La lectura debe ser de aproximadamente 3 V.
  3. Medición de corriente: Abra el circuito en el nodo VCC o 0 e inserte el multímetro M1 en serie (modo Amperímetro). La lectura debe estar cerca de 13–14 mA.
  4. Comprobación visual: El LED debe emitir una luz roja brillante y constante.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Current limiting in an LED

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected between VCC and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Components ---
* R1: 220 Ohm Resistor
* Function: Current limiting
* Connected between VCC and NODE_A
R1 VCC NODE_A 220

* D1: Red LED
* Function: Light emission
* Anode connected to NODE_A, Cathode connected to 0 (GND)
D1 NODE_A 0 DLED

* --- Models ---
* Model for D1 (Red LED)
* Parameters: IS (Saturation Current), N (Emission Coefficient), RS (Series Resistance)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Current limiting in an LED

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected between VCC and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Components ---
* R1: 220 Ohm Resistor
* Function: Current limiting
* Connected between VCC and NODE_A
R1 VCC NODE_A 220

* D1: Red LED
* Function: Light emission
* Anode connected to NODE_A, Cathode connected to 0 (GND)
D1 NODE_A 0 DLED

* --- Models ---
* Model for D1 (Red LED)
* Parameters: IS (Saturation Current), N (Emission Coefficient), RS (Series Resistance)
* Tuned for approximately 1.8V - 2.0V forward voltage drop
.model DLED D (IS=1e-14 N=2.5 RS=5 BV=5 IBV=10u)

* --- Analysis Directives ---
* Calculate DC operating point
.op

* Transient analysis (Required for .print output generation)
* Step: 100us, Stop: 10ms
.tran 100u 10m

* --- Output / Measurements ---
* Simulating M2 (Multimeter - Voltage): Probing NODE_A (Voltage across LED)
* Simulating M1 (Multimeter - Current): Probing I(V1) (Total circuit current)
* Note: I(V1) will be negative as current flows out of the voltage source.
.print tran V(VCC) V(NODE_A) I(V1)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (108 rows) 
Index   time            v(vcc)          v(node_a)       v1#branch
0	0.000000e+00	5.000000e+00	1.880179e+00	-1.41810e-02
1	1.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
2	2.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
3	4.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
4	8.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
5	1.600000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
6	3.200000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
7	6.400000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
8	1.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
9	2.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
10	3.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
11	4.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
12	5.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
13	6.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
14	7.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
15	8.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
16	9.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
17	1.028000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
18	1.128000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
19	1.228000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
20	1.328000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
21	1.428000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
22	1.528000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
23	1.628000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
... (84 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Polaridad del LED invertida: Conectar el cátodo del LED al positivo. Solución: Asegúrese de que la pata más larga (Ánodo) esté orientada hacia el lado del voltaje positivo (hacia R1).
  2. Omitir la resistencia: Conectar el LED directamente a 5V. Solución: Verifique siempre que la resistencia esté en serie antes de aplicar energía para evitar destruir el LED.
  3. Medir corriente en paralelo: Intentar medir la corriente colocando las puntas a través del LED como un voltímetro. Solución: Abra siempre la ruta del circuito y coloque el medidor en serie para las mediciones de corriente.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED no se enciende.
    • Causa: LED conectado al revés o circuito abierto.
    • Solución: Verifique la orientación (Ánodo/Cátodo) y asegúrese de que todas las conexiones de la placa de pruebas (breadboard) estén firmes.
  • Síntoma: El LED parpadea una vez y muere.
    • Causa: No se utilizó resistencia limitadora de corriente (el LED se quemó).
    • Solución: Reemplace el LED y asegúrese de que R1 (220 Ω) esté instalada correctamente.
  • Síntoma: El LED es muy tenue.
    • Causa: El valor de la resistencia es demasiado alto (por ejemplo, usando 10 kΩ en lugar de 220 Ω).
    • Solución: Verifique las bandas de color de la resistencia o mida R1 con un multímetro.
  • Síntoma: El multímetro lee 0 A.
    • Causa: Fusible fundido en el multímetro o selección de modo incorrecta.
    • Solución: Verifique las conexiones de las puntas de prueba (Com/mA) y asegúrese de que el dial del medidor esté configurado en Corriente CC.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Brillo variable: Reemplace R1 con un potenciómetro de 1 kΩ en serie con una resistencia de seguridad de 100 Ω para ajustar manualmente el brillo.
  2. Múltiples colores: Cambie el LED rojo por uno azul o verde y mida el cambio en la corriente (los diferentes colores tienen diferentes voltajes directos, lo que afecta el cálculo).

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal de la resistencia en el circuito descrito?




Pregunta 2: ¿Qué ley fundamental de la electrónica se demuestra visualmente en este circuito?




Pregunta 3: ¿Cuál es el rango de corriente seguro típico para el LED mencionado en el texto?




Pregunta 4: ¿Qué topología de circuito se utiliza para conectar los componentes?




Pregunta 5: ¿Cómo se calcula la caída de voltaje a través de la resistencia según el texto?




Pregunta 6: ¿Cuál es una aplicación práctica mencionada para este tipo de circuito simple?




Pregunta 7: ¿Qué resultado visual se espera si el circuito funciona correctamente?




Pregunta 8: ¿Qué tipo de fuente de voltaje se utiliza en este circuito fundamental?




Pregunta 9: ¿Qué función adicional, aparte de iluminar, se menciona para los circuitos LED simples?




Pregunta 10: ¿Qué relación matemática define la Ley de Ohm aplicada en este contexto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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Caso práctico: Desactivación de emergencia

Prototipo de Desactivación de emergencia (Maker Style)

Nivel: Básico. Construye un circuito de seguridad que corte una señal de ‘Listo’ instantáneamente cuando se presiona un botón de parada.

Objetivo y caso de uso

En este tutorial, construirás un circuito de lógica digital que invierte una señal de entrada. Específicamente, un indicador de «Sistema Listo» (LED verde) permanecerá activo por defecto y se apagará inmediatamente cuando se presione un pulsador de emergencia.

  • Por qué es útil:

    • Seguridad industrial: Simula un interruptor de parada de emergencia donde el estado activo apaga la maquinaria.
    • Sistemas de seguridad: Los sensores (como contactos de puerta) a menudo rompen un circuito para activar una alarma o cambiar un estado.
    • Lógica a prueba de fallos: Asegura que un sistema vuelva a un estado «seguro» (apagado) cuando ocurre una intervención activa.

  • Resultado esperado:

    • Estado de reposo: Cuando el botón NO está presionado (Lógica 0), el LED verde está ENCENDIDO (Lógica 1).
    • Estado activo: Cuando el botón SÍ está presionado (Lógica 1), el LED verde se APAGA (Lógica 0).
    • Voltaje de señal: La entrada transiciona entre 0 V y 5 V; la salida se invierte lógicamente.

  • Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados aprendiendo inversión digital básica.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V DC, función: fuente de alimentación principal.
  • U1: CI 74HC04 Hex Inverter, función: inversión lógica (compuerta NOT).
  • S1: Pulsador (Normalmente Abierto), función: disparador de señal de emergencia.
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: resistencia pull-down para estabilidad de la entrada.
  • R2: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED.
  • D1: LED verde, función: indicador de ‘Sistema Listo’.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC04 (Hex Inverter)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
14 VCC Fuente de alimentación (+5V) Conectar al riel de 5 V
7 GND Tierra (0V) Conectar al riel de 0 V
1 1A Entrada 1 Conectar al pulsador y resistencia pull-down
2 1Y Salida 1 Conectar a la resistencia del LED (R2)

Guía de conexionado

Construye el circuito siguiendo estas conexiones de nodos (Nodos: VCC, 0, V_IN, V_OUT):

  • Fuente de alimentación:
    • V1 se conecta entre VCC (positivo) y 0 (negativo/GND).
    • U1 Pin 14 se conecta a VCC.
    • U1 Pin 7 se conecta a 0.
  • Etapa de entrada (Lógica del botón):
    • S1 se conecta entre VCC y V_IN.
    • R1 se conecta entre V_IN y 0 (Esto lleva la entrada a 0 V cuando el botón está abierto).
    • U1 Pin 1 (Entrada 1A) se conecta a V_IN.
  • Etapa de salida (Indicador):
    • U1 Pin 2 (Salida 1Y) se conecta a V_OUT.
    • R2 se conecta entre V_OUT y el nodo LED_ANODE.
    • El ánodo de D1 se conecta a LED_ANODE.
    • El cátodo de D1 se conecta a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate

Esquemático

[ INPUT STAGE ]                          [ LOGIC STAGE ]                       [ OUTPUT STAGE ]

    [ V1: 5V Supply ] --(Power VCC)--------> [ U1 Power: Pin 14 ]

    [ S1: Pushbutton ] --(Press = 5V)--+
    (Emergency Trig)                   |
                                       v
                                  [ Node V_IN ] --(Pin 1)--> [   U1: 74HC04   ] --(Pin 2)--> [ R2: 330 Ohm ] --> [ D1: Green LED ] --> [ GND ]
                                       ^                     [ Hex Inverter IC]              (Current Limit)     (System Ready)
                                       |                     [   (NOT Gate)   ]
    [ R1: 10k Resistor ] --(Open = 0V)-+                     [  GND: Pin 7    ]
    (Pull-down to GND)                                             |
                                                                   v
                                                                [ GND ]
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC04 implementa la función booleana NOT ($Y = \overline{A}$).

Estado del botón Voltaje de entrada (V_IN) Entrada lógica (A) Salida lógica (Y) Estado del LED
Soltado 0 V (Pulled down) 0 1 ENCENDIDO
Presionado 5 V (VCC) 1 0 APAGADO

Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar la lógica de desactivación de emergencia:

  1. Verificación en reposo:

    • Asegúrate de que la fuente de alimentación esté encendida. No toques el botón.
    • Visual: El LED verde debería estar encendido.
    • Medición: Usa un multímetro para medir el voltaje en V_IN (Pin 1). Debería ser aprox 0 V.
    • Medición: Mide el voltaje en V_OUT (Pin 2). Debería ser aprox 5 V (Lógica Alta).

  2. Verificación de activación:

    • Presiona y mantén el pulsador S1.
    • Visual: El LED verde debe apagarse inmediatamente.
    • Medición: El voltaje en V_IN debería subir a 5 V.
    • Medición: El voltaje en V_OUT debería caer a aprox 0 V (Lógica Baja).

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Emergency deactivation
* Circuit: Inverter Logic (NOT Gate) with LED Indicator

* --- Power Supply ---
* V1: Main 5V DC supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Stage (Button Logic) ---
* Components: S1 (Pushbutton), R1 (Pull-down)
* Connectivity: S1 connects VCC to V_IN. R1 connects V_IN to 0.
* Logic: 
*   - Button Released (Default): S1 Open -> V_IN pulled to 0V by R1.
*   - Button Pressed (Emergency): S1 Closed -> V_IN pulled to 5V (VCC).

* Simulation of S1 (Normally Open Pushbutton):
* Modeled as a Voltage-Controlled Switch (S1) driven by SW_CTRL.
* Vt=2.5V ensures switch closes when control signal is 5V.
S1 VCC V_IN SW_CTRL 0 SW_BTN
.model SW_BTN SW(Vt=2.5 Vh=0.1 Ron=1 Roff=10Meg)

* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Emergency deactivation
* Circuit: Inverter Logic (NOT Gate) with LED Indicator

* --- Power Supply ---
* V1: Main 5V DC supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Stage (Button Logic) ---
* Components: S1 (Pushbutton), R1 (Pull-down)
* Connectivity: S1 connects VCC to V_IN. R1 connects V_IN to 0.
* Logic: 
*   - Button Released (Default): S1 Open -> V_IN pulled to 0V by R1.
*   - Button Pressed (Emergency): S1 Closed -> V_IN pulled to 5V (VCC).

* Simulation of S1 (Normally Open Pushbutton):
* Modeled as a Voltage-Controlled Switch (S1) driven by SW_CTRL.
* Vt=2.5V ensures switch closes when control signal is 5V.
S1 VCC V_IN SW_CTRL 0 SW_BTN
.model SW_BTN SW(Vt=2.5 Vh=0.1 Ron=1 Roff=10Meg)

* Control Signal (User Finger Simulation):
* Generates a pulse: 0V (Released) -> 5V (Pressed) -> 0V (Released).
* Timeline: Idle for 100us, Press for 300us, then Release.
V_BTN_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 300u 1000u)

* R1: 10k Pull-down resistor
R1 V_IN 0 10k

* --- Logic Stage (U1) ---
* Component: 74HC04 Hex Inverter
* Connectivity: Pin 1 (Input) -> V_IN, Pin 2 (Output) -> V_OUT.
* Power: Pin 14 -> VCC, Pin 7 -> 0.
XU1 V_IN V_OUT 0 VCC 74HC04_INV

* Subcircuit for 74HC04 Inverter
* Behavioral model: Output is High when Input is Low.
* Uses a sigmoid function for smooth switching and convergence.
.subckt 74HC04_INV In Out Gnd Vcc
B1 Out Gnd V = V(Vcc,Gnd) / (1 + exp(50 * (V(In,Gnd) - V(Vcc,Gnd)/2)))
.ends

* --- Output Stage (Indicator) ---
* Components: R2 (Resistor), D1 (Green LED)
* Connectivity: V_OUT -> R2 -> LED_ANODE -> D1 -> 0
* Logic: 
*   - V_IN=0 (Ready) -> V_OUT=5 -> LED ON.
*   - V_IN=5 (Emergency) -> V_OUT=0 -> LED OFF.

R2 V_OUT LED_ANODE 330

* D1: Green LED
D1 LED_ANODE 0 LED_GREEN
.model LED_GREEN D(Is=1e-22 Rs=5 N=1.5 Cjo=10p Vj=0.75 M=0.33 BV=5 Ibv=10u)

* --- Simulation Directives ---
* Transient analysis to observe the button press event
.tran 10u 600u

* Output data for analysis
.print tran V(V_IN) V(V_OUT) V(LED_ANODE) V(SW_CTRL)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (260 rows) 
Index   time            v(v_in)         v(v_out)        v(led_anode)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
1	6.000000e-08	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
2	1.200000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
3	2.400000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
4	4.800000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
5	9.600000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
6	1.920000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
7	3.840000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
8	7.680000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
9	1.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
10	2.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
11	3.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
12	4.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
13	5.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
14	6.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
15	7.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
16	8.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
17	9.536000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
18	1.000000e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
19	1.001000e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
20	1.002750e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
21	1.003234e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
22	1.004082e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
23	1.004317e-04	4.995005e-03	5.000000e+00	1.833072e+00
... (236 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entrada flotante: Omitir R1 (resistencia pull-down) hace que la entrada quede flotando cuando se suelta el botón.
    • Solución: Asegúrate siempre de que el pin de entrada esté conectado a GND a través de una resistencia (p. ej., 10 kΩ) cuando el interruptor esté abierto.
  2. LED invertido: El LED no se enciende incluso cuando la salida está en Alto.
    • Solución: Verifica la polaridad de D1. La pata más larga (Ánodo) debe mirar hacia la resistencia/salida del CI; la pata más corta (Cátodo) va a Tierra.
  3. Cortocircuito en la alimentación: Conectar el botón directamente entre VCC y GND sin la entrada de la compuerta en medio o cablear el botón en paralelo con la fuente.
    • Solución: Sigue la lista de nodos cuidadosamente. El botón conecta VCC al Pin de Entrada, no directamente a Tierra.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED está siempre ENCENDIDO, presionar el botón no hace nada.
    • Causa: El botón no está conectado a VCC, o el pin de entrada está permanentemente conectado a tierra.
    • Solución: Verifica la continuidad a través de S1 al presionarlo. Asegúrate de que S1 conecte al Pin 1.
  • Síntoma: El LED está siempre APAGADO.
    • Causa: El CI no está alimentado, el LED está invertido o la entrada está permanentemente conectada a VCC.
    • Solución: Mide el Pin 14 (VCC) y el Pin 7 (GND). Verifica el voltaje V_IN; debería ser 0 V cuando el botón está soltado.
  • Síntoma: El LED parpadea cuando tu mano se acerca al cable.
    • Causa: Entrada flotante (Falta R1).
    • Solución: Instala la resistencia pull-down de 10 kΩ firmemente entre el Pin 1 y Tierra.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Agregar un indicador de «Parada»: Agrega un segundo inversor (o usa otra compuerta del mismo chip) para controlar un LED rojo que se ENCIENDA cuando el sistema esté detenido (Salida Alta cuando Entrada Alta).
  2. Circuito de enclavamiento: Reemplaza la compuerta NOT simple con un circuito lógico Flip-Flop para que, una vez presionado el botón de emergencia, el sistema permanezca apagado incluso si se suelta el botón, requiriendo un botón de «Reinicio» separado.

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Quiz rápido

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




Pregunta 2: ¿Qué sucede con el LED verde en el 'Estado de reposo' (cuando el botón NO está presionado)?




Pregunta 3: ¿Qué sucede en el 'Estado activo' cuando se presiona el botón?




Pregunta 4: ¿Por qué es útil este circuito en el contexto de la seguridad industrial?




Pregunta 5: ¿Qué concepto asegura que un sistema vuelva a un estado 'seguro' (apagado) ante una intervención activa?




Pregunta 6: ¿Cuál es el rango de voltaje de señal mencionado para la entrada?




Pregunta 7: ¿Qué nivel de dificultad se asigna a este tutorial según el contexto?




Pregunta 8: ¿Cómo se comportan los sensores (como contactos de puerta) en sistemas de seguridad según el texto?




Pregunta 9: ¿Qué lógica digital representa el estado 'NO presionado' del botón?




Pregunta 10: ¿Qué función cumple el circuito respecto a la señal de 'Listo'?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Sensor de oscuridad automático

Prototipo de Sensor de oscuridad automático (Maker Style)

Nivel: Básico — Utiliza un inversor 74HC04 y una LDR para encender automáticamente un LED cuando la luz ambiental disminuye.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de control de luz automático que detecta la oscuridad utilizando una fotorresistencia (LDR) y activa un LED usando un inversor digital 74HC04.

  • Por qué es útil:
    • Automatizar farolas para que se enciendan solo por la noche y ahorrar energía.
    • Activar la iluminación de emergencia en pasillos durante cortes de energía u oscuridad.
    • Controlar luces solares de jardín automáticamente.
    • Ajustar el brillo de la pantalla en dispositivos móviles según la luz ambiental.
  • Resultado esperado:
    • Cuando la LDR está expuesta a luz brillante, el LED permanece APAGADO.
    • Cuando la LDR está cubierta (oscuridad), el LED se ENCIENDE.
    • El voltaje en la entrada de la puerta lógica transiciona de Nivel Alto (5V) a Nivel Bajo (0V) a medida que oscurece.
  • Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados familiarizados con el uso básico de placas de pruebas (breadboards).

Materiales

  • V1: Fuente de 5 V CC, función: Fuente de alimentación principal.
  • R1: LDR (GL5528 o similar), función: Sensor de luz (Resistencia variable).
  • R2: Potenciómetro de 10 kΩ, función: Calibración de sensibilidad (Pull-down).
  • U1: 74HC04, función: Inversor séxtuple (Puerta NOT).
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED.
  • D1: LED rojo, función: Indicador de salida visual.

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC04 (Inversor séxtuple)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
14 VCC Alimentación (+) Conectar a VCC (5V)
7 GND Tierra (-) Conectar a 0 (GND)
1 1A Entrada Conectar al nodo del sensor VSENSE
2 1Y Salida Conectar al nodo del LED VOUT

(Nota: Los pines 3, 5, 9, 11 y 13 son entradas no utilizadas e idealmente deberían conectarse a GND en circuitos permanentes para evitar ruido, aunque no es estrictamente necesario para esta prueba rápida.)

Guía de conexionado

Usa las siguientes conexiones de nodos explícitas para construir el circuito en tu placa de pruebas:

  • Fuente de alimentación:
    • El terminal positivo de V1 se conecta al nodo VCC.
    • El terminal negativo de V1 se conecta al nodo 0 (GND).
  • Etapa de sensor (Divisor de voltaje):
    • R1 (LDR) se conecta entre VCC y el nodo VSENSE.
    • R2 (Potenciómetro) se conecta entre el nodo VSENSE y 0 (GND).
    • Nota: Ajusta R2 para que el voltaje en VSENSE varíe cuando cambie la luz.
  • Etapa lógica (Inversor):
    • U1 Pin 14 se conecta a VCC.
    • U1 Pin 7 se conecta a 0.
    • U1 Pin 1 (Entrada) se conecta al nodo VSENSE.
    • U1 Pin 2 (Salida) se conecta al nodo VOUT.
  • Etapa de salida:
    • R3 se conecta entre el nodo VOUT y el nodo LED_ANODE.
    • D1 se conecta entre el nodo LED_ANODE (Ánodo/Pata larga) y 0 (Cátodo/Pata corta).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate

Esquemático

[ INPUT / SENSOR STAGE ]               [ LOGIC STAGE ]                  [ OUTPUT STAGE ]

 [ VCC ] --> [ R1: LDR (Sensor) ] --+
                                    |
                                    v
                               [ VSENSE ] --(Pin 1)--> [ U1: 74HC04 ] --(Pin 2)--> [ R3: 330 Ohm ] --> [ D1: LED ] --> GND
                                    ^                  [  NOT Gate  ]
                                    |
 [ GND ] --> [ R2: Pot (Calib) ] ---+
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC04 invierte la señal de entrada. Configuramos los sensores para que «Brillante» genere una entrada ALTA (HIGH).

Condición ambiental Resistencia LDR Voltaje en VSENSE (Entrada) Entrada lógica Salida lógica (VOUT) Estado del LED
Brillante Baja Alta (> 2.5V) 1 0 (GND) APAGADO
Oscuro Alta Baja (< 1.5V) 0 1 (5V) ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

  1. Calibración: Exponer la LDR a la luz normal de la habitación. Ajustar el potenciómetro R2 hasta que el LED se APAGUE.
  2. Verificación de voltaje (Brillante): Medir el voltaje entre VSENSE y GND. Debería estar cerca de 5V (Lógica 1). La salida en VOUT debería estar cerca de 0V.
  3. Activación: Cubrir la LDR con la mano para simular oscuridad.
  4. Verificación de voltaje (Oscuro): Medir VSENSE nuevamente. Debería caer hacia 0V (Lógica 0). La salida VOUT debería saltar a aprox. 5V, encendiendo el LED.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Automatic darkness sensor

* --- Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D (IS=1e-22 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* --- Subcircuits ---
* 74HC04 Hex Inverter Model (Behavioral)
* Pins: 1=Input, 2=Output, 7=GND, 14=VCC
* Maps to subckt args: In Out GND VCC
.subckt 74HC04 In Out GND VCC
  * Robust Sigmoid Transfer Function for Inverter
  * Threshold is VCC/2. Output swings between GND and VCC.
  * Formula: Vout = VCC * (1 / (1 + exp(50 * (V(In) - V(VCC)/2))))
  B_INV Out GND V = V(VCC) * (1 / (1 + exp(50 * (V(In) - V(VCC)/2))))
.ends

* --- Main Circuit Components ---

* 1. Power Supply
* ... (truncated in public view) ...

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🔓 Ver planes de acceso premium 

* Practical case: Automatic darkness sensor

* --- Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D (IS=1e-22 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* --- Subcircuits ---
* 74HC04 Hex Inverter Model (Behavioral)
* Pins: 1=Input, 2=Output, 7=GND, 14=VCC
* Maps to subckt args: In Out GND VCC
.subckt 74HC04 In Out GND VCC
  * Robust Sigmoid Transfer Function for Inverter
  * Threshold is VCC/2. Output swings between GND and VCC.
  * Formula: Vout = VCC * (1 / (1 + exp(50 * (V(In) - V(VCC)/2))))
  B_INV Out GND V = V(VCC) * (1 / (1 + exp(50 * (V(In) - V(VCC)/2))))
.ends

* --- Main Circuit Components ---

* 1. Power Supply
* V1: 5V DC supply
V1 VCC 0 DC 5

* 2. Sensor Stage (Voltage Divider)
* R1: LDR (Light Dependent Resistor)
* Implementation: A dummy R1 is placed to satisfy the BOM.
* A parallel behavioral source (B_LDR) implements the dynamic resistance change.
R1 VCC VSENSE 100Meg
B_LDR VCC VSENSE I = V(VCC, VSENSE) / V(RES_CTRL)

* R2: 10k Potentiometer (Sensitivity Calibration)
R2 VSENSE 0 10k

* Dynamic Stimulus for LDR (Simulates Light Conditions)
* Generates a control voltage representing Ohms.
* Pulse sweeps from 1k (Light) to 100k (Dark).
* Logic: Light(1k) -> VSENSE High -> LED OFF. Dark(100k) -> VSENSE Low -> LED ON.
V_LDR_CTRL RES_CTRL 0 PULSE(1k 100k 0 200u 200u 400u 2ms)

* 3. Logic Stage
* U1: 74HC04 Hex Inverter
* Connections: Pin 1 (In)=VSENSE, Pin 2 (Out)=VOUT, Pin 7=0, Pin 14=VCC
XU1 VSENSE VOUT 0 VCC 74HC04

* 4. Output Stage
* R3: LED Current Limiting Resistor (330 Ohm)
R3 VOUT LED_ANODE 330

* D1: Red LED
D1 LED_ANODE 0 DLED

* --- Analysis Directives ---
* Transient analysis to capture the Light/Dark transition
.tran 10u 2ms

* Print specific node voltages for validation
.print tran V(VSENSE) V(VOUT) V(LED_ANODE)

* Compute DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (224 rows) 
Index   time            v(vsense)       v(vout)         v(led_anode)
0	0.000000e+00	4.545459e+00	1.916016e-44	6.555013e-37
1	1.000000e-07	4.525005e+00	3.875543e-44	2.124754e-38
2	2.000000e-07	4.504821e+00	1.070470e-43	-1.98700e-38
3	4.000000e-07	4.464726e+00	4.391831e-43	-3.30922e-39
4	8.000000e-07	4.386087e+00	5.351931e-42	4.963938e-40
5	1.600000e-06	4.240174e+00	7.789996e-38	7.726704e-38
6	3.200000e-06	3.973321e+00	1.292803e-32	1.287493e-32
7	6.400000e-06	3.529123e+00	-6.61237e-21	-6.59876e-21
8	1.280000e-05	2.884261e+00	2.263832e-08	2.262430e-08
9	1.905731e-05	2.447108e+00	4.668386e+00	1.823995e+00
10	2.344117e-05	2.212214e+00	4.999997e+00	1.833723e+00
11	2.751655e-05	2.030989e+00	5.000000e+00	1.833029e+00
12	3.266976e-05	1.840361e+00	5.000000e+00	1.833116e+00
13	4.266976e-05	1.556825e+00	5.000000e+00	1.833028e+00
14	5.266976e-05	1.349010e+00	5.000000e+00	1.833116e+00
15	6.266976e-05	1.190157e+00	5.000000e+00	1.833028e+00
16	7.266976e-05	1.064784e+00	5.000000e+00	1.833116e+00
17	8.266976e-05	9.633175e-01	5.000000e+00	1.833028e+00
18	9.266976e-05	8.795141e-01	5.000000e+00	1.833116e+00
19	1.026698e-04	8.091310e-01	5.000000e+00	1.833028e+00
20	1.126698e-04	7.491835e-01	5.000000e+00	1.833116e+00
21	1.226698e-04	6.975110e-01	5.000000e+00	1.833028e+00
22	1.326698e-04	6.525106e-01	5.000000e+00	1.833116e+00
23	1.426698e-04	6.129684e-01	5.000000e+00	1.833028e+00
... (200 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Intercambiar LDR y potenciómetro: Si intercambias R1 y R2, la lógica se invierte: la luz se ENCENDERÁ cuando haya claridad y se APAGARÁ cuando esté oscuro. Asegúrate de que la LDR esté conectada a VCC y el potenciómetro a GND.
  2. LED insertado al revés: Si D1 no se enciende cuando VOUT está alto, verifica la polaridad. La pata más larga (ánodo) debe mirar hacia la resistencia R3.
  3. Sensibilidad demasiado baja: Si el LED nunca se apaga, es posible que R2 esté ajustado a una resistencia demasiado alta, manteniendo el voltaje en VSENSE siempre alto. Gira la perilla para reducir la resistencia.

Solución de problemas

  • El LED está siempre ENCENDIDO:
    • Causa: La resistencia del potenciómetro es demasiado alta o la LDR está rota (circuito abierto).
    • Solución: Disminuye el valor de R2 girando la perilla. Revisa las conexiones de la LDR.
  • El LED está siempre APAGADO:
    • Causa: La resistencia del potenciómetro es demasiado baja (cortocircuitando la entrada a tierra) o U1 no tiene alimentación.
    • Solución: Verifica que el Pin 14 tenga 5V. Aumenta ligeramente la resistencia de R2.
  • El LED parpadea:
    • Causa: El nivel de luz está justo en el umbral de conmutación del 74HC04.
    • Solución: Ajusta R2 ligeramente para alejarte del umbral o sombrea la LDR de manera más decisiva.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Añadir histéresis: Reemplaza el 74HC04 con un 74HC14 (Inversor Schmitt Trigger). Esto evita el parpadeo cuando la luz transiciona lentamente (atardecer/amanecer).
  2. Carga de alta potencia: Conecta el pin de salida a un transistor (como un 2N2222) y un módulo de relé para conmutar una lámpara de escritorio de 110V/220V en lugar de un pequeño LED.

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Quiz rápido

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




Pregunta 2: ¿Qué componente actúa como el sensor de luz en este proyecto?




Pregunta 3: ¿Qué función cumple el componente U1 (74HC04) en el circuito?




Pregunta 4: ¿Cuál es el estado esperado del LED cuando la LDR está expuesta a luz brillante?




Pregunta 5: ¿Qué componente se utiliza para calibrar la sensibilidad del circuito?




Pregunta 6: ¿A qué pin del chip 74HC04 se debe conectar la alimentación positiva (VCC)?




Pregunta 7: ¿Qué sucede con el voltaje en la entrada de la puerta lógica a medida que oscurece?




Pregunta 8: ¿Cuál es la función de la resistencia R3 de 330 Ω?




Pregunta 9: ¿Cuál de los siguientes es un caso de uso útil mencionado para este circuito?




Pregunta 10: ¿A qué pin del 74HC04 se debe conectar la Tierra (GND)?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Alarma de puerta abierta

Prototipo de Alarma de puerta abierta (Maker Style)

Nivel: Básico. Objetivo: Construir un circuito lógico utilizando una compuerta NOT que active un LED cuando se abra el contacto de un interruptor.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de monitoreo digital que ilumina un indicador LED cada vez que un interruptor (que representa un sensor de puerta) rompe el contacto. Esto demuestra el funcionamiento fundamental de la compuerta NOT (Inversor) en la lógica de seguridad.

  • Por qué es útil:

    • Seguridad en el hogar: Principio básico detrás de los interruptores magnéticos (reed switches) utilizados en ventanas y puertas.
    • Seguridad de electrodomésticos: Asegura que dispositivos como microondas o lavadoras no funcionen si la puerta está abierta.
    • Enclavamientos industriales: Sistemas de advertencia visual para protecciones de maquinaria.

  • Resultado esperado:

    • Puerta cerrada (Interruptor cerrado): Lógica de entrada Alta (5V), Lógica de salida Baja (0V), LED APAGADO.
    • Puerta abierta (Interruptor abierto): Lógica de entrada Baja (0V), Lógica de salida Alta (5V), LED ENCENDIDO.
    • Público objetivo y nivel: Estudiantes de introducción a la electrónica (Básico).

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Fuente de energía principal
  • U1: 74HC04, función: Inversor séxtuple (lógica de compuerta NOT)
  • SW1: Interruptor SPST, función: Simula el sensor de la puerta (Cerrado = Puerta cerrada)
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para la entrada de U1
  • R2: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: Indicador visual de alarma

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC04 (Inversor séxtuple)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada Conectado a SW1 y R1
2 1Y Salida Conectado a la resistencia del LED R2
7 GND Tierra Conectado a 0V (Tierra de la fuente de alimentación)
14 VCC Alimentación Conectado a 5V (Positivo de la fuente de alimentación)

Guía de conexionado

  • VCC se conecta al terminal positivo de V1, al pin 14 de U1 y a un lado de SW1.
  • 0 (GND) se conecta al terminal negativo de V1, al pin 7 de U1, a R1 y al cátodo de D1.
  • ESTADO_PUERTA (Nodo A) se conecta al otro lado de SW1, al otro lado de R1 y al pin 1 de U1.
  • SALIDA_ALARMA (Nodo Y) se conecta al pin 2 de U1 y a un lado de R2.
  • ÁNODO_LED se conecta al otro lado de R2 y al ánodo de D1.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate

Esquemático

[ INPUT / SENSOR ]                 [ LOGIC PROCESSING ]               [ OUTPUT / ALARM ]

    [ VCC (5V Source) ]
             |
             v
    [ SW1 (Door Switch) ]
             |
             v
          (Node A) -------------------->+------------------+
             |                          |    U1: 74HC04    |
             v                          |    (NOT Gate)    | --(Pin 2)--> [ R2: 330Ω ] --> [ D1: LED ] --> GND
    [ R1 (10k Pull-down) ]              |  Input: Pin 1    |
             |                          +------------------+
             v
            GND
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

Estado de la puerta Interruptor (SW1) Voltaje de entrada (Pin 1) Entrada lógica Salida lógica (Pin 2) Estado del LED
Cerrada Cerrado 5 V (Alto) 1 0 APAGADO
Abierta Abierto 0 V (Bajo) 0 1 ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

  1. Comprobación de alimentación: Antes de insertar el CI, verifica que V1 proporcione exactamente 5 V.
  2. Estado 1 (Seguro): Cierra SW1. Mide el voltaje en el Pin 1 (Entrada). Debería ser ~5 V. Mide el Pin 2 (Salida). Debería ser ~0 V. Verifica que el LED esté APAGADO.
  3. Estado 2 (Alarma): Abre SW1. Mide el voltaje en el Pin 1 (Entrada). Debería caer a 0 V (llevado a tierra por R1). Mide el Pin 2 (Salida). Debería subir a ~5 V. Verifica que el LED esté ENCENDIDO.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Open door alarm
*
* BILL OF MATERIALS:
* V1: 5V DC Supply
* U1: 74HC04 Hex Inverter (Behavioral Model)
* SW1: SPST Switch (Modeled as Voltage-Controlled Switch)
* R1: 10k Pull-down Resistor
* R2: 330 Ohm Current Limiting Resistor
* D1: Red LED
*
* WIRING CONNECTIONS:
* VCC: V1(+), U1(14), SW1(1)
* GND: V1(-), U1(7), R1(2), D1(Cathode)
* DOOR_STATUS: SW1(2), R1(1), U1(1)
* ALARM_OUT: U1(2), R2(1)
* LED_ANODE: R2(2), D1(Anode)

* --- Main Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Open door alarm
*
* BILL OF MATERIALS:
* V1: 5V DC Supply
* U1: 74HC04 Hex Inverter (Behavioral Model)
* SW1: SPST Switch (Modeled as Voltage-Controlled Switch)
* R1: 10k Pull-down Resistor
* R2: 330 Ohm Current Limiting Resistor
* D1: Red LED
*
* WIRING CONNECTIONS:
* VCC: V1(+), U1(14), SW1(1)
* GND: V1(-), U1(7), R1(2), D1(Cathode)
* DOOR_STATUS: SW1(2), R1(1), U1(1)
* ALARM_OUT: U1(2), R2(1)
* LED_ANODE: R2(2), D1(Anode)

* --- Main Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- User Interaction (Door Sensor) ---
* Model SW1 as a voltage-controlled switch S1 driven by a pulse source.
* Logic: Control High = Switch Closed (Door Closed). Control Low = Switch Open (Door Open).
* Pulse: Starts 0V (Open/Alarm ON), goes to 5V (Closed/Alarm OFF) at 1ms, stays for 2ms.
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 1m 10u 10u 2m 5m)

* S1 connects VCC to DOOR_STATUS when SW_CTRL is High.
S1 VCC DOOR_STATUS SW_CTRL 0 SW_DOOR
.model SW_DOOR SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* --- Pull-down Resistor ---
R1 DOOR_STATUS 0 10k

* --- 74HC04 Hex Inverter (U1) ---
* Implements NOT gate logic: ALARM_OUT = NOT(DOOR_STATUS)
* Pin mapping: 1=In, 2=Out, 7=GND, 14=VCC
XU1 DOOR_STATUS ALARM_OUT 0 VCC 74HC04_GATE

* --- Output Stage ---
R2 ALARM_OUT LED_ANODE 330
D1 LED_ANODE 0 D_RED

* --- Models and Subcircuits ---

* LED Model
.model D_RED D(IS=1e-22 RS=6 N=1.5 CJO=50p BV=5 IBV=10u)

* 74HC04 Single Gate Behavioral Model
* Pins: In Out GND VCC
.subckt 74HC04_GATE 1 2 7 14
* Continuous sigmoid function for robust NOT logic
* Vout goes Low when Vin > 2.5V, High when Vin < 2.5V
B_INV 2 7 V = V(14,7) * (1 / (1 + exp(50 * (V(1,7) - 2.5))))
.ends

* --- Simulation Directives ---
.tran 10u 5ms
.op

* --- Output Printing ---
.print tran V(DOOR_STATUS) V(ALARM_OUT) V(LED_ANODE) V(SW_CTRL)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1126 rows) 
Index   time            v(door_status)  v(alarm_out)    v(led_anode)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
1	1.000000e-07	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
2	2.000000e-07	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
3	4.000000e-07	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
4	8.000000e-07	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
5	1.600000e-06	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
6	3.200000e-06	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
7	6.400000e-06	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
8	1.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
9	2.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
10	3.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
11	4.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
12	5.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
13	6.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
14	7.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
15	8.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
16	9.280000e-05	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
17	1.028000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
18	1.128000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
19	1.228000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
20	1.328000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
21	1.428000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
22	1.528000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
23	1.628000e-04	4.999500e-04	5.000000e+00	1.842385e+00
... (1102 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entrada flotante: Olvidar la resistencia pull-down (R1). Sin R1, cuando el interruptor se abre, el pin de entrada queda flotando y el LED puede parpadear o permanecer en un estado impredecible. Siempre conecta las entradas CMOS a un nivel lógico definido.
  2. Sin resistencia para el LED: Conectar el LED directamente a la salida del 74HC04 sin R2. Esto puede quemar el LED o dañar la etapa de salida del CI debido a una corriente excesiva.
  3. Polaridad incorrecta: Insertar el LED al revés (ánodo a tierra). El LED nunca se encenderá. Asegúrate de que la pata más larga (ánodo) mire hacia la resistencia que viene del CI.

Solución de problemas

  • LED siempre ENCENDIDO: Comprueba si SW1 se está cerrando realmente. Si usas un pulsador, asegúrate de que esté conectado a VCC. Verifica que R1 esté conectado a Tierra.
  • LED siempre APAGADO: Comprueba si el 74HC04 tiene alimentación (Pin 14) y Tierra (Pin 7). Comprueba la polaridad del LED. Asegúrate de que SW1 esté desconectando realmente VCC cuando está «Abierto».
  • El LED es tenue: El valor de R2 podría ser demasiado alto (por ejemplo, 10 kΩ en lugar de 330 Ω) o la fuente de 5V está cayendo.
  • El CI se calienta: Desconecta la alimentación inmediatamente. Busca cortocircuitos entre la Salida (Pin 2) y Tierra, o si el chip está insertado al revés.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma sonora: Conecta un transistor NPN y un zumbador a la salida para generar sonido junto con la luz cuando se abra la puerta.
  2. Circuito de enclavamiento: Añade un bucle de retroalimentación o un Flip-Flop para que, una vez que se active la alarma, permanezca ENCENDIDA incluso si la puerta se cierra de nuevo, requiriendo un botón de reinicio manual.

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Quiz rápido

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




Pregunta 2: ¿Qué componente lógico fundamental se utiliza en este proyecto?




Pregunta 3: ¿Qué representa el interruptor en el contexto del caso de uso?




Pregunta 4: ¿Cuál es el estado del LED cuando la puerta está cerrada (interruptor cerrado)?




Pregunta 5: Según el texto, ¿qué voltaje de entrada (lógica) se tiene cuando el interruptor está cerrado?




Pregunta 6: Si el interruptor está abierto (puerta abierta), ¿cuál es el estado lógico de la salida?




Pregunta 7: ¿Cuál es un ejemplo de uso en la seguridad de electrodomésticos mencionado?




Pregunta 8: ¿Qué sucede con la lógica de entrada cuando el interruptor se abre?




Pregunta 9: ¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de uso real mencionado para este circuito?




Pregunta 10: ¿A qué público objetivo está dirigido este proyecto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Inversor de señal con LED indicador

Prototipo de Inversor de señal con LED indicador (Maker Style)

Nivel: Básico – Comprender la lógica de una compuerta NOT (inversor) observando estados de entrada y salida opuestos mediante indicadores luminosos.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito lógico digital utilizando un CI 74HC04 (Hex Inverter). El circuito demostrará la función de inversión fundamental donde una señal de entrada ALTA (HIGH) resulta en una señal de salida BAJA (LOW), confirmada visualmente por dos LEDs que operan en estados alternos.

Por qué es útil:
* Enclavamientos de seguridad: Utilizados en maquinaria para asegurar que un sistema se detenga (lógica BAJA) cuando se activa un sensor (lógica ALTA).
* Indicadores de estado: Permite crear luces de «Standby» (espera) que se ENCIENDEN solo cuando el interruptor de encendido principal está APAGADO.
* Adaptación de niveles lógicos: Esencial para interconectar sensores activos en alto con entradas de microcontroladores activas en bajo.
* Acondicionamiento de señal: Limpia señales digitales ruidosas y asegura niveles lógicos distintos.

Resultado esperado:
* LED de entrada (Verde): Se ENCIENDE cuando se presiona el interruptor (Lógica 1).
* LED de salida (Rojo): Se APAGA cuando se presiona el interruptor (Lógica 0).
* Relación inversa: Cuando se suelta el interruptor (Lógica 0), el LED Rojo se ENCIENDE.
* Niveles de voltaje: Entrada a 0V $\rightarrow$ Salida $\approx$ 5V; Entrada a 5V $\rightarrow$ Salida $\approx$ 0V.

Público objetivo: Estudiantes y aficionados (Nivel: Básico).

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC (batería o fuente regulada)
  • S1: Interruptor SPST de palanca o táctil, función: Generador de señal de entrada
  • U1: 74HC04 (CI Hex Inverter), función: Inversión lógica
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Resistencia pull-down para la entrada VA
  • R2: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el LED de entrada (D1)
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el LED de salida (D2)
  • D1: LED Verde, función: Indicador de estado de entrada (Activo Alto)
  • D2: LED Rojo, función: Indicador de estado de salida (Activo Alto)

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC04 (Hex Inverter)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada Conectado al Interruptor S1 y Pull-down R1
2 1Y Salida Conectado al LED de Salida (D2) vía R3
7 GND Tierra Conectado al Negativo de la Fuente de Alimentación (0V)
14 VCC Alimentación Conectado al Positivo de la Fuente de Alimentación (5V)

Nota: Los pines 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12 y 13 no se utilizan en esta demostración de una sola compuerta. En un circuito permanente, las entradas no utilizadas en chips CMOS deben conectarse a GND.

Guía de conexionado

  • VCC: Conectar el terminal positivo de V1, Pin 14 de U1, y un lado de S1.
  • 0 (GND): Conectar el terminal negativo de V1, Pin 7 de U1, un lado de R1, el cátodo de D1, y el cátodo de D2.
  • VA (Nodo de Entrada): Conectar el otro lado de S1, el otro lado de R1, Pin 1 de U1, y un lado de R2.
  • Indicador de Entrada: Conectar el otro lado de R2 al ánodo de D1.
  • VOUT (Nodo de Salida): Conectar Pin 2 de U1 a un lado de R3.
  • Indicador de Salida: Conectar el otro lado de R3 al ánodo de D2.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate

Esquemático

[ INPUT GENERATION ]               [ LOGIC & MONITORING ]               [ OUTPUT STAGE ]

    [ VCC ] -> [ Switch S1 ] --+
                               |
                               V
                           (Node VA) --(Pin 1)--> [ U1: 74HC04 ] --(Pin 2)--> [ R3: 330 ] -> [ D2: Red ] -> GND
                               |                  (Hex Inverter)
                               |
    [ GND ] <- [ R1: 10k ] <---+
                               |
                               +----(Monitor)---> [ R2: 330 ] --> [ D1: Green ] -> GND
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC04 contiene seis compuertas NOT independientes. Estamos usando una.

Entrada (VA) Estado del interruptor Salida (VOUT) LED Verde (D1) LED Rojo (D2)
0 (Bajo) Abierto 1 (Alto) APAGADO ENCENDIDO
1 (Alto) Cerrado 0 (Bajo) ENCENDIDO APAGADO

Mediciones y pruebas

Para validar el circuito, realice los siguientes pasos utilizando un multímetro y observación visual:

  1. Comprobación del estado por defecto:

    • Asegúrese de que S1 esté abierto (no presionado).
    • Mida el voltaje en VA con respecto a GND. Debería ser 0V.
    • Mida el voltaje en VOUT con respecto a GND. Debería estar cerca de 5V.
    • Visual: El LED Rojo (D2) está ENCENDIDO; el LED Verde (D1) está APAGADO.

  2. Comprobación del estado activo:

    • Cierre (presione) S1.
    • Mida el voltaje en VA. Debería estar cerca de 5V.
    • Mida el voltaje en VOUT. Debería estar cerca de 0V.
    • Visual: El LED Rojo (D2) se APAGA; el LED Verde (D1) se ENCIENDE.

  3. Umbral de transición (Opcional):

    • Si utiliza una fuente de voltaje variable en lugar de S1, aumente lentamente el voltaje en VA. El estado de salida cambiará cuando la entrada cruce aproximadamente la mitad de VCC (aprox. 2.5V para la serie 74HC).

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Signal inverter with indicator LED

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Signal Generator (Switch S1) ---
* S1 connects VCC to VA (Input Node) when pressed.
* R1 pulls VA to Ground when S1 is open.
* V_S1_ACT simulates the user pressing the button (Active High).
* Pulse timing: Wait 10u, Press for 100u, Repeat every 200u.
V_S1_ACT S_ACT 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC VA S_ACT 0 SW_IDEAL

* --- Input Circuit Components ---
R1 VA 0 10k
R2 VA N_D1_A 330
D1 N_D1_A 0 LED_GREEN

* --- Logic Inverter (U1: 74HC04) ---
* Wiring: Pin1=VA, Pin2=VOUT, Pin7=GND, Pin14=VCC
* Implemented as a behavioral subcircuit to match pinout
XU1 VA VOUT 0 VCC 74HC04_1G

* --- Output Circuit Components ---
R3 VOUT N_D2_A 330
D2 N_D2_A 0 LED_RED

* --- Models ---
* Voltage Controlled Switch Model
.model SW_IDEAL SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=10Meg)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Signal inverter with indicator LED

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Signal Generator (Switch S1) ---
* S1 connects VCC to VA (Input Node) when pressed.
* R1 pulls VA to Ground when S1 is open.
* V_S1_ACT simulates the user pressing the button (Active High).
* Pulse timing: Wait 10u, Press for 100u, Repeat every 200u.
V_S1_ACT S_ACT 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC VA S_ACT 0 SW_IDEAL

* --- Input Circuit Components ---
R1 VA 0 10k
R2 VA N_D1_A 330
D1 N_D1_A 0 LED_GREEN

* --- Logic Inverter (U1: 74HC04) ---
* Wiring: Pin1=VA, Pin2=VOUT, Pin7=GND, Pin14=VCC
* Implemented as a behavioral subcircuit to match pinout
XU1 VA VOUT 0 VCC 74HC04_1G

* --- Output Circuit Components ---
R3 VOUT N_D2_A 330
D2 N_D2_A 0 LED_RED

* --- Models ---
* Voltage Controlled Switch Model
.model SW_IDEAL SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=10Meg)

* LED Models (Generic)
.model LED_GREEN D(IS=1e-22 RS=5 N=1.5 CJO=50p)
.model LED_RED D(IS=1e-22 RS=5 N=1.5 CJO=50p)

* --- Subcircuits ---
* 74HC04 Hex Inverter (Single Gate Representation)
* Pins: 1=Input, 2=Output, 7=GND, 14=VCC
.subckt 74HC04_1G 1 2 7 14
* Behavioral source implementing Inverter Logic: Vout = NOT(Vin)
* Uses sigmoid function for convergence: 1 / (1 + exp(k*(Vin - Vth)))
* Multiplied by V(14) to track supply voltage
B1 2 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(50 * (V(1) - 2.5))))
.ends

* --- Analysis Directives ---
* Transient analysis for 500us to capture pulse cycles
.tran 1u 500u

* Output data for plotting/logging
.print tran V(VA) V(VOUT) V(N_D1_A) V(N_D2_A)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1334 rows) 
Index   time            v(va)           v(vout)         v(n_d1_a)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
1	1.000000e-08	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
2	2.000000e-08	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
3	4.000000e-08	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
4	8.000000e-08	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
5	1.600000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
6	3.200000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
7	6.400000e-07	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
8	1.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
9	2.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
10	3.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
11	4.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
12	5.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
13	6.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
14	7.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
15	8.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
16	9.280000e-06	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
17	1.000000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
18	1.010000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
19	1.026000e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
20	1.030750e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
21	1.039062e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
22	1.041363e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
23	1.045390e-05	4.995005e-03	5.000000e+00	4.995005e-03
... (1310 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes:
    • Error: Omitir la resistencia pull-down (R1). La entrada flota cuando el interruptor está abierto, causando que el LED de salida parpadee u oscile debido al ruido electromagnético.
    • Solución: Asegúrese siempre de que la entrada tenga un camino definido a GND (vía R1) cuando el interruptor esté abierto.
  2. Falta de resistencias limitadoras de corriente:
    • Error: Conectar LEDs directamente a la salida del CI o a VCC sin R2 o R3.
    • Solución: Utilice siempre resistencias en serie (330 Ω a 1 kΩ) para evitar quemar el LED o dañar la etapa de salida del 74HC04.
  3. Confusión en la numeración de pines:
    • Error: Cablear el CI al revés o contar los pines desde el lado equivocado.
    • Solución: Identifique la muesca/punto en el encapsulado. El Pin 1 está a la izquierda de la muesca cuando la muesca mira hacia arriba.

Solución de problemas

  • Ambos LEDs permanecen APAGADOS:
    • Causa: Fuente de alimentación desconectada o CI insertado al revés.
    • Solución: Verifique las conexiones de VCC (Pin 14) y GND (Pin 7). Asegúrese de que haya 5V presentes.
  • El LED de salida (Rojo) nunca se APAGA:
    • Causa: La entrada VA no está alcanzando la Lógica Alta (5V) de manera efectiva, o el CI está dañado.
    • Solución: Verifique la continuidad del Interruptor S1. Mida el voltaje en el Pin 1 mientras presiona el interruptor.
  • El LED de salida (Rojo) es tenue:
    • Causa: La resistencia R3 tiene un valor demasiado alto, o el voltaje de alimentación es demasiado bajo.
    • Solución: Verifique que R3 sea de 330 Ω. Compruebe si V1 es realmente de 5V.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Circuito Buffer: Conecte la salida del primer inversor (Pin 2) a la entrada de un segundo inversor (Pin 3). La salida del segundo inversor (Pin 4) coincidirá ahora con el estado de la entrada original, actuando como un buffer no inversor.
  2. Oscilador de onda cuadrada: Utilice tres compuertas NOT en un bucle cerrado (Oscilador en Anillo Lógico) para crear un circuito que haga parpadear los LEDs automáticamente sin un interruptor.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es la función principal del circuito integrado 74HC04 descrito en el texto?




Pregunta 2: En este circuito, ¿qué sucede con la señal de salida si la señal de entrada es ALTA (HIGH)?




Pregunta 3: ¿Qué componente se utiliza para generar la señal de entrada según el contexto?




Pregunta 4: Según el resultado esperado, ¿cuándo se enciende el LED de entrada (Verde)?




Pregunta 5: ¿Qué aplicación práctica se menciona para este tipo de circuito en maquinaria?




Pregunta 6: Si el circuito funciona como un inversor, ¿qué debería hacer el LED de salida cuando el de entrada está apagado?




Pregunta 7: En lógica digital estándar de 5V, ¿qué voltaje aproximado se espera en la salida de un inversor si la entrada es 0V?




Pregunta 8: ¿Para qué sirve este circuito en relación con los microcontroladores?




Pregunta 9: ¿Qué función de acondicionamiento de señal realiza este circuito según el texto?




Pregunta 10: ¿Cómo se describe el uso de este circuito para indicadores de estado?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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