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

Diagrama eléctrico

Diagrama electrico del caso: Caso práctico: Desactivación de emergencia
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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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

Diagrama eléctrico

Diagrama electrico del caso: Caso práctico: Sensor de oscuridad automático
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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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* 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

Diagrama eléctrico

Diagrama electrico del caso: Caso práctico: Alarma de puerta abierta
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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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) ...

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

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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).

Sígueme:

Caso práctico: Activación de bomba de agua de emergencia

Prototipo de Activación de bomba de agua de emergencia (Maker Style)

Nivel: Básico. Diseña un sistema de control que active una bomba de drenaje si se activa cualquiera de los dos sensores de nivel de agua.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de control lógico utilizando una 74HC32 (Compuerta OR) para accionar un motor de CC mediante un controlador de transistor siempre que se detecte agua por al menos un sensor.

Por qué es útil:
* Prevención de inundaciones: Activa automáticamente una bomba de sumidero en un sótano cuando el agua sube a un nivel crítico.
* Seguridad industrial: Previene desbordamientos de tanques drenando líquido si se activan los sensores de nivel alto primarios o secundarios.
* Aplicaciones marinas: Activa la bomba de sentina de un barco si entra agua en el casco por babor o estribor.
* Redundancia: Asegura que la bomba arranque incluso si un sensor falla (siempre que el otro detecte el agua).

Resultado esperado:
* El motor se enciende (ON) si el Sensor A está en ALTO (HIGH).
* El motor se enciende (ON) si el Sensor B está en ALTO (HIGH).
* El motor se enciende (ON) si ambos sensores están en ALTO (HIGH).
* La salida lógica en el pin de la compuerta marca ~5 V (1 lógico) cuando está activa.
* Público objetivo: Estudiantes de electrónica básica y aficionados.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Alimentación principal del circuito.
  • S1: Interruptor SPST, función: Simula el Sensor de Nivel de Agua A.
  • S2: Interruptor SPST, función: Simula el Sensor de Nivel de Agua B.
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor A.
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor B.
  • U1: 74HC32 Cuádruple compuerta OR de 2 entradas.
  • R3: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente de base del transistor.
  • Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Interruptor controlador del motor.
  • D1: Diodo 1N4007, función: Protección de retorno (snubber).
  • M1: Motor de 5 V CC, función: Simulación de bomba de drenaje.

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC32 (Cuádruple compuerta OR de 2 entradas)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado al nodo SENS_A
2 1B Entrada B Conectado al nodo SENS_B
3 1Y Salida Conectado al nodo GATE_OUT
7 GND Tierra Conectado al nodo 0 (GND)
14 VCC Alimentación (+5V) Conectado al nodo VCC

Guía de conexionado

Construye el circuito siguiendo estas conexiones de nodos:

  • VCC: Conecta el terminal positivo de V1, un lado de S1, un lado de S2, el Pin 14 de U1 y el terminal positivo de M1.
  • 0 (GND): Conecta el terminal negativo de V1, el Pin 7 de U1, el Emisor de Q1, la parte inferior de R1 y la parte inferior de R2.
  • SENS_A: Conecta el otro lado de S1, la parte superior de R1 y el Pin 1 de U1.
  • SENS_B: Conecta el otro lado de S2, la parte superior de R2 y el Pin 2 de U1.
  • GATE_OUT: Conecta el Pin 3 de U1 a un lado de R3.
  • BASE_NODE: Conecta el otro lado de R3 a la Base de Q1.
  • MOTOR_DRIVE: Conecta el Colector de Q1, el terminal negativo de M1 y el Ánodo de D1.
  • PROTECTION: Conecta el Cátodo de D1 a VCC (En paralelo con el motor).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

[ INPUTS / SENSORS ]                 [ LOGIC CONTROL ]                   [ ACTUATOR / OUTPUT ]

                                          +----------------+
    [ Switch S1 ]                         |                |
    [ + R1 (PD) ] --(SENS_A / Pin 1)----->|   U1: 74HC32   |
                                          |   (OR Gate)    |
                                          |                |--(GATE_OUT / Pin 3)--> [ Resistor R3 ]
                                          |   Logic:       |                            |
    [ Switch S2 ]                         |   If A OR B    |                            |
    [ + R2 (PD) ] --(SENS_B / Pin 2)----->|   Then HIGH    |                            |
                                          |                |                      (BASE_NODE)
                                          +----------------+                            |
                                                                                        v
                                                                               [ Q1 NPN Transistor ]
                                                                               (Electronic Switch)
                                                                                        |
                                                                                        | (Switches GND)
                                                                                        |
                                                                                  (MOTOR_DRIVE)
                                                                                        |
                                                                                        v
                                                                             [ Motor M1 + Diode D1 ]
                                                                             (Connected to VCC)
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico del caso: Activación de bomba de agua de emergencia
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

🔒 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

Esta tabla describe el estado lógico del 74HC32 y la acción física resultante de la bomba.

Sensor A (Entrada 1A) Sensor B (Entrada 1B) Salida Lógica (Pin 1Y) Estado del Transistor Estado de la Bomba
Bajo (0) Bajo (0) Bajo (0) OFF (Abierto) OFF
Bajo (0) Alto (1) Alto (1) ON (Saturación) ON
Alto (1) Bajo (0) Alto (1) ON (Saturación) ON
Alto (1) Alto (1) Alto (1) ON (Saturación) ON

Mediciones y pruebas

  1. Verificación de alimentación: Antes de conectar el motor, mide el voltaje entre VCC y GND. Debería ser estable a 5 V.
  2. Estado de reposo: Asegúrate de que ambos interruptores estén abiertos. Mide el voltaje en el Pin 3 (GATE_OUT). Debería ser ~0 V. El motor debería estar detenido.
  3. Activación del Sensor A: Cierra S1. Mide el voltaje en el Pin 1 (Entrada A). Debería ser 5 V. El Pin 3 debería ponerse en Alto, y el motor debería girar.
  4. Activación del Sensor B: Abre S1 y cierra S2. Verifica que el motor gire.
  5. Activación simultánea: Cierra tanto S1 como S2. El motor debería seguir girando.
  6. Consumo de corriente: Coloca un amperímetro en serie con el motor. Anota el consumo de corriente (típicamente 50mA a 200mA para motores pequeños de hobby).

Netlist SPICE y simulación

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

* Emergency water pump activation fixed

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

* --- Switches & Sensors ---
* S1: Simulates Water Level Sensor A
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 1m 2m)
S1 VCC SENS_A ACT_A 0 SW_MOD

* R1: Pull-down for Sensor A
R1 SENS_A 0 10k

* S2: Simulates Water Level Sensor B
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)
S2 VCC SENS_B ACT_B 0 SW_MOD

* R2: Pull-down for Sensor B
R2 SENS_B 0 10k

* --- Logic Gate U1: 74HC32 (Quad OR) ---
* Pin 1: SENS_A, Pin 2: SENS_B, Pin 3: GATE_OUT, Pin 7: GND, Pin 14: VCC
XU1 SENS_A SENS_B GATE_OUT 0 VCC 74HC32_GATE

* --- Driver Stage ---
* R3: Base resistor
R3 GATE_OUT BASE_NODE 1k

* Q1: NPN Transistor Switch
* Collector: MOTOR_DRIVE, Base: BASE_NODE, Emitter: 0 (GND)
* ... (truncated in public view) ...

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* Emergency water pump activation fixed

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

* --- Switches & Sensors ---
* S1: Simulates Water Level Sensor A
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 1m 2m)
S1 VCC SENS_A ACT_A 0 SW_MOD

* R1: Pull-down for Sensor A
R1 SENS_A 0 10k

* S2: Simulates Water Level Sensor B
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)
S2 VCC SENS_B ACT_B 0 SW_MOD

* R2: Pull-down for Sensor B
R2 SENS_B 0 10k

* --- Logic Gate U1: 74HC32 (Quad OR) ---
* Pin 1: SENS_A, Pin 2: SENS_B, Pin 3: GATE_OUT, Pin 7: GND, Pin 14: VCC
XU1 SENS_A SENS_B GATE_OUT 0 VCC 74HC32_GATE

* --- Driver Stage ---
* R3: Base resistor
R3 GATE_OUT BASE_NODE 1k

* Q1: NPN Transistor Switch
* Collector: MOTOR_DRIVE, Base: BASE_NODE, Emitter: 0 (GND)
Q1 MOTOR_DRIVE BASE_NODE 0 2N2222MOD

* --- Output Load (Motor) ---
* M1: 5V DC Motor simulation (Inductive Load)
* Fixed: Subcircuit name changed from DC_MOTOR_MODEL to DC_MOTOR to match definition
XM1 VCC MOTOR_DRIVE DC_MOTOR

* --- Protection ---
* D1: Flyback Diode
D1 MOTOR_DRIVE VCC 1N4007MOD

* --- Models and Subcircuits ---

* Switch Model
.model SW_MOD SW(Vt=2.5 Vh=0.1 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* Transistor Model (Generic 2N2222)
.model 2N2222MOD NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* Diode Model (Generic 1N4007)
.model 1N4007MOD D(IS=7.027n RS=0.03415 N=1.267 EG=1.11 XTI=3 BV=1000 IBV=10m CJO=10p VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=100n)

* Motor Model (Simple RL series)
.subckt DC_MOTOR POS NEG
Rcoil POS INT 50
Lcoil INT NEG 5m
.ends

* 74HC32 Logic Gate Model (Behavioral)
* Implements OR logic: OUT = 1 if (IN1=1 OR IN2=1)
.subckt 74HC32_GATE IN1 IN2 OUT GND VCC
B_OR OUT GND V=V(VCC) * ( (1/(1+exp(-20*(V(IN1)-2.5)))) + (1/(1+exp(-20*(V(IN2)-2.5)))) - ( (1/(1+exp(-20*(V(IN1)-2.5)))) * (1/(1+exp(-20*(V(IN2)-2.5)))) ) )
.ends

* --- Simulation Directives ---
.tran 10u 2.5m

* Print required nodes for validation
.print tran V(SENS_A) V(SENS_B) V(GATE_OUT) V(BASE_NODE) V(MOTOR_DRIVE)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (2750 rows) 
Index   time            v(sens_a)       v(sens_b)       v(gate_out)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
1	1.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
2	2.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
3	4.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
4	8.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
5	1.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
6	3.200000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
7	3.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
8	4.300000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
9	4.493750e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
10	4.832812e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
11	5.162979e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
12	5.395702e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
13	5.611432e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
14	5.884211e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
15	6.429769e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
16	7.520886e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
17	9.703119e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
18	1.000000e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
19	1.030157e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
20	1.090472e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
21	1.211102e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
22	1.452361e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
23	1.934879e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
... (2726 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes: Olvidar las resistencias pull-down (R1, R2).
    • Solución: Conecta siempre las entradas a tierra mediante una resistencia (10kΩ) para que tengan un valor predeterminado de 0 V cuando los interruptores estén abiertos.
  2. Diodo de retorno faltante: Omitir D1 en paralelo con el motor.
    • Solución: Las cargas inductivas generan picos de voltaje al apagarse. Coloca siempre un diodo en polarización inversa en paralelo con el motor para proteger el transistor.
  3. Sobrecarga de la compuerta: Conectar el motor directamente al pin de salida del 74HC32.
    • Solución: Las compuertas lógicas solo pueden suministrar corrientes pequeñas (~20mA). Usa un transistor (Q1) para manejar la corriente más alta requerida por el motor.

Solución de problemas

  • Síntoma: El motor funciona continuamente incluso cuando los interruptores están abiertos.
    • Causa: Las entradas están flotando o el transistor está en cortocircuito.
    • Solución: Verifica las conexiones de R1/R2 o reemplaza Q1.
  • Síntoma: El CI se calienta mucho inmediatamente.
    • Causa: Los pines VCC y GND están invertidos o en cortocircuito.
    • Solución: Desconecta la alimentación inmediatamente y verifica el cableado del Pin 14 y el Pin 7.
  • Síntoma: La salida lógica está en Alto (5V), pero el motor no gira.
    • Causa: La resistencia de base (R3) es demasiado alta o la ganancia del transistor es demasiado baja.
    • Solución: Verifica que R3 sea de 1kΩ. Asegúrate de que la fuente de alimentación del motor sea adecuada.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Indicadores visuales: Añade un LED con una resistencia limitadora de corriente en paralelo con el motor para proporcionar una advertencia visual cuando la bomba esté activa.
  2. Histéresis/Enclavamiento: Reemplaza la compuerta OR con una lógica Latch SR. Esto mantendría la bomba funcionando incluso si el nivel del agua baja momentáneamente, asegurando un ciclo de drenaje completo hasta que un sensor inferior lo reinicie.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué componente principal se utiliza para realizar la lógica de control en este circuito?




Pregunta 2: ¿Cuál es la función principal del sistema diseñado?




Pregunta 3: ¿Qué voltaje de salida lógico se espera en el pin de la compuerta cuando está activa?




Pregunta 4: ¿Qué función cumplen los interruptores S1 y S2 en el circuito?




Pregunta 5: ¿Cuál es el propósito de las resistencias R1 y R2 de 10 kΩ?




Pregunta 6: ¿Qué sucede con el motor si el Sensor A está en ALTO (HIGH) y el Sensor B en BAJO (LOW)?




Pregunta 7: ¿Por qué se menciona la 'redundancia' como una utilidad de este circuito?




Pregunta 8: ¿Qué componente se utiliza para accionar el motor de CC según el objetivo?




Pregunta 9: ¿Qué ocurre si ambos sensores (A y B) están en estado ALTO (HIGH) simultáneamente?




Pregunta 10: ¿Cuál es una aplicación de seguridad industrial mencionada para este sistema?




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: Sistema de aviso de puerta abierta de coche

Prototipo de Sistema de aviso de puerta abierta de coche (Maker Style)

Nivel: Básico – Implementar un circuito lógico que active un indicador cuando cualquier puerta quede entreabierta.

Objetivo y caso de uso

En esta sesión, construirás un circuito de monitorización digital utilizando una puerta OR 74HC32 para detectar si alguna puerta del vehículo no está completamente cerrada. El circuito utiliza interruptores «Normalmente Cerrados» (NC) para simular la mecánica de la puerta, asegurando que la alarma se active (el LED se ENCIENDA) cuando se abre una puerta.

  • Por qué es útil:

    • Seguridad automotriz: Alerta a los conductores si una puerta no está asegurada antes de conducir, previniendo accidentes.
    • Sistemas de seguridad: Monitoriza múltiples puntos de entrada (ventanas/puertas) y activa una alarma central si se vulnera alguno.
    • Cerramientos industriales: Asegura que las protecciones de seguridad en maquinaria peligrosa estén cerradas antes de permitir el funcionamiento.
    • Control de acceso: Agregación lógica simple para múltiples sensores.

  • Resultado esperado:

    • Ambas puertas cerradas: Las entradas son Lógica 0 (0 V); el LED está APAGADO.
    • Puerta A abierta: La entrada A pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
    • Puerta B abierta: La entrada B pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
    • Ambas abiertas: Ambas entradas en Lógica 1; el LED permanece ENCENDIDO.

  • Público objetivo: Estudiantes de electrónica básica y aficionados a la automoción.

Materiales

  • V1: fuente de alimentación de 5 V CC, función: alimentación principal del circuito.
  • S1: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta A (Liberado = Puerta Abierta).
  • S2: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta B (Liberado = Puerta Abierta).
  • R1: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada A.
  • R2: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada B.
  • U1: 74HC32, función: CI de cuádruple puerta OR de 2 entradas.
  • R3: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED.
  • D1: LED rojo, función: indicador de advertencia de puerta abierta.
  • C1: condensador de 100 nF, función: desacoplo para la alimentación de U1.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC32 (Cuádruple puerta OR de 2 entradas)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado al nodo DOOR_A
2 1B Entrada B Conectado al nodo DOOR_B
3 1Y Salida Conectado al nodo V_ALARM
7 GND Tierra Conectado al nodo 0
14 VCC Alimentación Conectado al nodo VCC

Guía de conexionado

Sigue estas conexiones para crear la netlist lógica compatible con SPICE:

  • Fuente de alimentación

    • V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
    • C1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (cerca del CI).

  • Etapa de entrada (Sensores de puerta)

    • S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_A.
    • R1 se conecta entre el nodo DOOR_A y el nodo 0. (Asegura Lógica 0 cuando la puerta está cerrada/interruptor presionado).
    • S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_B.
    • R2 se conecta entre el nodo DOOR_B y el nodo 0.

  • Procesamiento lógico (74HC32)

    • U1 Pin 14 se conecta a VCC.
    • U1 Pin 7 se conecta a 0.
    • U1 Pin 1 (Entrada 1A) se conecta al nodo DOOR_A.
    • U1 Pin 2 (Entrada 1B) se conecta al nodo DOOR_B.
    • U1 Pin 3 (Salida 1Y) se conecta al nodo V_ALARM.

  • Etapa de salida (Indicador)

    • R3 se conecta entre el nodo V_ALARM y el nodo LED_ANODE.
    • El ánodo de D1 se conecta a LED_ANODE.
    • El cátodo de D1 se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

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

(VCC 5V)
   |
[ S1: Door A Switch (NC) ]
   |
            +---> [ Node: DOOR_A ] --(Pin 1)---->+------------------+
   |                                    |                  |
[ R1: 10k Pull-Down ] -> GND            |    U1: 74HC32    |
                                        |    (OR Gate)     |
                                        |                  |--(Pin 3)---> [ R3: 330 Ohm ]
                                        |    Logic:        |                   |
(VCC 5V)                                |    A + B = Y     |                   v
   |                                    |                  |             [ D1: Red LED ]
[ S2: Door B Switch (NC) ]              |                  |                   |
   |                                    |                  |                  GND
                    +---> [ Node: DOOR_B ] --(Pin 2)---->+------------------+
   |                                            ^
[ R2: 10k Pull-Down ] -> GND                    |
                                          [ C1: 100nF ]
                                          (Decoupling)
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico del caso: Sistema de aviso de puerta abierta de coche
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Tabla de verdad

El 74HC32 se comporta según la lógica OR estándar. En este escenario:
* Lógica 0 = 0 V (Puerta cerrada / Interruptor presionado).
* Lógica 1 = 5 V (Puerta abierta / Interruptor liberado).

Puerta A (Entrada 1) Puerta B (Entrada 2) Salida (LED) Descripción del estado
0 (Cerrada) 0 (Cerrada) 0 (APAGADO) Seguro
0 (Cerrada) 1 (Abierta) 1 (ENCENDIDO) Advertencia
1 (Abierta) 0 (Cerrada) 1 (ENCENDIDO) Advertencia
1 (Abierta) 1 (Abierta) 1 (ENCENDIDO) Advertencia

Mediciones y pruebas

  1. Verificación de alimentación: Mide el voltaje entre VCC y 0. Debe ser estable a 5 V.
  2. Estado por defecto (Seguro): Mantén presionados S1 y S2 (simulando puertas cerradas). Mide el voltaje en DOOR_A y DOOR_B. Ambos deben ser ~0 V. El LED debe estar APAGADO.
  3. Prueba de Puerta A: Suelta S1 mientras mantienes S2. El voltaje en DOOR_A debe saltar a ~5 V. El voltaje en V_ALARM debe pasar a Alto (~5 V), y el LED debe encenderse.
  4. Prueba de Puerta B: Suelta S2 mientras mantienes S1. El voltaje en DOOR_B debe saltar a ~5 V. El LED debe encenderse.
  5. Verificación del umbral lógico: Si usas una fuente variable, verifica que el 74HC32 registre una señal «Alta» una vez que el voltaje de entrada cruce aproximadamente 3.5 V (para VCC de 5 V).

Netlist SPICE y simulación

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

* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

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

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

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

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* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

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

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

* Door A
S1 VCC DOOR_A CTRL_A 0 MYSW
R1 DOOR_A 0 10k

* Door B
S2 VCC DOOR_B CTRL_B 0 MYSW
R2 DOOR_B 0 10k

* --- Control Signals (User Stimuli) ---
* Timing Sequence:
* 0us - 100us: Both Doors Closed (Low)
* 100us - 200us: Door A Open (High)
* 200us - 300us: Both Doors Open (High)
* 300us - 400us: Door B Open (High)
* 400us - 600us: Both Doors Closed (Low)
V_ACT_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 200u 1000u)
V_ACT_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 200u 1u 1u 200u 1000u)

* --- Logic Processing: U1 (74HC32) ---
* Quad 2-input OR gate
* Connections per wiring guide:
* Pin 1 (A) -> DOOR_A
* Pin 2 (B) -> DOOR_B
* Pin 3 (Y) -> V_ALARM
* Pin 7 (GND) -> 0
* Pin 14 (VCC) -> VCC
XU1 DOOR_A DOOR_B V_ALARM 0 VCC 74HC32

* --- Output Stage: Indicator ---
R3 V_ALARM LED_ANODE 330
D1 LED_ANODE 0 DLED

* --- Subcircuits ---
.subckt 74HC32 InA InB OutY GND VCC
* Behavioral OR Gate implementation
* Uses tanh for continuous, robust switching
* Logic: Out = VCC if (A > 2.5) OR (B > 2.5)
* Formula: Vout = VCC * ( 1 - (NOT A * NOT B) )
* NOT A is approximated by 0.5 * (1 - tanh(10*(V(InA)-2.5)))
B1 OutY GND V = V(VCC) * (1 - ( (0.5*(1-tanh(10*(V(InA)-2.5)))) * (0.5*(1-tanh(10*(V(InB)-2.5)))) ))
.ends

* --- Analysis Directives ---
.tran 1u 600u
.print tran V(DOOR_A) V(DOOR_B) V(V_ALARM) V(LED_ANODE)
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1382 rows) 
Index   time            v(door_a)       v(door_b)       v(v_alarm)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
7	6.400000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
8	1.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
9	2.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
10	3.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
11	4.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
12	5.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
13	6.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
14	7.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
15	8.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
16	9.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
17	1.028000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
18	1.128000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
19	1.228000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
20	1.328000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
21	1.428000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
22	1.528000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
23	1.628000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
... (1358 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Dejar entradas flotantes: No instalar R1 o R2 hará que las entradas «floten» cuando el interruptor esté abierto (presionado). Esto lleva a un comportamiento errático del LED. Usa siempre resistencias pull-down con esta configuración de interruptor.
  2. Confundir interruptores NC vs NA: Si usas interruptores NA (Normalmente Abiertos) con este cableado específico, la lógica se invierte (LED ENCENDIDO cuando las puertas están cerradas). Asegúrate de entender el estado mecánico del interruptor cuando la puerta está físicamente cerrada.
  3. Falta de resistencia del LED: Conectar el LED directamente a la salida del CI (Pin 3) sin R3 dañará el LED o el chip 74HC32 debido a una corriente excesiva.

Solución de problemas

  • El LED está siempre ENCENDIDO:
    • Comprueba si S1 o S2 están cableados incorrectamente (ej. cortocircuitando VCC a la entrada constantemente).
    • Verifica que R1 y R2 estén conectadas a Tierra, no a VCC.
    • Asegúrate de que el CI sea un 74HC32 (OR) y no un 74HC00 (NAND) o similar.
  • El LED nunca se ENCIENDE:
    • Comprueba las conexiones de alimentación al Pin 14 y al Pin 7.
    • Asegúrate de que la polaridad del LED sea correcta (Ánodo a resistencia, Cátodo a GND).
    • Verifica que los interruptores realmente dejen pasar 5 V cuando se sueltan.
  • El LED es tenue:
    • El valor de R3 podría ser demasiado alto (ej. 10 kΩ en lugar de 330 Ω).
    • El voltaje de la fuente de alimentación podría estar por debajo de 3 V.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma sonora: Conecta un zumbador activo de 5 V en paralelo con el LED (controlado por un transistor si la corriente excede los 20 mA) para proporcionar retroalimentación sonora.
  2. Control de luz interior: Añade un circuito de retardo (usando un condensador y una resistencia o un temporizador 555) para que la luz permanezca encendida durante 10 segundos después de cerrar las puertas, simulando la luz de cortesía de un coche moderno.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué componente principal se utiliza en este circuito para la lógica de monitorización?




Pregunta 2: ¿Qué tipo de interruptores se utilizan para simular la mecánica de las puertas?




Pregunta 3: ¿Cuál es el objetivo principal de seguridad automotriz de este circuito?




Pregunta 4: ¿Qué estado lógico tienen las entradas cuando ambas puertas están cerradas?




Pregunta 5: ¿Cómo reacciona el LED si solo la Puerta A está abierta?




Pregunta 6: ¿Qué sucede con el LED si ambas puertas (A y B) están abiertas simultáneamente?




Pregunta 7: ¿Qué función cumple la fuente V1 en este tipo de circuitos lógicos?




Pregunta 8: En el contexto de la simulación, ¿qué representa un pulsador 'Liberado' (sin presionar) si es NC?




Pregunta 9: Además de la seguridad automotriz, ¿qué otro uso se menciona para este circuito?




Pregunta 10: ¿Qué nivel de dificultad se indica para 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).

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