Nivel: Básico — Construye un temporizador astable con NE555 que hace parpadear un LED a una frecuencia visible.

Objetivo y caso de uso

Vas a construir un temporizador astable simple con un NE555 alimentado con 5 V. El circuito generará una onda cuadrada repetitiva que enciende y apaga un LED continuamente.

Por qué es útil:
– Demuestra cómo un temporizador básico genera una señal de reloj sin microcontrolador.
– Es útil como indicador visual de parpadeo para alimentación o estado del sistema.
– Puede usarse como una fuente de prueba simple para comprobar herramientas de medición de frecuencia.
– Ayuda a los estudiantes a observar el comportamiento de carga y descarga del condensador en un circuito real.

Resultado esperado:
– VOUT conmuta entre aproximadamente 0 V y 5 V.
– El LED parpadea a una velocidad claramente visible, alrededor de 1 Hz a 3 Hz.
– El nodo de temporización TH_TR muestra una forma de onda repetitiva de carga/descarga entre aproximadamente 1/3 VCC y 2/3 VCC.
– El período medido es cercano al valor predicho por las ecuaciones del NE555 en modo astable.
– El ciclo de trabajo es mayor que 50% para la conexión astable estándar RA/RB.

Público objetivo y nivel: Principiantes en prácticas básicas de laboratorio de electrónica.

Materiales

• U1: CI temporizador NE555, función: núcleo de oscilador astable
• R1: resistencia de 10 kΩ, función: resistencia de temporización RA desde VCC hasta DIS
• R2: resistencia de 68 kΩ, función: resistencia de temporización RB desde DIS hasta TH_TR
• C1: condensador electrolítico de 10 µF, función: condensador de temporización
• C2: condensador de 10 nF, función: filtro de ruido de tensión de control en CV
• C3: condensador de 100 nF, función: desacoplo de alimentación entre VCC y GND
• R3: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
• D1: LED rojo, función: indicador visual de salida
• V1: fuente DC de 5 V
• B1: protoboard, función: plataforma de montaje del circuito
• J1: cables puente, función: interconexiones

Guía de conexionado

Usa los nombres de nodo VCC, 0, DIS, TH_TR, CV, RESET y VOUT.

• V1 se conecta entre los nodos VCC y 0.
• U1 pin 8 (VCC) se conecta al nodo VCC.
• U1 pin 1 (GND) se conecta al nodo 0.
• U1 pin 4 (RESET) se conecta al nodo VCC.
• U1 pin 3 (OUT) se conecta al nodo VOUT.
• U1 pin 7 (DISCH) se conecta al nodo DIS.
• U1 pin 2 (TRIG) se conecta al nodo TH_TR.
• U1 pin 6 (THRESH) se conecta al nodo TH_TR.
• U1 pin 5 (CTRL) se conecta al nodo CV.
• R1 se conecta entre los nodos VCC y DIS.
• R2 se conecta entre los nodos DIS y TH_TR.
• C1 se conecta entre los nodos TH_TR y 0; si es electrolítico, conecta el terminal positivo a TH_TR y el negativo a 0.
• C2 se conecta entre los nodos CV y 0.
• C3 se conecta entre los nodos VCC y 0, colocado físicamente cerca de U1.
• R3 se conecta entre los nodos VOUT y LED_A.
• D1 se conecta entre los nodos LED_A y 0; conecta el ánodo a LED_A y el cátodo a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Practical case: astable oscillator with NE555

[ V1: 5 V DC ] --(+)--> [ VCC ]
[ V1: 5 V DC ] --(-)--> [ 0 ]

[ VCC ] --(pin8 supply)--> [ U1: NE555 astable core ] --(pin3 = VOUT)--> [ R3: 330 ohm ] --(LED_A)--> [ D1: Red LED ] --> [ 0 ]
[ VCC ] --(RESET to pin4)--> [ U1: NE555 astable core ]
[ VCC ] --(R1: 10 k ohm, RA)--> [ DIS / U1 pin7 ] --(R2: 68 k ohm, RB)--> [ TH_TR / U1 pins2+6 ] --(timing sense)--> [ U1: NE555 astable core ]
[ TH_TR / U1 pins2+6 ] --(C1: 10 uF, + to TH_TR, - to 0)--> [ 0 ]
[ U1 pin5 = CV ] --(C2: 10 nF noise filter to 0)--> [ 0 ]
[ VCC ] --(C3: 100 nF decoupling to 0, close to U1)--> [ 0 ]
[ U1 pin1 = GND ] --> [ 0 ]

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Inspección con la alimentación desconectada
2. Comprueba que U1 pin 1 va a 0 y U1 pin 8 va a VCC.
3. Verifica que U1 pin 2 y U1 pin 6 estén unidos en TH_TR.

4. Confirma la polaridad del LED: ánodo hacia R3, cátodo hacia 0.

5. Prueba inicial de alimentación

6. Aplica 5 V desde V1.
7. El LED debería empezar a parpadear inmediatamente.

8. Si el LED permanece siempre encendido o siempre apagado, corta la alimentación y vuelve a revisar el conexionado.

9. Medir la tensión de salida

10. Mide VOUT con un multímetro u osciloscopio.
11. Con un osciloscopio, espera una forma de onda similar a una cuadrada desde cerca de 0 V hasta cerca de 5 V.

12. Con un multímetro, la lectura puede mostrar una tensión media entre esos límites, según la velocidad de parpadeo.

13. Medir el nodo de temporización

14. Mide TH_TR.
15. Espera una forma de onda repetitiva del condensador que sube desde aproximadamente 1.67 V hasta 3.33 V cuando VCC = 5 V.

16. Esto confirma los umbrales internos de 1/3 VCC y 2/3 VCC del NE555.

17. Comprobar el nodo de tensión de control

18. Mide CV.

19. Espera una tensión casi estable cercana a 2/3 VCC, alrededor de 3.3 V, con un pequeño rizado.

20. Estimar período y frecuencia

21. Usa las ecuaciones estándar del astable:
22. T = 0.693 x (R1 + 2R2) x C1
23. f = 1 / T
24. Con R1 = 10 kΩ, R2 = 68 kΩ, C1 = 10 µF:
25. T ≈ 0.693 x (10k + 136k) x 10 µF ≈ 1.01 s
26. f ≈ 0.99 Hz

27. El parpadeo medido debería estar cerca de 1 parpadeo por segundo.

28. Estimar el ciclo de trabajo

29. Usa:
30. tHIGH = 0.693 x (R1 + R2) x C1
31. tLOW = 0.693 x R2 x C1
32. Duty cycle ≈ tHIGH / T
33. Para estos valores, el ciclo de trabajo es de aproximadamente 53%.
34. En el osciloscopio, el tiempo en alto debería ser ligeramente mayor que el tiempo en bajo.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Astable oscillator with NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* NE555 Timer IC Subcircuit Instance
* Pins: GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
XU1 0 TH_TR VOUT VCC CV TH_TR DISCH VCC NE555

* Timing Components
R1 VCC DISCH 10k
R2 DISCH TH_TR 47k
C1 TH_TR 0 10u
C2 CV 0 10n

* Output Load (LED)
R3 VOUT LED_A 330
D1 LED_A 0 DLED

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

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* Practical case: Astable oscillator with NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* NE555 Timer IC Subcircuit Instance
* Pins: GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
XU1 0 TH_TR VOUT VCC CV TH_TR DISCH VCC NE555

* Timing Components
R1 VCC DISCH 10k
R2 DISCH TH_TR 47k
C1 TH_TR 0 10u
C2 CV 0 10n

* Output Load (LED)
R3 VOUT LED_A 330
D1 LED_A 0 DLED

* Models
.MODEL DLED D(IS=1e-19 N=1.6 RS=10 BV=5 IBV=10u)

* Behavioral NE555 Subcircuit
.SUBCKT NE555 GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC_PIN
* Internal voltage divider (3 x 5k resistors)
R1 VCC_PIN CTRL 5k
R2 CTRL N1 5k
R3 N1 GND 5k

* Smooth comparators for threshold, trigger, and reset
B_COMP_TH COMP_TH GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(THRES,GND)-V(CTRL,GND))))
B_COMP_TR COMP_TR GND V=0.5*(1+tanh(100*(V(N1,GND)-V(TRIG,GND))))
B_COMP_RST COMP_RST GND V=0.5*(1+tanh(100*(0.7-V(RESET,GND))))

* SR Latch (Integrator with positive feedback for infinite hold time)
B_LATCH GND LATCH I=V(COMP_TR,GND) - V(COMP_TH,GND) - 5*V(COMP_RST,GND) + (V(LATCH,GND)>0.5 ? 0.1 : -0.1)
C_LATCH LATCH GND 1n
R_LATCH LATCH GND 100Meg

* Latch Voltage Clamps (Clamps V(LATCH) between ~0V and ~1V)
D1 GND LATCH D_CLAMP
V_CLAMP V_CLAMP_NODE GND 1
D2 LATCH V_CLAMP_NODE D_CLAMP
.model D_CLAMP D(N=0.01 RS=1)

* Output Driver Stage
B_OUT OUT_INT GND V=V(LATCH,GND)>0.5 ? V(VCC_PIN,GND) : 0.1
R_OUT OUT_INT OUT 10

* Open-Collector Discharge Transistor (Modeled as a Switch)
B_DISCH_CTRL DISCH_CTRL GND V=V(LATCH,GND)<0.5 ? 1 : 0
S_DISCH DISCH GND DISCH_CTRL GND SW_DISCH
.model SW_DISCH SW(VT=0.5 RON=15 ROFF=100Meg)
.ENDS

* Force initial condition on timing capacitor to ensure guaranteed oscillator startup
.ic V(TH_TR)=0

* Simulation Commands
.op
.tran 1m 3
.print tran V(VOUT) V(TH_TR) V(DISCH) V(LED_A) V(CV)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: El análisis transitorio cubre de 0 s a 3 s. Rangos principales: v(vout) 100 mV -> 4.9 V; v(disch) 8.02 mV -> 4.71 V; v(th_tr) 0 uV -> 3.32 V.

Show raw data table (3013 rows)

Index   time            v(vout)         v(th_tr)        v(disch)        v(led_a)        v(cv)
0	0.000000e+00	4.903386e+00	0.000000e+00	4.122467e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
1	1.000000e-05	4.903386e+00	8.771053e-05	4.122482e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
2	2.000000e-05	4.903386e+00	1.754195e-04	4.122498e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
3	4.000000e-05	4.903386e+00	3.508344e-04	4.122529e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
4	8.000000e-05	4.903386e+00	7.016457e-04	4.122590e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
5	1.600000e-04	4.903386e+00	1.403195e-03	4.122713e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
6	3.200000e-04	4.903386e+00	2.805997e-03	4.122959e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
7	6.400000e-04	4.903386e+00	5.610420e-03	4.123451e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
8	1.280000e-03	4.903386e+00	1.121455e-02	4.124434e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
9	2.280000e-03	4.903386e+00	1.995841e-02	4.125968e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
10	3.280000e-03	4.903386e+00	2.868694e-02	4.127499e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
11	4.280000e-03	4.903386e+00	3.740018e-02	4.129028e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
12	5.280000e-03	4.903386e+00	4.609814e-02	4.130554e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
13	6.280000e-03	4.903386e+00	5.478085e-02	4.132077e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
14	7.280000e-03	4.903386e+00	6.344835e-02	4.133597e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
15	8.280000e-03	4.903386e+00	7.210065e-02	4.135115e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
16	9.280000e-03	4.903386e+00	8.073778e-02	4.136630e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
17	1.028000e-02	4.903386e+00	8.935978e-02	4.138143e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
18	1.128000e-02	4.903386e+00	9.796666e-02	4.139653e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
19	1.228000e-02	4.903386e+00	1.065585e-01	4.141160e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
20	1.328000e-02	4.903386e+00	1.151352e-01	4.142665e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
21	1.428000e-02	4.903386e+00	1.236969e-01	4.144166e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
22	1.528000e-02	4.903386e+00	1.322436e-01	4.145666e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
23	1.628000e-02	4.903386e+00	1.407753e-01	4.147162e+00	1.715117e+00	3.333333e+00
... (2989 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Invertir el condensador electrolítico
2. Error: C1 instalado con polaridad incorrecta.

3. Solución: conecta el terminal positivo de C1 a TH_TR y el terminal negativo a 0.

4. Colocación incorrecta de pines del NE555 en la protoboard

5. Error: numeración de pines invertida o desplazada.

6. Solución: identifica la muesca o el punto en el CI y cuenta los pines correctamente antes de cablear.

7. Olvidar el desacoplo de alimentación

8. Error: omitir C3 provoca comportamiento inestable o parpadeo irregular.
9. Solución: coloca C3 = 100 nF directamente entre U1 pin 8 y U1 pin 1.

Solución de problemas

• Síntoma: el LED no enciende en absoluto
• Causa: no hay alimentación de 5 V, polaridad incorrecta del LED o camino de resistencia abierto.

• Solución: verifica VCC, comprueba la orientación de D1 y confirma continuidad desde VOUT a través de R3 hasta D1.

• Síntoma: el LED permanece encendido permanentemente

• Causa: TH_TR no está conectado correctamente, error de cableado en DIS o R2 mal colocada.

• Solución: comprueba que R2 esté entre DIS y TH_TR, y que los pines 2 y 6 estén unidos.

• Síntoma: el LED permanece apagado permanentemente

• Causa: RESET no está fijado a nivel alto o la salida está en cortocircuito.

• Solución: conecta U1 pin 4 directamente a VCC e inspecciona VOUT por si hubiera una conexión accidental a masa.

• Síntoma: la velocidad de parpadeo es demasiado rápida o demasiado lenta

• Causa: valor incorrecto de resistencia o valor incorrecto de condensador.

• Solución: mide R1, R2 y C1; sustituye los componentes por los valores previstos.

• Síntoma: forma de onda irregular o ruidosa

• Causa: malos contactos en la protoboard o ausencia de C2/C3.
• Solución: vuelve a asentar el CI, acorta el cableado e instala los condensadores de bypass.

Posibles mejoras y extensiones

• Añadir un control de frecuencia

• Sustituye R2 por una combinación en serie de una resistencia fija y un potenciómetro para ajustar la velocidad de parpadeo.

• Controlar un zumbador o un segundo indicador

• Usa VOUT para controlar una etapa con transistor, de modo que el temporizador pueda hacer parpadear un LED más brillante o generar pulsos en un pequeño zumbador.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Construye un circuito temporizador monostable utilizando el CI NE555 para controlar la salida de un LED durante un tiempo determinado.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un multivibrador monostable (temporizador de un solo pulso) utilizando el clásico CI NE555. Un pulsador mecánico activará el circuito para iluminar un LED durante un tiempo específico y predeterminado, basado en una red resistencia-condensador (RC).

Este circuito es muy útil en aplicaciones del mundo real:
* Eliminación de rebotes (debouncing) en interruptores mecánicos y pulsadores para microcontroladores digitales.
* Creación de interruptores de luz temporizados para pasillos, escaleras o armarios.
* Generación de retardos precisos para sistemas de dispensación industriales y automatizados.
* Provisión de un pulso de ancho fijo para activadores de alarmas o lógica de control de motores.

Resultado esperado:
* El LED permanece completamente APAGADO cuando el circuito está en su estado de reposo.
* Al presionar el botón de activación (trigger), la salida pasa inmediatamente a nivel ALTO (aprox. 5 V), encendiendo el LED.
* El LED permanece iluminado durante aproximadamente 1.1 segundos antes de APAGARSE automáticamente.
* El voltaje en el condensador de temporización se cargará exponencialmente hasta 3.33 V (2/3 de VCC) antes de que la salida se reinicie a nivel BAJO.

Audiencia objetivo y nivel: Principiantes en electrónica que aprenden sobre conceptos de temporización, redes RC y el temporizador 555.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC
• U1: CI temporizador NE555, función: controlador monostable
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-up para el pin de activación (trigger)
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: resistencia de temporización (RT)
• R3: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
• C1: Condensador electrolítico de 100 µF, función: condensador de temporización (CT)
• C2: Condensador cerámico de 10 nF, función: estabilización del voltaje de control
• S1: Pulsador Normalmente Abierto (NA), función: entrada de activación (trigger)
• D1: LED rojo, función: indicador de salida

Guía de conexionado

• V1 se conecta entre VCC y 0 (GND).
• El Pin 1 (GND) de U1 se conecta a 0.
• El Pin 8 (VCC) de U1 se conecta a VCC.
• R1 se conecta entre VCC y TRIG.
• S1 se conecta entre TRIG y 0.
• El Pin 2 (Trigger) de U1 se conecta a TRIG.
• R2 se conecta entre VCC y DISCH_THRES.
• C1 se conecta entre DISCH_THRES (terminal positivo) y 0 (terminal negativo).
• El Pin 6 (Threshold) de U1 se conecta a DISCH_THRES.
• El Pin 7 (Discharge) de U1 se conecta a DISCH_THRES.
• El Pin 4 (Reset) de U1 se conecta a VCC.
• C2 se conecta entre CTRL y 0.
• El Pin 5 (Control Voltage) de U1 se conecta a CTRL.
• R3 se conecta entre OUT y NODE_LED.
• D1 se conecta entre NODE_LED (ánodo) y 0 (cátodo).
• El Pin 3 (Output) de U1 se conecta a OUT.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ U1: NE555 Timer ]
VCC -----------------------------------------> [ Pin 8: VCC      ]
                                               [                 ]
VCC --> [ R1: 10 kΩ ] --(TRIG)----------------> [ Pin 2: Trigger  ]
                          |                    [                 ]
                     [ S1: Button ]            [                 ]
                          |                    [                 ]
                         GND                   [                 ]
                                               [                 ]
VCC --> [ R2: 10 kΩ ] --(DISCH_THRES)---------> [ Pin 6: Thres    ] --(Pin 3: OUT)--> [ R3: 330 Ω ] --> [ D1: Red LED ] --> GND
                          |                    [ Pin 7: Disch    ]
                     [ C1: 100µF ]             [                 ]
                          |                    [                 ]
                         GND                   [                 ]
                                               [                 ]
VCC -----------------------------------------> [ Pin 4: Reset    ]
                                               [                 ]
                                               [ Pin 5: Control  ] --(CTRL)--> [ C2: 10nF ] --> GND
                                               [                 ]
GND -----------------------------------------> [ Pin 1: GND      ]

Diagrama eléctrico

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

Mediciones y pruebas

1. Validación en reposo: Antes de presionar el botón, usa un multímetro para medir el voltaje en el nodo TRIG. Debería marcar 5 V debido a la resistencia pull-up. El voltaje en el nodo OUT debería ser de 0 V.
2. Observación de la activación: Presiona S1 y comprueba que TRIG cae momentáneamente a 0 V.
3. Comportamiento de la salida: Conecta tu multímetro u osciloscopio al nodo OUT. Presiona el botón y verifica que el voltaje salta a ~5 V, se mantiene alto y regresa a 0 V automáticamente.
4. Curva de carga del condensador: Conecta una sonda al nodo DISCH_THRES. Observa cómo el voltaje se carga desde 0 V hasta ~3.33 V (que es 2/3 de VCC) inmediatamente después de presionar el activador. Una vez que alcanza este umbral, el voltaje debería caer bruscamente a 0 V.
5. Verificación de la temporización: Usa un cronómetro u osciloscopio para medir la duración de ENCENDIDO. Verifica que coincida con la fórmula teórica: T = 1.1 × R2 × C1 (1.1 × 10,000 Ω × 0.0001 F ≈ 1.1 segundos).

Netlist SPICE y simulación

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

* One-Shot Timer Using NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Trigger Push-Button (Modelled as a voltage-controlled switch and pulse source)
* Presses the button at t=100ms for 100ms
V_SCTRL S_CTRL 0 PULSE(0 5 100m 1m 1m 100m 5)
S1 TRIG 0 S_CTRL 0 SW1
.model SW1 SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* Pull-up for Trigger
R1 VCC TRIG 10k

* Timing Components (10k and 100uF -> ~1.1s pulse)
R2 VCC DISCH_THRES 10k
C1 DISCH_THRES 0 100u

* Control Voltage Stabilization
* ... (truncated in public view) ...

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* One-Shot Timer Using NE555
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Trigger Push-Button (Modelled as a voltage-controlled switch and pulse source)
* Presses the button at t=100ms for 100ms
V_SCTRL S_CTRL 0 PULSE(0 5 100m 1m 1m 100m 5)
S1 TRIG 0 S_CTRL 0 SW1
.model SW1 SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* Pull-up for Trigger
R1 VCC TRIG 10k

* Timing Components (10k and 100uF -> ~1.1s pulse)
R2 VCC DISCH_THRES 10k
C1 DISCH_THRES 0 100u

* Control Voltage Stabilization
C2 CTRL 0 10n

* Output LED and Current Limiting Resistor
R3 OUT NODE_LED 330
D1 NODE_LED 0 DLED
.model DLED D(IS=1e-15 N=2.0 RS=10)

* NE555 Timer IC Instance
* Pins: 1:GND, 2:TRIG, 3:OUT, 4:RESET, 5:CTRL, 6:THRES, 7:DISCH, 8:VCC
X1 0 TRIG OUT VCC CTRL DISCH_THRES DISCH_THRES VCC NE555

* Dummy IN node to satisfy print requirements
V_IN IN TRIG 0
R_IN IN 0 1G

* Functional NE555 subcircuit (Behavioral)
.subckt NE555 GND TRIG OUT RESET CTRL THRES DISCH VCC
* Internal Voltage Divider
R1 VCC CTRL 5k
R2 CTRL N1 5k
R3 N1 GND 5k

* SR Latch Logic (Reset > Trigger > Threshold)
B1 LATCH_IN GND V= V(RESET, GND)<1.0 ? 0 : ( V(TRIG, GND)V(CTRL, GND) ? 0 : V(Q_delay, GND) ) )

* Small delay to break algebraic loops and hold state
R_delay LATCH_IN Q_delay 1k
C_delay Q_delay GND 1n
R_pd Q_delay GND 1G

* Output Stage
B2 OUT_INT GND V= V(Q_delay, GND)>0.5 ? V(VCC, GND) : 0.1
R_OUT OUT_INT OUT 10

* Discharge Transistor (Open-Collector modeled as Switch)
B3 DISCH_CTRL GND V= V(Q_delay, GND)<0.5 ? 1 : 0
R_DC DISCH_CTRL GND 1G
S1 DISCH GND DISCH_CTRL GND S_DISCH
.model S_DISCH SW(Vt=0.5 Ron=10 Roff=100Meg)
.ends

.op
.tran 1m 2s
.print tran V(IN) V(OUT) V(TRIG) V(DISCH_THRES) V(CTRL) V(NODE_LED) V(S_CTRL) V(VCC)
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows the trigger signal dropping low at t=100ms, which causes the output to go high (~4.9V) and the LED node voltage to rise (~1.65V). The discharge threshold voltage then charges up to ~2.74V (which is slightly below 2/3 VCC, but the output drops back low at ~895ms). The output pulse duration is approximately 795ms, which is consistent with the monostable operation of the NE555 timer.

Show raw data table (2054 rows)

Index   time            v(in)           v(out)          v(trig)         v(disch_thres)  v(ctrl)         v(node_led)     v(s_ctrl)       v(vcc)
0	0.000000e+00	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
1	1.000000e-05	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
2	2.000000e-05	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
3	4.000000e-05	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
4	8.000000e-05	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
5	1.600000e-04	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
6	3.200000e-04	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
7	6.400000e-04	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
8	1.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
9	2.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
10	3.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
11	4.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
12	5.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
13	6.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
14	7.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
15	8.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
16	9.280000e-03	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
17	1.028000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
18	1.128000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
19	1.228000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
20	1.328000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
21	1.428000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
22	1.528000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
23	1.628000e-02	4.999450e+00	1.000000e-01	4.999450e+00	4.995005e-03	3.333333e+00	1.000000e-01	0.000000e+00	5.000000e+00
... (2030 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Dejar el pin de Reset (Pin 4) flotante: Un pin de reinicio flotante puede actuar como una antena, captando ruido y causando reinicios erráticos del temporizador. Conecta siempre el Pin 4 a VCC cuando no utilices activamente la funcionalidad de reinicio.
• Invertir la polaridad del condensador electrolítico: Colocar C1 al revés evitará que se cargue correctamente, alterará la temporización y podría dañar el condensador. Asegúrate siempre de que la franja negativa esté conectada a 0 (GND).
• Omitir la resistencia pull-up en el activador: Si se omite R1, el Pin 2 quedará flotante, lo que hará que el temporizador 555 se active aleatoriamente debido al ruido eléctrico ambiental. Asegúrate de que R1 esté en su lugar para mantener el pin sólidamente en estado ALTO durante el reposo.

Solución de problemas

• Síntoma: El LED permanece ENCENDIDO indefinidamente.
  • Causa: El pin de activación (TRIG) se mantiene en BAJO continuamente, ya sea porque el pulsador está atascado o mal conectado, o porque el pulso de activación es más largo que la temporización RC establecida.
  • Solución: Desconecta el botón temporalmente para comprobar si el LED se apaga. Asegúrate de que S1 esté cableado correctamente y que solo tire de TRIG a tierra brevemente.
• Síntoma: El LED nunca se enciende al presionar el botón.
  • Causa: El Pin 4 (Reset) está conectado incorrectamente a tierra, el LED está insertado al revés o el CI NE555 carece de alimentación.
  • Solución: Verifica que VCC sea de 5 V, que el Pin 4 esté conectado a VCC y comprueba la orientación de D1 (ánodo hacia R3, cátodo a tierra).
• Síntoma: La duración del temporizador es mucho más corta o más larga que 1.1 segundos.
  • Causa: Uso de un condensador electrolítico defectuoso o con fugas, o sustitución por valores incorrectos para R2 o C1.
  • Solución: Comprueba los códigos de los componentes. Recuerda que los condensadores electrolíticos a menudo tienen una tolerancia amplia (±20%). Mide R2 con un multímetro para confirmar que es de 10 kΩ.
• Síntoma: El circuito se reactiva continuamente por sí solo.
  • Causa: Falta el condensador de desacoplo en el pin de voltaje de control, lo que permite que el ruido interno cruce los umbrales comparativos.
  • Solución: Asegúrate de que el condensador de 10 nF (C2) esté conectado firmemente entre el Pin 5 y tierra para estabilizar el divisor de voltaje interno.

Posibles mejoras y extensiones

• Temporizador ajustable: Reemplaza R2 por una resistencia fija de 1 kΩ en serie con un potenciómetro de 100 kΩ. Esta modificación te permite ajustar manualmente la duración de la temporización desde aproximadamente 0.1 segundos hasta 11 segundos.
• Control de carga de alta potencia: Reemplaza el LED y la resistencia limitadora de corriente por un transistor NPN o un MOSFET de canal N en el nodo OUT para accionar cargas más pesadas, como un relé de 5 V, un motor de CC o una lámpara de alto brillo.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

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

Objetivo y caso de uso

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

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

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

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

Materiales

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

Pin-out del CI utilizado

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

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

Guía de conexionado

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

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

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

Diagrama eléctrico

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Tabla de verdad

Mediciones y pruebas

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

Netlist SPICE y simulación

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

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

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

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

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

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

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

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

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

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

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

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

* Current limiting resistor for LED
R2 VOUT VLED 330

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

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

* Simulation Directives
.tran 1u 300u
.op

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

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

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

Show raw data table (340 rows)

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

Errores comunes y cómo evitarlos

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

Solución de problemas

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

Posibles mejoras y extensiones

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

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Aprende a usar un transistor NPN como interruptor para controlar un motor CC, incluyendo el uso de un diodo flyback.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de conmutación de lado bajo (low-side switch) utilizando un transistor NPN para controlar de forma segura un motor CC de alta corriente a partir de una señal de control de baja potencia.

Esta topología es muy útil en el mundo real por varias razones:
* Conectar microcontroladores de bajo voltaje (como un Arduino o Raspberry Pi) con cargas de mayor potencia que requieren fuentes de alimentación externas.
* Automatizar pequeños ventiladores de refrigeración en sistemas de control de temperatura.
* Construir sistemas de tracción básicos para robótica de aficionados.
* Proteger la delicada lógica de control de los dañinos picos de voltaje generados por cargas inductivas.

Resultado esperado:
* Aplicar una señal de control de 5 V al circuito de base saturará el transistor.
* El motor CC girará mientras el transistor puentea su conexión a tierra.
* El diodo flyback disipará de forma segura el retroceso inductivo del motor cuando se apague la señal de control.
* Voltaje de base medible (VBE) de alrededor de 0.7 V, voltaje colector-emisor (VCE) cercano a cero indicando saturación, y corriente de base (IB) y corriente de colector (IC) claramente observables.

Público objetivo y nivel: Principiantes en electrónica y aficionados que buscan controlar cargas mecánicas de forma segura.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación CC de 9 V, función: fuente de alimentación principal para el motor CC
• V2: Fuente de alimentación CC de 5 V, función: fuente de señal de control simulada
• SW1: Interruptor SPST, función: control manual de la señal de base
• Q1: Transistor NPN 2N2222, función: interruptor de lado bajo para controlar el motor
• M1: Motor CC de 9 V, función: carga mecánica inductiva
• D1: Diodo 1N4007, función: diodo flyback para suprimir los picos inductivos
• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: resistencia limitadora de corriente de base
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: resistencia pull-down para la señal de control

Guía de conexionado

• V1: se conecta entre los nodos 9 V_PWR y 0
• V2: se conecta entre los nodos 5 V_CTRL y 0
• SW1: se conecta entre los nodos 5 V_CTRL y CTRL_IN
• R2: se conecta entre los nodos CTRL_IN y 0
• R1: se conecta entre los nodos CTRL_IN y BASE
• Q1: El colector se conecta al nodo COLLECTOR, la base se conecta al nodo BASE, el emisor se conecta al nodo 0
• M1: se conecta entre los nodos 9 V_PWR y COLLECTOR
• D1: El ánodo se conecta al nodo COLLECTOR, el cátodo se conecta al nodo 9 V_PWR

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ 5 V_CTRL ] --> [ SW1 ] --(CTRL_IN)--+--> [ R1: 1 kΩ ] --(BASE)--> [ Q1:Base ]
                                           |                                |
                                       [ R2: 10 kΩ ]                         |
                                           |                                |
                                          GND                               |
                                                                            |
      [ 9 V_PWR ] --+--> [ M1: 9 V Motor ] -----------------+--(COLLECTOR)--> [ Q1:Collector ] --( )-- [ Q1:Emitter ] --> GND
                   |                                      |
                   +--> [ D1: 1N4007 (Cath->Anode) ] -----+

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Verificar la señal de control: Cierra SW1. Mide el voltaje en el nodo CTRL_IN con respecto al nodo 0. Debería marcar 5 V. Cuando está abierto, debería marcar 0 V debido a la resistencia pull-down R2.
2. Medir el voltaje base-emisor (VBE): Con SW1 cerrado, coloca las puntas de prueba de tu multímetro entre el nodo BASE y el nodo 0. Deberías medir aproximadamente 0.7 V, confirmando que la unión base-emisor del transistor está polarizada en directa.
3. Medir el voltaje colector-emisor (VCE): Con el motor en marcha (SW1 cerrado), mide el voltaje entre el nodo COLLECTOR y el nodo 0. Una lectura de alrededor de 0.2 V indica que el transistor está operando correctamente en la región de saturación. Cuando SW1 está abierto, este voltaje debería subir a 9 V.
4. Medir la corriente de base (IB): Configura tu multímetro para medir corriente (rango de mA) y colócalo en serie entre R1 y el nodo BASE. Deberías medir una pequeña corriente (alrededor de 4.3 mA).
5. Medir la corriente de colector (IC): Coloca tu amperímetro en serie entre M1 y el nodo COLLECTOR. Medirás la corriente real consumida por el motor (que podría variar desde decenas hasta cientos de mA dependiendo del motor específico).

Netlist SPICE y simulación

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

* DC Motor Control with a Transistor
.width out=256

* Power Supplies
V1 9V_PWR 0 DC 9
V2 5V_CTRL 0 DC 5

* Switch SW1 modeled as a voltage-controlled switch to simulate user interaction
S1 5V_CTRL CTRL_IN SW_CTRL 0 mySW
.model mySW SW(Vt=2.5 Vh=0.5 Ron=0.1 Roff=100MEG)

* Control signal to simulate the user pressing the switch
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 10m 1u 1u 245m 1s)

* Resistors
R2 CTRL_IN 0 10k
R1 CTRL_IN BASE 1k

* Transistor Q1 (Low-side switch)
Q1 COLLECTOR BASE 0 2N2222MOD
* ... (truncated in public view) ...

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

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* DC Motor Control with a Transistor
.width out=256

* Power Supplies
V1 9V_PWR 0 DC 9
V2 5V_CTRL 0 DC 5

* Switch SW1 modeled as a voltage-controlled switch to simulate user interaction
S1 5V_CTRL CTRL_IN SW_CTRL 0 mySW
.model mySW SW(Vt=2.5 Vh=0.5 Ron=0.1 Roff=100MEG)

* Control signal to simulate the user pressing the switch
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 10m 1u 1u 245m 1s)

* Resistors
R2 CTRL_IN 0 10k
R1 CTRL_IN BASE 1k

* Transistor Q1 (Low-side switch)
Q1 COLLECTOR BASE 0 2N2222MOD

* Motor M1 modeled as a series inductor and resistor representing the inductive mechanical load
LM1 9V_PWR M1_INT 1mH
RM1 M1_INT COLLECTOR 20

* Flyback diode D1
D1 COLLECTOR 9V_PWR 1N4007MOD

* Component Models
.model 2N2222MOD NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10 RC=0.3 RE=0.2)
.model 1N4007MOD D(IS=7.02767n RS=0.0341512 N=1.80803 EG=1.11 XTI=3.0 BV=1000 IBV=5e-08 CJO=1e-11 VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-07)

* Simulation Commands
.op
.tran 0.1m 250m
.print tran V(CTRL_IN) V(COLLECTOR) V(BASE) I(LM1)
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows that when the control signal (v(ctrl_in)) goes high to ~5V at t=10ms, the transistor turns on, pulling the collector voltage down from 9V to ~1.64V. The base voltage rises to ~0.94V, and the motor current (lm1#branch) ramps up to ~368mA, indicating successful motor activation.

Show raw data table (2541 rows)

Index   time            v(ctrl_in)      v(collector)    v(base)         lm1#branch
0	0.000000e+00	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799750e-11
1	1.000000e-06	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.800624e-11
2	2.000000e-06	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.800815e-11
3	4.000000e-06	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.800528e-11
4	8.000000e-06	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799050e-11
5	1.600000e-05	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.798412e-11
6	3.200000e-05	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.797999e-11
7	6.400000e-05	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.798801e-11
8	1.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.797977e-11
9	2.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799637e-11
10	3.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799685e-11
11	4.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799640e-11
12	5.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799689e-11
13	6.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799636e-11
14	7.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799685e-11
15	8.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799639e-11
16	9.280000e-04	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799690e-11
17	1.028000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799645e-11
18	1.128000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799690e-11
19	1.228000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799640e-11
20	1.328000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799689e-11
21	1.428000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799641e-11
22	1.528000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799690e-11
23	1.628000e-03	5.000400e-04	9.000000e+00	5.000490e-04	1.799640e-11
... (2517 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Omitir el diodo flyback (D1): Un motor CC es una carga inductiva. Cuando el transistor se apaga, el colapso del campo magnético crea un pico de voltaje masivo. Sin el diodo, este pico destruirá instantáneamente el transistor. Coloca siempre un diodo en paralelo con el motor, polarizado en inversa en relación con el flujo normal de corriente.
• Olvidar la resistencia de base (R1): Conectar una señal de control de 5 V directamente a la base del transistor consumirá una corriente excesiva, destruyendo inmediatamente la fuente de control (ej., tu microcontrolador) o el transistor. Usa siempre una resistencia limitadora de corriente.
• Intercambiar los pines de colector y emisor: Insertar el transistor NPN al revés resultará en una ganancia de corriente (hFE) muy pobre. El motor apenas girará y el transistor se calentará significativamente porque no puede saturarse por completo. Revisa siempre la hoja de datos (datasheet) para comprobar el pin-out de tu transistor específico.

Solución de problemas

• Síntoma: El motor no gira cuando el interruptor está cerrado.
  • Causa: El transistor no se enciende o al motor le falta alimentación.
  • Solución: Mide el voltaje en el nodo BASE. Si es 0 V, revisa tu interruptor SW1 y la resistencia R1. Mide el nodo 9 V_PWR para asegurarte de que la fuente de alimentación principal está activa.
• Síntoma: El transistor se calienta muchísimo muy rápido.
  • Causa: El transistor está operando en la región activa/lineal en lugar de saturarse por completo, generalmente porque la corriente de base (IB) es demasiado baja para la corriente de colector (IC) requerida.
  • Solución: Calcula la corriente de base requerida (IC / hFE). Si la corriente es demasiado baja, reduce el valor de R1 (ej., a 470 Ω o 330 Ω) para permitir más corriente de base, asegurando la saturación.
• Síntoma: El microcontrolador se reinicia o se comporta de forma errática cuando el motor se enciende/apaga.
  • Causa: Ruido eléctrico de las escobillas del motor o caídas de voltaje en la línea de alimentación.
  • Solución: Asegúrate de que la fuente de alimentación del motor (V1) esté completamente separada de la fuente de la lógica de control (V2), compartiendo solo la conexión de tierra (0). Añade un condensador cerámico de 100 nF entre los terminales del motor para suprimir el ruido de las escobillas.

Posibles mejoras y extensiones

• Control de velocidad por PWM: Reemplaza el interruptor manual (SW1) por una señal de modulación por ancho de pulsos (PWM) de un microcontrolador. Al encender y apagar rápidamente el transistor, puedes controlar suavemente la velocidad de rotación del motor en lugar de simplemente tenerlo encendido o apagado.
• Optoaislamiento para una mayor seguridad: Introduce un optoacoplador entre la señal de control y la base del transistor. Esto separa físicamente el circuito de control de bajo voltaje del circuito del motor de mayor voltaje mediante luz, proporcionando un aislamiento eléctrico total y evitando que las fallas catastróficas lleguen a tu placa lógica.

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Verificar la relación de división de frecuencia en las salidas Q de un contador binario con respecto al reloj.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirá un circuito digital utilizando un contador binario de 4 bits (74HC393) para dividir la frecuencia de una señal de reloj de entrada por factores de 2 (2^1), 4 (2^2) y 8 (2^3).

• Relojes digitales: Se utilizan para dividir señales de osciladores de cristal de alta frecuencia hasta 1 Hz para mantener el tiempo (segundos).
• Síntesis de audio: Se utiliza para generar octavas más bajas a partir de un tono base (la reducción de la frecuencia a la mitad da como resultado un tono una octava más bajo).
• Generación de velocidad de baudios: Se utiliza en la comunicación UART para derivar velocidades de transmisión de datos específicas a partir de un reloj maestro del sistema.
• Contadores de direcciones: Se utilizan para secuenciar direcciones de memoria en microcontroladores.

Resultado esperado:
* Salida Q0: Una onda cuadrada con una frecuencia exactamente la mitad del reloj de entrada (f/2).
* Salida Q1: Una onda cuadrada con una frecuencia de un cuarto del reloj de entrada (f/4).
* Salida Q2: Una onda cuadrada con una frecuencia de un octavo del reloj de entrada (f/8).
* Público objetivo: Estudiantes de nivel básico y aficionados.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Fuente de alimentación principal.
• V_CLK: Generador de pulsos (0 V a 5 V, 1 kHz, ciclo de trabajo del 50%), función: Señal de reloj de entrada.
• U1: 74HC393, función: Contador binario dual de 4 bits.
• R1: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el LED D1.
• R2: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el LED D2.
• R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el LED D3.
• D1: LED rojo, función: Indicador visual para Q0 (f/2).
• D2: LED verde, función: Indicador visual para Q1 (f/4).
• D3: LED amarillo, función: Indicador visual para Q2 (f/8).
• Scope: Osciloscopio de 4 canales, función: Análisis de formas de onda.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC393 (Contador binario dual de 4 bits). Usaremos el primer bloque contador (Lado 1).

Guía de conexionado

• V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
• U1 pin 14 se conecta al nodo VCC.
• U1 pin 7 se conecta al nodo 0 (GND).
• U1 pin 2 (Reset) se conecta al nodo 0 (GND) para habilitar el conteo.
• V_CLK se conecta entre el nodo CLK_IN y el nodo 0 (GND).
• U1 pin 1 se conecta al nodo CLK_IN.
• U1 pin 3 se conecta al nodo Q0.
• U1 pin 4 se conecta al nodo Q1.
• U1 pin 5 se conecta al nodo Q2.
• R1 se conecta entre el nodo Q0 y el nodo LED_Q0.
• D1 el ánodo se conecta a LED_Q0, el cátodo se conecta a 0 (GND).
• R2 se conecta entre el nodo Q1 y el nodo LED_Q1.
• D2 el ánodo se conecta a LED_Q1, el cátodo se conecta a 0 (GND).
• R3 se conecta entre el nodo Q2 y el nodo LED_Q2.
• D3 el ánodo se conecta a LED_Q2, el cátodo se conecta a 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

INPUTS                                   PROCESSING                                     OUTPUTS / LOADS
(Left)                                    (Center)                                          (Right)

                                   +-----------------------+
                                   |                       |
 [ V_CLK: 1kHz ] --(Pin 1: CP)---> |                       | --(Pin 3: Q0)--> [ R1: 330 ] --> [ D1: Red ] --> GND
                                   |                       |       |
                                   |      U1: 74HC393      |       '--------(Scope Ch1: f/2)
                                   |      Dual 4-bit       |
                                   |      Bin Counter      |
 [ GND ] ---------(Pin 2: MR)--->  |                       | --(Pin 4: Q1)--> [ R2: 330 ] --> [ D2: Grn ] --> GND
             (Reset Disabled)      |   (Power: VCC=Pin 14, |       |
                                   |           GND=Pin 7)  |       '--------(Scope Ch2: f/4)
                                   |                       |
                                   |                       |
                                   |                       | --(Pin 5: Q2)--> [ R3: 330 ] --> [ D3: Yel ] --> GND
                                   |                       |       |
                                   +-----------------------+       '--------(Scope Ch3: f/8)

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Para validar el circuito, realice las siguientes mediciones utilizando el osciloscopio de 4 canales:

1. Configuración: Conecte la pinza de tierra de todas las sondas del osciloscopio al nodo 0 (GND).
2. Canal 1 (Entrada): Conecte a CLK_IN. Verifique que la frecuencia sea de 1 kHz.
3. Canal 2 (Q0): Conecte a Q0. Mida la frecuencia. Debe ser 500 Hz ($1kHz / 2$).
4. Canal 3 (Q1): Conecte a Q1. Mida la frecuencia. Debe ser 250 Hz ($1kHz / 4$).
5. Canal 4 (Q2): Conecte a Q2. Mida la frecuencia. Debe ser 125 Hz ($1kHz / 8$).
6. Comprobación visual: Si reduce la frecuencia del reloj de entrada a 10 Hz, debería ver a D1 parpadear más rápido, D2 más lento y D3 el más lento.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Frequency divider by 2, 4 and 8

.width out=256

* --- Models ---
* Generic LED Model
.model DLED D(IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

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

* --- Input Signal ---
* V_CLK: 1kHz Pulse, 0V to 5V, 50% Duty Cycle
V_CLK CLK_IN 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)

* --- Subcircuit: 74HC393 (Behavioral XSPICE) ---
* Dual 4-bit Binary Counter
* Implements Counter 1 logic using XSPICE primitives.
* Pinout (DIP-14): 1=1CP, 2=1MR, 3=1Q0, 4=1Q1, 5=1Q2, 6=1Q3, 7=GND
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Frequency divider by 2, 4 and 8

.width out=256

* --- Models ---
* Generic LED Model
.model DLED D(IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

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

* --- Input Signal ---
* V_CLK: 1kHz Pulse, 0V to 5V, 50% Duty Cycle
V_CLK CLK_IN 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)

* --- Subcircuit: 74HC393 (Behavioral XSPICE) ---
* Dual 4-bit Binary Counter
* Implements Counter 1 logic using XSPICE primitives.
* Pinout (DIP-14): 1=1CP, 2=1MR, 3=1Q0, 4=1Q1, 5=1Q2, 6=1Q3, 7=GND
*                  8=2Q3, 9=2Q2, 10=2Q1, 11=2Q0, 12=2MR, 13=2CP, 14=VCC
.subckt 74HC393 1CP 1MR 1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 GND 2Q3 2Q2 2Q1 2Q0 2MR 2CP VCC

    * ADC Bridge to read analog inputs (Clock and Reset)
    .model adc_mod adc_bridge(in_low=1.5 in_high=3.5)
    A_IN [1CP 1MR] [d_1cp d_1mr] adc_mod
    
    * ADC Bridge to read GND for Logic Low (used for SET inputs)
    A_GND [GND] [d_low] adc_mod

    * Logic Models
    .model inv_mod d_inverter(rise_delay=10n fall_delay=10n)
    .model dff_mod d_dff(clk_delay=10n rise_delay=10n fall_delay=10n)
    .model dac_mod dac_bridge(out_low=0.0 out_high=5.0)

    * --- Counter Logic (Side 1) ---
    * 74HC393 triggers on High-to-Low transition of CP.
    * XSPICE DFF triggers on Rising Edge. So we invert CP.
    A_INV1 d_1cp d_1cp_inv inv_mod

    * Stage 1 (Q0): Divider by 2
    * T-FF behavior: D = ~Q. Clock = ~CP. Reset = MR.
    * Port order: din clk set reset out nout
    A_DFF1 d_1q0_bar d_1cp_inv d_low d_1mr d_1q0 d_1q0_bar dff_mod

    * Stage 2 (Q1): Divider by 4
    * Ripples from Q0 Falling Edge.
    * Q0 Falling = ~Q0 Rising. Use d_1q0_bar as clock.
    A_DFF2 d_1q1_bar d_1q0_bar d_low d_1mr d_1q1 d_1q1_bar dff_mod

    * Stage 3 (Q2): Divider by 8
    * Ripples from Q1 Falling Edge. Use d_1q1_bar as clock.
    A_DFF3 d_1q2_bar d_1q1_bar d_low d_1mr d_1q2 d_1q2_bar dff_mod

    * Stage 4 (Q3): Divider by 16 (Not used externally but part of logic)
    A_DFF4 d_1q3_bar d_1q2_bar d_low d_1mr d_1q3 d_1q3_bar dff_mod

    * Drive Outputs
    A_OUT [d_1q0 d_1q1 d_1q2 d_1q3] [1Q0 1Q1 1Q2 1Q3] dac_mod

    * Side 2 is unused, inputs grounded in main circuit, outputs open.
.ends 74HC393

* --- Main Circuit Instances ---
* U1: 74HC393 Counter
* Pin connections based on Wiring Guide:
* 1(CLK_IN), 2(0/Reset), 3(Q0), 4(Q1), 5(Q2), 7(0/GND), 14(VCC)
* Unused outputs mapped to NC nodes. Unused inputs to 0.
* Subcircuit Pin Order: 1CP 1MR 1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 GND 2Q3 2Q2 2Q1 2Q0 2MR 2CP VCC
XU1 CLK_IN 0 Q0 Q1 Q2 NC_1Q3 0 NC_2Q3 NC_2Q2 NC_2Q1 NC_2Q0 0 0 VCC 74HC393

* --- Output Paths (LEDs and Resistors) ---
* Path 1: Q0 -> R1 -> D1 (Red)
R1 Q0 LED_Q0 330
D1 LED_Q0 0 DLED

* Path 2: Q1 -> R2 -> D2 (Green)
R2 Q1 LED_Q1 330
D2 LED_Q1 0 DLED

* Path 3: Q2 -> R3 -> D3 (Yellow)
R3 Q2 LED_Q2 330
D3 LED_Q2 0 DLED

* --- Simulation & Output ---
.op
.tran 10u 20m
.print tran V(CLK_IN) V(Q0) V(Q1) V(Q2)

.end
* --- GPT review (BOM/Wiring/SPICE) ---
* circuit_ok=true
* simulation_summary: The simulation shows a clear binary counting sequence. CLK_IN is a 1kHz clock (period 1ms). Q0 toggles every 1ms (f/2, period 2ms). Q1 toggles every 2ms (f/4, period 4ms). Q2 toggles every 4ms (f/8, period 8ms). The outputs transition cleanly between 0V and 5V.
* bom_vs_spice equivalences ignored:
*   - LEDs (D1, D2, D3) are modeled using a generic diode model (DLED) with specific parameters.
*   - U1 (74HC393) is modeled as a behavioral subcircuit using XSPICE primitives (ADC/DAC bridges, DFFs) instead of a transistor-level model.
* overall_comment: The circuit is perfectly functional and accurately represents a 3-bit binary ripple counter (frequency divider). The behavioral model for the 74HC393 is correctly implemented with the necessary ADC/DAC bridges for XSPICE. The wiring matches the guide exactly, and the simulation results confirm the expected frequency division ratios (f/2, f/4, f/8). It is an excellent didactic example.
* --------------------------------------

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows a clear binary counting sequence. CLK_IN is a 1kHz clock (period 1ms). Q0 toggles every 1ms (f/2, period 2ms). Q1 toggles every 2ms (f/4, period 4ms). Q2 toggles every 4ms (f/8, period 8ms). The outputs transition cleanly between 0V and 5V.

Show raw data table (3323 rows)

Index   time            v(clk_in)       v(q0)           v(q1)           v(q2)
0	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
1	1.000000e-08	5.000000e-02	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
2	2.000000e-08	1.000000e-01	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
3	4.000000e-08	2.000000e-01	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
4	8.000000e-08	4.000000e-01	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
5	1.600000e-07	8.000000e-01	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
6	3.200000e-07	1.600000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
7	6.400000e-07	3.200000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
8	1.000000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
9	1.064000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
10	1.192000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
11	1.448000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
12	1.960000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
13	2.984000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
14	5.032000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
15	9.128000e-06	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
16	1.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
17	2.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
18	3.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
19	4.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
20	5.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
21	6.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
22	7.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
23	8.732000e-05	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
... (3299 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar flotante el pin Master Reset (MR): Dejar el pin 2 desconectado provoca que el contador se reinicie aleatoriamente debido al ruido. Solución: Conecte siempre el pin MR a GND (Lógica 0) para un funcionamiento normal de conteo.
2. Confundir los números de los pines: El 74HC393 tiene dos contadores en su interior. Los estudiantes a menudo mezclan los pines del Contador 1 y del Contador 2. Solución: Siga estrictamente la hoja de datos (datasheet) y utilice los pines 1, 2, 3, 4, 5 y 6 solo para el primer contador.
3. Ignorar VCC/GND: Olvidar alimentar el chip conduce a una salida impredecible o sin actividad. Solución: Conecte siempre el Pin 14 a +5 V y el Pin 7 a GND antes de realizar pruebas.

Solución de problemas

• Síntoma: Ningún LED se enciende y las salidas permanecen en 0 V.
  • Causa: El Master Reset (Pin 2) podría estar conectado a VCC en lugar de a GND.
  • Solución: Mueva la conexión del Pin 2 a GND.
• Síntoma: Los LED están siempre encendidos o parpadean muy tenuemente.
  • Causa: La frecuencia es demasiado alta para que el ojo vea el parpadeo (por ejemplo, 1 kHz).
  • Solución: Utilice el osciloscopio para verificar la señal o reduzca la frecuencia de V_CLK a < 10 Hz para confirmación visual.
• Síntoma: La frecuencia de salida es inestable o errática.
  • Causa: Fuente de alimentación ruidosa o falta de condensador de desacoplo.
  • Solución: Añada un condensador de 100 nF entre VCC y GND cerca del CI.

Posibles mejoras y extensiones

1. Dividir por 16 y 256: Conecte en cascada el primer contador al segundo contador del chip U1 (conecte 1Q3 a 2CP) para lograr relaciones de división más altas hasta 256.
2. Generador de audio variable: Conecte las salidas a un controlador de altavoz simple y utilice un potenciómetro variable en un temporizador 555 (como reloj) para escuchar cómo el tono cae por octavas al cambiar entre Q0, Q1 y Q2.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Básico. Verifique el funcionamiento de un contador binario de 4 bits visualizando la secuencia de conteo con LEDs.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirá un circuito digital síncrono utilizando el circuito integrado 74HC161 para contar pulsos de reloj en binario desde 0 (0000) hasta 15 (1111). Visualizará los estados de salida utilizando cuatro LEDs que representan los bits desde LSB (Bit menos significativo) hasta MSB (Bit más significativo).

Por qué es útil:
* Relojes digitales: Forma el bloque fundamental para el seguimiento del tiempo (segundos, minutos, horas).
* División de frecuencia: Los contadores se utilizan para reducir señales de reloj de alta frecuencia a frecuencias más bajas y utilizables para otros componentes.
* Direccionamiento de memoria: En sistemas informáticos, los contadores generan direcciones secuenciales para acceder a datos en la memoria.
* Conteo de eventos: Útil en automatización industrial para contar artículos en una cinta transportadora o activaciones de sensores.
* Máquinas de estados: Proporciona la secuencia de estados requerida para controlar operaciones lógicas digitales complejas.

Resultado esperado:
* Cuatro LEDs (D1–D4) se encenderán en un patrón binario (0000, 0001, 0010… 1111).
* La secuencia se repite cada 16 pulsos de reloj.
* Activar el interruptor de reset fuerza a que todos los LEDs se apaguen inmediatamente.
* Tensión de salida de Lógica Alta aprox. 5 V; Lógica Baja aprox. 0 V.

Público objetivo y nivel:
Estudiantes y aficionados familiarizados con niveles lógicos básicos que se inician en el diseño de lógica secuencial.

Materiales

• U1: 74HC161, función: CI contador binario síncrono de 4 bits
• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: fuente de alimentación principal
• V2: Fuente de tensión pulsada (0 V a 5 V), función: Señal de reloj (1 Hz para visualización)
• R1: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED Q0
• R2: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED Q1
• R3: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED Q2
• R4: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED Q3
• R5: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-up para Master Reset
• D1: LED rojo, función: Indicador para Q0 (LSB)
• D2: LED rojo, función: Indicador para Q1
• D3: LED rojo, función: Indicador para Q2
• D4: LED rojo, función: Indicador para Q3 (MSB)
• S1: Pulsador momentáneo (normalmente abierto), función: disparador de Reset

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC161 (Contador Binario Síncrono de 4 bits, Reset Asíncrono)

Nota: Los pines 3, 4, 5, 6 (Entradas de datos paralelos) y 15 (Salida de acarreo «Ripple Carry») no se utilizan en esta configuración básica de conteo y las entradas pueden conectarse a tierra si se prefiere, aunque normalmente son irrelevantes cuando la Carga (Load) está deshabilitada.

Guía de conexionado

Construya el circuito siguiendo estas conexiones de nodos explícitas:

• Nodos de alimentación:

  • Conecte el terminal positivo de V1 al nodo VCC.
  • Conecte el terminal negativo de V1 al nodo 0 (GND).
  • Conecte el pin 16 de U1 a VCC.
  • Conecte el pin 8 de U1 a 0.

• Entradas de control:

  • Conecte el positivo de V2 (Fuente de reloj) al nodo CLK. Conecte el negativo de V2 a 0.
  • Conecte el pin 2 de U1 al nodo CLK.
  • Conecte los pines 7 (CEP), 10 (CET) y 9 (\overlinePE) de U1 directamente a VCC para habilitar el conteo y deshabilitar la carga paralela.
  • Circuito de Reset: Conecte R5 entre VCC y el nodo RESET_N. Conecte S1 entre el nodo RESET_N y 0. Conecte el pin 1 de U1 a RESET_N.

• Salidas (Indicadores LED):

  • Bit 0 (LSB): Conecte el pin 14 de U1 al nodo Q0. Conecte R1 entre Q0 y el nodo LED_A1. Conecte el ánodo de D1 a LED_A1 y el cátodo a 0.
  • Bit 1: Conecte el pin 13 de U1 al nodo Q1. Conecte R2 entre Q1 y el nodo LED_A2. Conecte el ánodo de D2 a LED_A2 y el cátodo a 0.
  • Bit 2: Conecte el pin 12 de U1 al nodo Q2. Conecte R3 entre Q2 y el nodo LED_A3. Conecte el ánodo de D3 a LED_A3 y el cátodo a 0.
  • Bit 3 (MSB): Conecte el pin 11 de U1 al nodo Q3. Conecte R4 entre Q3 y el nodo LED_A4. Conecte el ánodo de D4 a LED_A4 y el cátodo a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                  PRACTICAL CASE: 4-BIT UP COUNTER                                     |
+-------------------------------------------------------------------------------------------------------+

      INPUTS & CONTROL                     PROCESSING (U1)                     OUTPUTS & LOAD
   (Left-to-Right Flow)                   (74HC161 Counter)                 (LED Visualization)

                                     +-------------------------+
                                     |                         |
[ V2: Clock Source ] --(CLK 1Hz)---> | [Pin 2] CP              |
                                     |                         |
                                     |                         |          (Bit 0 - LSB)
[ Reset Logic ]                      |             [Pin 14] Q0 | --(Q0)--> [ R1: 330 ] --> [ D1: Red ] --> GND
(VCC->R5->Node->S1->GND) --(RST_N)-> | [Pin 1] ~MR             |
                                     |                         |
                                     |                         |          (Bit 1)
                                     |             [Pin 13] Q1 | --(Q1)--> [ R2: 330 ] --> [ D2: Red ] --> GND
[ VCC: 5 V Source ] --(Enable High)-> | [Pin 7]  CEP            |
                   --(Enable High)-> | [Pin 10] CET            |
                   --(Disable Load)> | [Pin 9]  ~PE            |          (Bit 2)
                                     |             [Pin 12] Q2 | --(Q2)--> [ R3: 330 ] --> [ D3: Red ] --> GND
                                     |                         |
                                     |                         |
                                     |                         |          (Bit 3 - MSB)
                                     |             [Pin 11] Q3 | --(Q3)--> [ R4: 330 ] --> [ D4: Red ] --> GND
                                     |                         |
                                     +-------------------------+
                                            |           |
                                         [Pin 16]    [Pin 8]
                                            |           |
                                           VCC         GND

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Comprobación de alimentación: Antes de conectar el CI, mida la tensión entre VCC y 0 para asegurarse de que sea estable a 5 V.
2. Verificación del reloj: Ajuste V2 a una frecuencia baja (p. ej., 1 Hz). Verifique que la señal en el nodo CLK oscila entre 0 V y 5 V.
3. Observación de la secuencia: Encienda el circuito. Observe de D1 a D4. Deberían alternar en la secuencia binaria:
   • 0: Todos APAGADOS
   • 1: D1 ENCENDIDO
   • 2: D2 ENCENDIDO
   • 3: D1 y D2 ENCENDIDOS
   • … hasta 15: Todos ENCENDIDOS.
4. Prueba de Reset: Mientras el contador está funcionando, presione S1. Todos los LEDs deben apagarse inmediatamente (Reset Asíncrono) o en el siguiente flanco de reloj (si se usa una variante de reset síncrono, aunque el Reset del 74HC161 estándar suele ser asíncrono).
5. Niveles lógicos: Use un multímetro para medir el nodo Q3 cuando D4 esté encendido. Debería leer cerca de 5 V (Lógica Alta).

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: 4-bit up counter with LEDs (74HC161)
* NGSPICE Netlist
* Requires XSPICE extensions

.width out=256

* --- Power Supplies ---
V1 VCC 0 DC 5
* Clock Source: 1 Hz Pulse (0V to 5V), 50% duty cycle
* Corrected to 1 Hz per BOM (Period = 1s, Pulse Width = 0.5s)
V2 CLK 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5 1)

* --- Reset Circuit ---
* Pull-up resistor for Master Reset
R5 VCC RESET_N 10k
* S1: Momentary Push Button (Normally Open)
* Implemented as a Voltage Controlled Switch driven by V_BTN source
S1 RESET_N 0 CTRL_RST 0 SW_BTN
* Button Actuator (Simulates a press at 8s for 1s duration to test reset)
V_BTN CTRL_RST 0 PULSE(0 1 8 1m 1m 1 20)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: 4-bit up counter with LEDs (74HC161)
* NGSPICE Netlist
* Requires XSPICE extensions

.width out=256

* --- Power Supplies ---
V1 VCC 0 DC 5
* Clock Source: 1 Hz Pulse (0V to 5V), 50% duty cycle
* Corrected to 1 Hz per BOM (Period = 1s, Pulse Width = 0.5s)
V2 CLK 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5 1)

* --- Reset Circuit ---
* Pull-up resistor for Master Reset
R5 VCC RESET_N 10k
* S1: Momentary Push Button (Normally Open)
* Implemented as a Voltage Controlled Switch driven by V_BTN source
S1 RESET_N 0 CTRL_RST 0 SW_BTN
* Button Actuator (Simulates a press at 8s for 1s duration to test reset)
V_BTN CTRL_RST 0 PULSE(0 1 8 1m 1m 1 20)
.model SW_BTN sw(vt=0.5 ron=1 roff=10Meg)

* --- 74HC161 4-bit Binary Counter Subcircuit Instance ---
* Connections match Wiring Guide:
* Pin 1 (MR_N) -> RESET_N
* Pin 2 (CP) -> CLK
* Pin 3-6 (D0-D3) -> 0 (GND)
* Pin 7 (CEP) -> VCC
* Pin 8 (GND) -> 0
* Pin 9 (PE_N) -> VCC
* Pin 10 (CET) -> VCC
* Pin 11-14 (Q3-Q0) -> Output Nodes
* Pin 15 (TC) -> TC_NC (Floating)
* Pin 16 (VCC) -> VCC
XU1 RESET_N CLK 0 0 0 0 VCC 0 VCC VCC Q3 Q2 Q1 Q0 TC_NC VCC 74HC161

* --- LED Output Indicators ---
* Bit 0 (LSB)
R1 Q0 LED_A1 330
D1 LED_A1 0 LED_RED
* Bit 1
R2 Q1 LED_A2 330
D2 LED_A2 0 LED_RED
* Bit 2
R3 Q2 LED_A3 330
D3 LED_A3 0 LED_RED
* Bit 3 (MSB)
R4 Q3 LED_A4 330
D4 LED_A4 0 LED_RED

* --- Models ---
.model LED_RED D(Is=1e-14 Rs=5 N=2)

* --- Subcircuit Definition: 74HC161 ---
* Behavioral XSPICE implementation of a 4-bit Counter with Async Reset
.subckt 74HC161 MR_N CP D0 D1 D2 D3 CEP GND PE_N CET Q3 Q2 Q1 Q0 TC VCC
    * XSPICE Models
    .model adc_in adc_bridge(in_low=2.0 in_high=3.0)
    .model dac_out dac_bridge(out_low=0.0 out_high=5.0)
    .model dff_mod d_dff(rise_delay=10n fall_delay=10n)
    .model inv_mod d_inverter(rise_delay=5n fall_delay=5n)

    * Input Bridges (Analog to Digital)
    A_IN [MR_N CP] [mr_dig cp_dig] adc_in

    * Reset Logic (MR_N is active low, d_dff reset is active high)
    A_RST_INV mr_dig rst_high inv_mod

    * Counter Chain (Ripple Up Counter)
    * Bit 0: Toggles on CP rising edge
    A_D0 q0_inv cp_dig NULL rst_high q0_dig q0_inv dff_mod

    * Bit 1: Toggles on Q0 falling edge (Q0_inv rising edge)
    A_D1 q1_inv q0_inv NULL rst_high q1_dig q1_inv dff_mod

    * Bit 2: Toggles on Q1 falling edge
    A_D2 q2_inv q1_inv NULL rst_high q2_dig q2_inv dff_mod

    * Bit 3: Toggles on Q2 falling edge
    A_D3 q3_inv q2_inv NULL rst_high q3_dig q3_inv dff_mod

    * Output Bridges (Digital to Analog)
    A_OUT [q3_dig q2_dig q1_dig q0_dig] [Q3 Q2 Q1 Q0] dac_out

    * Terminal Count (Unused/Dummy pull-down)
    R_TC TC 0 100k
.ends

* --- Simulation Commands ---
* Transient analysis: 20s duration to capture full counting cycle (0-15) at 1 Hz
.op
.tran 10m 20s

* Print critical signals (Inputs first)
.print tran V(CLK) V(RESET_N) V(Q0) V(Q1) V(Q2) V(Q3)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows a correct 4-bit binary counting sequence (0000 to 1111) on outputs Q0-Q3. The clock toggles at 1Hz. The reset button press at 8s is simulated, but the log data shows RESET_N remaining high (~4.99V) throughout the sampled points, suggesting the reset event might have been missed in the condensed log or the switch resistance ratio wasn’t sufficient to pull the node to logic low in the analog domain against the pull-up, although the counter continues counting correctly.

Show raw data table (3020 rows)

Index   time            v(clk)          v(reset_n)      v(q0)           v(q1)           v(q2)           v(q3)
0	0.000000e+00	0.000000e+00	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
1	1.000000e-08	5.000000e-02	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
2	2.000000e-08	1.000000e-01	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
3	4.000000e-08	2.000000e-01	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
4	8.000000e-08	4.000000e-01	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
5	1.600000e-07	8.000000e-01	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
6	3.200000e-07	1.600000e+00	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
7	6.400000e-07	3.200000e+00	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
8	6.520000e-07	3.260000e+00	4.995005e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
9	6.760000e-07	3.380000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
10	7.240000e-07	3.620000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
11	8.200000e-07	4.100000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
12	1.000000e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
13	1.019200e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
14	1.057600e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
15	1.134400e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
16	1.288000e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
17	1.595200e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
18	2.209600e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
19	3.438400e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
20	5.896000e-06	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
21	1.081120e-05	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
22	2.064160e-05	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
23	4.030240e-05	5.000000e+00	4.995005e+00	5.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00
... (2996 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar los pines Enable flotando: La serie 74HC tiene entradas de alta impedancia. Si los pines 7 (CEP) o 10 (CET) no están conectados a VCC, el contador puede no contar o comportarse de manera errática. Siempre conecte las entradas de control no utilizadas a un nivel lógico definido.
2. Frecuencia de reloj demasiado alta: Si V2 se ajusta a 1 kHz o más, todos los LEDs parecerán estar tenuemente encendidos de forma continua debido a la persistencia de la visión. Mantenga el reloj por debajo de 5 Hz para la depuración visual.
3. Pin de Carga Paralela flotante: Si el pin 9 (\overlinePE) se deja flotando o bajo, el chip podría intentar cargar constantemente datos desde las entradas P0-P3 en lugar de contar. Asegúrese de que el pin 9 esté conectado a VCC.

Solución de problemas

• Los LEDs nunca se encienden: Verifique las conexiones de alimentación a los pines 16 y 8. Asegúrese de que los LEDs estén insertados con la polaridad correcta (ánodo a resistencia/CI, cátodo a tierra).
• El contador se queda en cero: Verifique que el pin de Reset (1) esté Alto (5 V). Si S1 está atascado o falta la resistencia de pull-up R5, el chip permanece en estado de Reset. Además, verifique que los pines Enable (7, 10) estén Altos.
• El contador salta números: Esto se debe a menudo al «rebote del interruptor» (switch bounce) si está utilizando un interruptor mecánico como reloj manual. Use un generador de onda cuadrada limpia o un circuito antirrebote (condensador + resistencia) para la entrada de reloj.
• Secuencia aleatoria: Verifique si el pin de Habilitación Paralela (\overlinePE) está accidentalmente Bajo o flotando. Debe estar Alto.

Posibles mejoras y extensiones

1. Contador de 8 bits: Conecte en cascada un segundo 74HC161 conectando la Salida de Acarreo (pin 15) del primer contador a la Habilitación «Trickle» (pin 10) del segundo contador. Esto permite contar hasta 255.
2. Reloj manual: Reemplace el generador de frecuencia V2 con un circuito temporizador 555 en modo astable o un pulsador con antirrebote para avanzar la cuenta manualmente.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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