Caso práctico: Potenciómetro como divisor variable

Prototipo de Potenciómetro como divisor variable (Maker Style)

Nivel: Básico. Objetivo: Entender cómo varía el voltaje de salida al modificar la resistencia en un potenciómetro conectado como divisor de voltaje.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito divisor de voltaje variable utilizando un potenciómetro lineal para generar una señal de voltaje analógica ajustable que oscila entre 0 V y el voltaje de alimentación.

Por qué es útil:
- Se utiliza en perillas de volumen para equipos de audio.
- Proporciona voltajes de referencia para comparadores y amplificadores operacionales.
- Simula datos de sensores analógicos (como temperatura o luz) durante las pruebas.
- Actúa como señal de control para reguladores de intensidad (dimmers) y controladores de velocidad de motores.
- Esencial para calibrar la sensibilidad en circuitos de sensores.
Resultado esperado:
- El voltaje de salida (VOUT) varía suavemente de 0 V a 5 V.
- En el punto medio mecánico de un potenciómetro lineal, VOUT marca aproximadamente 2.5 V.
- La suma del voltaje a través de la sección superior y el voltaje a través de la sección inferior es igual al voltaje de la fuente (VIN).
Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados a la electrónica (Nivel: Básico).

Materiales

V1: Fuente de 5 V DC, función: fuente de alimentación principal.
R1: Potenciómetro lineal de 10 kΩ, función: divisor de voltaje variable.
M1: Multímetro digital (configurado en Voltios DC), función: medir V_OUT.
W1: Cables puente (jumpers), función: interconexiones.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza las convenciones estándar de nomenclatura de nodos SPICE (VCC, 0 para GND, VOUT).

V1 (Terminal Positivo): Se conecta al nodo VCC.
V1 (Terminal Negativo): Se conecta al nodo 0 (GND).
R1 (Pin 1 – Superior/Fijo): Se conecta al nodo VCC.
R1 (Pin 3 – Inferior/Fijo): Se conecta al nodo 0 (GND).
R1 (Pin 2 – Cursor/Variable): Se conecta al nodo VOUT.
M1 (Sonda Positiva): Se conecta al nodo VOUT.
M1 (Sonda Negativa): Se conecta al nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

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

Esquemático

[ SOURCE ]                       [ COMPONENT ]                     [ MEASUREMENT ]

[ V1: 5 V Supply (+) ] --(Node VCC)--> [ R1: Pin 1 (Top)    ]
                                      |                    |
                                      |  Potentiometer     |
                                      |  (Voltage Divider) |
                                      |                    |
                                      |  R1: Pin 2 (Wiper) ] --(Node VOUT)--> [ M1: Multimeter (+) ]
                                      |                    |
[ V1: 5 V Supply (-) ] --(Node 0)----> [ R1: Pin 3 (Bottom) ] --(Node 0)-----> [ M1: Multimeter (-) ]

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el comportamiento del divisor de voltaje:

Configuración: Configura el multímetro para medir voltaje DC (rango de 20 V). Conecta la sonda negra a Tierra (0) y la sonda roja al cursor (wiper) del potenciómetro (VOUT).
Verificación de Mínimo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido antihorario.
- Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 0 V.
Verificación de Máximo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido horario.
- Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 5 V (o igual al voltaje específico de tu V1).
Verificación del Punto Medio: Gira la perilla al centro físico aproximado.
- Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 2.5 V.
Prueba de Linealidad: Gira la perilla lentamente de un extremo al otro.
- Observación: La lectura de voltaje debería cambiar suavemente sin saltos.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Potentiometer as a variable divider

* --- Power Supply ---
* V1: 5V Main power source
* Connected to VCC (+) and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Simulation Control Source ---
* Vknob simulates the mechanical action of the potentiometer.
* Sweeps from 0 (0%) to 1 (100%) over 500us.
Vknob knob 0 PWL(0 0 500u 1)

* --- R1: 10k Potentiometer ---
* Implemented as two behavioral voltage sources (B-sources) acting as variable resistors.
* This allows the "Variable Divider" behavior to be simulated in Transient analysis.
* Total Resistance ~ 10k.

* R1 Top Part (Pin 1 to Pin 2): Connects VCC to VOUT
* Resistance = 10k * (1 - Knob) + 1 ohm (offset to avoid divide-by-zero/shorts)
B_R1_top VCC VOUT V = I(B_R1_top) * (10000 * (1 - V(knob)) + 1)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Potentiometer as a variable divider

* --- Power Supply ---
* V1: 5V Main power source
* Connected to VCC (+) and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Simulation Control Source ---
* Vknob simulates the mechanical action of the potentiometer.
* Sweeps from 0 (0%) to 1 (100%) over 500us.
Vknob knob 0 PWL(0 0 500u 1)

* --- R1: 10k Potentiometer ---
* Implemented as two behavioral voltage sources (B-sources) acting as variable resistors.
* This allows the "Variable Divider" behavior to be simulated in Transient analysis.
* Total Resistance ~ 10k.

* R1 Top Part (Pin 1 to Pin 2): Connects VCC to VOUT
* Resistance = 10k * (1 - Knob) + 1 ohm (offset to avoid divide-by-zero/shorts)
B_R1_top VCC VOUT V = I(B_R1_top) * (10000 * (1 - V(knob)) + 1)

* R1 Bottom Part (Pin 2 to Pin 3): Connects VOUT to GND
* Resistance = 10k * Knob + 1 ohm
B_R1_bot VOUT 0 V = I(B_R1_bot) * (10000 * V(knob) + 1)

* --- M1: Digital Multimeter ---
* Function: Measure V_OUT.
* Modeled as a high input impedance load (10 Megohm) connected to VOUT and GND.
R_M1 VOUT 0 10Meg

* --- Analysis Commands ---
* Transient analysis to capture the full sweep of the potentiometer (500us)
.tran 1u 500u

* Print the Output Voltage and the Control Signal (Knob position)
.print tran V(VOUT) V(knob)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (508 rows)

Index   time            v(vout)         v(knob)
0	0.000000e+00	4.999000e-04	0.000000e+00
1	1.000000e-08	5.998800e-04	2.000000e-05
2	2.000000e-08	6.998599e-04	4.000000e-05
3	4.000000e-08	8.998199e-04	8.000000e-05
4	8.000000e-08	1.299740e-03	1.600000e-04
5	1.600000e-07	2.099579e-03	3.200000e-04
6	3.200000e-07	3.699258e-03	6.400000e-04
7	6.400000e-07	6.898613e-03	1.280000e-03
8	1.280000e-06	1.329731e-02	2.560000e-03
9	2.280000e-06	2.329525e-02	4.560000e-03
10	3.280000e-06	3.329314e-02	6.560000e-03
11	4.280000e-06	4.329099e-02	8.560000e-03
12	5.280000e-06	5.328880e-02	1.056000e-02
13	6.280000e-06	6.328657e-02	1.256000e-02
14	7.280000e-06	7.328430e-02	1.456000e-02
15	8.280000e-06	8.328200e-02	1.656000e-02
16	9.280000e-06	9.327965e-02	1.856000e-02
17	1.028000e-05	1.032773e-01	2.056000e-02
18	1.128000e-05	1.132749e-01	2.256000e-02
19	1.228000e-05	1.232724e-01	2.456000e-02
20	1.328000e-05	1.332699e-01	2.656000e-02
21	1.428000e-05	1.432674e-01	2.856000e-02
22	1.528000e-05	1.532648e-01	3.056000e-02
23	1.628000e-05	1.632622e-01	3.256000e-02
... (484 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Dejar el cursor (wiper) flotando: Conectar solo las dos patas fijas del potenciómetro hace que actúe como una resistencia fija. Conecta siempre el pin central (cursor) a tu nodo de salida.
Cortocircuitar la fuente: Conectar el cursor a VCC y una pata fija a 0, y luego girar la perilla completamente hacia el lado conectado a tierra crea un cortocircuito. Asegúrate de que las patas fijas vayan a Alimentación y Tierra, y que el Cursor sea la Salida.
Usar un potenciómetro logarítmico: Los potenciómetros de audio (Log) cambian la resistencia de forma no lineal. Para una prueba de divisor de voltaje predecible, asegúrate de usar uno lineal (generalmente marcado como ‘B’).

Solución de problemas

Síntoma: El voltaje es constante en 2.5 V independientemente de la posición de la perilla.
- Causa: El cursor está desconectado, o estás midiendo a través de los terminales fijos.
- Solución: Verifica que la sonda del multímetro esté conectada específicamente al pin central (cursor).
Síntoma: Humo o calor proveniente del potenciómetro.
- Causa: Cortocircuito creado al conectar el cursor a un riel y girarlo hacia el riel opuesto.
- Solución: Desconecta inmediatamente la alimentación. Vuelve a conectar de modo que los pines exteriores fijos se conecten a VCC y GND, y el cursor se conecte solo al medidor de alta impedancia.
Síntoma: El voltaje salta erráticamente (por ejemplo, 1 V -> 4 V -> 2 V).
- Causa: Pista interna sucia o defectuosa (el cursor pierde contacto).
- Solución: Reemplaza el potenciómetro o límpialo con limpiador de contactos.

Posibles mejoras y extensiones

Efecto de carga: Conecta una resistencia fija de 1 kΩ entre VOUT y 0. Observa cómo el voltaje de salida cae significativamente en comparación con el estado sin carga, demostrando el desajuste de impedancia.
Límites seguros: Agrega una resistencia fija de 330 Ω en serie con la pata superior y otra con la pata inferior. Esto restringe el rango de salida (por ejemplo, 0.5 V a 4.5 V) y protege el potenciómetro de cortocircuitos si la salida se conecta accidentalmente a tierra.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Caso práctico: Resistencias en serie y paralelo

Prototipo de Resistencias en serie y paralelo (Maker Style)

Nivel: Básico – Verificar fórmulas de resistencia equivalente mediante medición.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito pasivo utilizando dos resistencias para analizar cómo cambian los valores de resistencia cuando los componentes se conectan en serie frente a paralelo. Medirás la resistencia equivalente total (Req) usando un multímetro en modo óhmetro.

Útil para:
- Diseñar divisores de voltaje para sensores o fuentes de alimentación.
- Calcular la resistencia de carga total en redes de distribución de energía.
- Ajustar valores de resistencia específicos cuando no hay componentes estándar disponibles.
- Comprender las rutas de limitación de corriente en circuitos controladores de LED.
Resultado esperado:
- Modo serie: El valor medido debe ser igual a la suma de ambas resistencias (Req ≈ 2 kΩ).
- Modo paralelo: El valor medido debe ser la mitad de la resistencia individual (si R1=R2) o seguir la fórmula de paralelo (Req ≈ 500 Ω).
- Verificación: Los valores medidos deben caer dentro del rango de tolerancia (p. ej., ±5%) del cálculo teórico.
Público objetivo: Estudiantes y aficionados que aprenden las leyes fundamentales del análisis de circuitos (Ley de Ohm).

Materiales

R1: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba A
R2: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba B
M1: Multímetro digital, función: Medición de resistencia (Óhmetro)
W1: Cables puente (jumpers), función: Interconexión del circuito

Guía de conexionado

Esta guía utiliza nombres de nodos específicos. Asegúrate de que el circuito no esté conectado a una fuente de voltaje (batería) durante las mediciones de resistencia.

Parte A: Configuración en serie
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_B y el nodo Node_C.
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_C.

Parte B: Configuración en paralelo (Requiere recableado)
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B (físicamente en paralelo a R1).
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_B.

Diagrama de bloques conceptual

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

Esquemático

PART A: SERIES CONFIGURATION (Current flows through R1 then R2)

      [ INPUT / SOURCE ]             [ CIRCUIT TOPOLOGY ]             [ RETURN / MEASURE ]

    [ M1 Probe (+) ] --(Node A)--> [ R1: 1kΩ ] --(Node B)--> [ R2: 1kΩ ] --(Node C)--> [ M1 Probe (-) ]



PART B: PARALLEL CONFIGURATION (Current splits between R1 and R2)

      [ INPUT / SOURCE ]             [ CIRCUIT TOPOLOGY ]             [ RETURN / MEASURE ]

                                         +--> [ R1: 1kΩ ] --+
    [ M1 Probe (+) ] --(Node A)--> [ SPLIT ]                [ JOIN ] --(Node B)--> [ M1 Probe (-) ]
                                         +--> [ R2: 1kΩ ] --+

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Realiza estos pasos con el multímetro configurado en el ajuste de Ohmios (Ω) (comienza con el rango de 20k si es manual).

Verificación de componentes:
- Mide R1 y R2 individualmente antes de conectarlas. Confirma que sean de aproximadamente 1 kΩ cada una.
Medición en serie:
- Construye el circuito descrito en la Parte A de la Guía de conexionado.
- Conecta las sondas al Node_A y Node_C.
- Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 2.0 kΩ ($R1 + R2$).
Medición en paralelo:
- Modifica el circuito para que coincida con la Parte B de la Guía de conexionado (conecta ambos extremos de la resistencia al mismo par de filas).
- Conecta las sondas a través del par paralelo.
- Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 0.5 kΩ (500 Ω).
Comparación:
- Observa que la combinación en serie aumenta la resistencia total, mientras que la combinación en paralelo disminuye la resistencia total.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Series and parallel resistors
*
* This netlist implements both Part A (Series) and Part B (Parallel) 
* configurations as separate sub-circuits to allow simultaneous simulation.
*
* BOM:
* R1, R2: 1 kΩ resistors
* M1: Digital Multimeter (Simulated as 1mA Current Source for Resistance Measurement)
* W1: Jumper wires (Implicit in netlist connectivity)

* ==============================================================================
* GLOBAL SETTINGS
* ==============================================================================
* Global Ground is Node 0.
* Unused System Supply (Required by prompt constraints)
VCC_Supply VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* PART A: SERIES CONFIGURATION
* ==============================================================================
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Series and parallel resistors
*
* This netlist implements both Part A (Series) and Part B (Parallel) 
* configurations as separate sub-circuits to allow simultaneous simulation.
*
* BOM:
* R1, R2: 1 kΩ resistors
* M1: Digital Multimeter (Simulated as 1mA Current Source for Resistance Measurement)
* W1: Jumper wires (Implicit in netlist connectivity)

* ==============================================================================
* GLOBAL SETTINGS
* ==============================================================================
* Global Ground is Node 0.
* Unused System Supply (Required by prompt constraints)
VCC_Supply VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* PART A: SERIES CONFIGURATION
* ==============================================================================
* Wiring Guide Mapping:
* Node_A -> Node_A_Ser
* Node_B -> Node_B_Ser
* Node_C -> Node_C_Ser
*
* Connections:
* R1 connects between Node_A and Node_B
* R2 connects between Node_B and Node_C
* M1 (Ohmmeter) connects to Node_A (+) and Node_C (-)
*
* Simulation Logic:
* Ohmmeter is modeled as a 1mA Current Source (I_M1_Ser) injecting into the 
* positive probe node, with the negative probe node grounded.
* V(Node_A_Ser) = Resistance * 1mA => 1V = 1kΩ.

I_M1_Ser     0            Node_A_Ser   DC 1m
R1_Ser       Node_A_Ser   Node_B_Ser   1k
R2_Ser       Node_B_Ser   Node_C_Ser   1k
V_M1_Ret_Ser Node_C_Ser   0            DC 0   ; Ground return for M1 (-)

* ==============================================================================
* PART B: PARALLEL CONFIGURATION
* ==============================================================================
* Wiring Guide Mapping:
* Node_A -> Node_A_Par
* Node_B -> Node_B_Par
*
* Connections:
* R1 connects between Node_A and Node_B
* R2 connects between Node_A and Node_B (Physically parallel)
* M1 (Ohmmeter) connects to Node_A (+) and Node_B (-)

I_M1_Par     0            Node_A_Par   DC 1m
R1_Par       Node_A_Par   Node_B_Par   1k
R2_Par       Node_A_Par   Node_B_Par   1k
V_M1_Ret_Par Node_B_Par   0            DC 0   ; Ground return for M1 (-)

* ==============================================================================
* ANALYSIS DIRECTIVES
* ==============================================================================
* Transient analysis to satisfy prompt requirements for logging
.tran 100u 5ms

* Print voltages representing resistance values
* V(Node_A_Ser) should be ~2.0V (2kΩ)
* V(Node_A_Par) should be ~0.5V (500Ω)
.print tran V(Node_A_Ser) V(Node_B_Ser) V(Node_A_Par)

* DC Operating Point for quick verification
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (59 rows)

Index   time            v(node_a_ser)   v(node_b_ser)   v(node_a_par)
0	0.000000e+00	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
1	5.000000e-07	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
2	1.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
3	2.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
4	4.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
5	8.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
6	1.600000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
7	3.200000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
8	6.400000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
9	1.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
10	2.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
11	3.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
12	4.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
13	5.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
14	6.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
15	7.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
16	8.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
17	9.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
18	1.028000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
19	1.128000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
20	1.228000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
21	1.328000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
22	1.428000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
23	1.528000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
... (35 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Medir resistencia con la alimentación encendida: Nunca midas resistencia en un circuito vivo. Esto dará lecturas falsas y puede fundir el fusible de tu multímetro. Solución: Desconecta todas las baterías o fuentes de alimentación antes de usar el óhmetro.
Tocar las sondas metálicas: Si sostienes las puntas metálicas de las sondas con ambas manos mientras mides, la resistencia de tu cuerpo (en paralelo al circuito) afectará la lectura, especialmente con resistencias de alto valor. Solución: Usa pinzas de cocodrilo o presiona las sondas contra la protoboard sin tocar las puntas metálicas.
Asumir valores perfectos: Una resistencia de 1 kΩ con 5% de tolerancia puede medir físicamente entre 950 Ω y 1050 Ω. Solución: Siempre mide los componentes individuales primero para conocer sus valores reales antes de calcular el total esperado.

Solución de problemas

Síntoma: El multímetro lee «1» u «OL» (Over Limit/Fuera de límite).
- Causa: La resistencia es mayor que el rango seleccionado en el multímetro.
- Solución: Cambia el selector a un rango más alto (p. ej., de 200 Ω a 2 kΩ o 20 kΩ).
Síntoma: La lectura es 0 Ω.
- Causa: Cortocircuito; las sondas podrían estar tocándose entre sí o un cable está puenteando las resistencias.
- Solución: Revisa las filas de la protoboard para asegurarte de que las resistencias no estén en cortocircuito por un cable mal colocado.
Síntoma: La lectura fluctúa o es inestable.
- Causa: Mal contacto entre las patas de la resistencia y los clips de la protoboard.
- Solución: Retira la resistencia, endereza las patas y vuelve a insertarla firmemente en orificios diferentes del mismo nodo.

Posibles mejoras y extensiones

Topología mixta: Añade una tercera resistencia (R3 = 1 kΩ) en serie con el par paralelo de R1 y R2 para crear una combinación Serie-Paralelo. Calcula y verifica el nuevo total (1.5 kΩ).
Resistencia variable: Reemplaza R2 con un potenciómetro de 10 kΩ. Mide cómo cambia la resistencia total en ambas configuraciones (serie y paralelo) mientras giras la perilla.

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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?

Caso práctico: Divisor de voltaje simple

Prototipo de Divisor de voltaje simple (Maker Style)

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

Objetivo y caso de uso

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

Por qué es útil:
- Interfaz de sensores: Adapta sensores de alto voltaje (por ejemplo, sensores automotrices de 12 V) a microcontroladores de bajo voltaje (por ejemplo, lógica de 3.3 V o 5 V).
- Polarización: Proporciona voltajes de referencia estables para bases de transistores o entradas de amplificadores operacionales.
- Desplazamiento de nivel: Método simple para reducir los niveles de señal entre diferentes etapas del circuito.
Resultado esperado:
- Voltaje de entrada (Vin): Medido en la fuente de alimentación completa de 9 V.
- Voltaje de salida (Vout): Medido en la unión entre las resistencias; esperando exactamente 4.5 V (50% de la entrada).
- Corriente: Una corriente pequeña y segura fluye continuamente desde la fuente a tierra a través de la ruta en serie.
- Verificación de la relación: El voltaje de salida sigue la fórmula Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2)).
Público objetivo y nivel: Estudiantes que comienzan con la Ley de Ohm y Circuitos en Serie (Nivel: Básico).

Materiales

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

Guía de conexionado

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

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

Diagrama de bloques conceptual

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

Esquemático

[ INPUT ]                    [ PROCESSING ]                    [ OUTPUT ]

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

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Realice los siguientes pasos para validar el comportamiento del circuito.

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

Netlist SPICE y simulación

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

* Title: Simple voltage divider

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

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

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

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

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* Title: Simple voltage divider

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

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

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

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

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

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

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

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (59 rows)

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

Errores comunes y cómo evitarlos

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

Solución de problemas

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

Posibles mejoras y extensiones

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

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

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¿Quiénes somos?

Caso práctico: Limitación de corriente en un LED

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

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

Objetivo y caso de uso

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

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

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

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

Materiales

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

Guía de conexionado

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

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

Diagrama de bloques conceptual

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

Esquemático

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

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

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

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

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

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Current limiting in an LED

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

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

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

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

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* Practical case: Current limiting in an LED

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

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

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

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

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

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

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

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (108 rows)

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

Errores comunes y cómo evitarlos

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

Solución de problemas

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

Posibles mejoras y extensiones

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

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¿Quiénes somos?

Caso práctico: Indicador de nivel de tanque vacío

Prototipo de Indicador de nivel de tanque vacío (Maker Style)

Nivel: Medio. Diseñe un circuito lógico que alerte al usuario cuando un sensor de agua deje de detectar líquido utilizando una compuerta NOT.

Objetivo y caso de uso

En este caso, construirá un circuito de monitoreo utilizando un inversor 74HC04 que ilumina un LED rojo cuando el nivel de líquido de un tanque cae por debajo de un punto crítico.

Evita daños en la bomba: Detiene las bombas de agua para que no funcionen en seco en sistemas hidropónicos.
Seguridad doméstica: Alerta cuando los tanques de reserva en la azotea están vacíos.
Mantenimiento industrial: Indicador visual de los requisitos de recarga de refrigerante.

Resultado esperado:
* Agua presente: El sensor está abierto (entrada Lógica 1) $\rightarrow$ el LED permanece APAGADO.
* Tanque vacío: El sensor se cierra (entrada Lógica 0) $\rightarrow$ el LED se ENCIENDE.
* Nivel lógico: $V_{in} \approx 0\text{ V}$ activa la alerta; $V_{in} \approx 5\text{ V}$ indica estado normal.

Público objetivo: Estudiantes de electrónica y aficionados familiarizados con la lógica digital básica.

Materiales

V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: alimentación principal del circuito
U1: CI Inversor Hexagonal 74HC04, función: inversión lógica
S1: Interruptor de flotador (configurado para Cerrar cuando está Vacío), función: sensor de nivel de líquido
R1: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-up para señal del sensor
R2: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
D1: LED rojo, función: alerta visual de vacío
C1: Condensador cerámico de 100 nF, función: desacoplo de la fuente de alimentación

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC04 (Inversor Hexagonal)

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
1	1A	Entrada	Conectado al nodo del sensor (SENSE_IN)
2	1Y	Salida	Conectado al circuito LED (ALERT_OUT)
7	GND	Tierra	Conectado a 0 (GND)
14	VCC	Alimentación	Conectado a la fuente de 5V

Guía de conexionado

V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
C1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (colocado físicamente cerca de U1).
R1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo SENSE_IN.
S1 se conecta entre el nodo SENSE_IN y el nodo 0.
U1 pin 1 se conecta al nodo SENSE_IN.
U1 pin 2 se conecta al nodo ALERT_OUT.
U1 pin 14 se conecta a VCC; el pin 7 se conecta a 0.
R2 se conecta entre el nodo ALERT_OUT y el nodo LED_ANODE.
D1 se conecta entre el nodo LED_ANODE (Ánodo) y el nodo 0 (Cátodo).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC04 NOT gate

Esquemático

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

[ VCC 5V ] --> [ R1: 10k ] --+
               (Pull-Up)     |
                             |
                             V
                        (SENSE_IN) ---->+------------------+
                        (Pin 1)         |    U1: 74HC04    |
                             ^          |   Hex Inverter   |--(ALERT_OUT)--> [ R2: 330R ] --> [ D1: Red LED ] --> GND
                             |          |   (Pin 1 -> 2)   |  (Pin 2)        (Limiting)       (Anode/Cathode)
[ GND 0V ] --> [ S1: Float ]-+          +------------------+
               (Switch)                           ^
                                                  |
                                            [ C1: 100nF ]
                                            (Decoupling)
                                            (VCC / GND)

Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

Estado del agua	Interruptor del sensor (S1)	Voltaje de entrada (Pin 1)	Entrada lógica	Voltaje de salida (Pin 2)	Estado del LED
Lleno	ABIERTO	5 V (vía Pull-up)	1	0 V	APAGADO
Vacío	CERRADO	0 V (conectado a GND)	0	5 V	ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

Verificación de alimentación: Mida el voltaje entre VCC y 0. Asegúrese de que sea estable a 5 V.
Simulación de tanque lleno: Levante manualmente el flotador (abra S1). Mida el voltaje en SENSE_IN. Debería ser $\approx 5\text{ V}$. Verifique que el LED esté APAGADO.
Simulación de tanque vacío: Deje caer el flotador (cierre S1). Mida el voltaje en SENSE_IN. Debería ser $\approx 0\text{ V}$.
Salida lógica: Mientras S1 está cerrado (Vacío), mida el voltaje en ALERT_OUT. Debería ser $\approx 5\text{ V}$.
Consumo de corriente: Mida la corriente a través de D1 ($I_{led}$) cuando esté ENCENDIDO. Debería ser de aproximadamente 10–12 mA dependiendo de la caída de voltaje específica del LED.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Empty Tank Level Indicator

* ==============================================================================
* BILL OF MATERIALS & COMPONENTS
* ==============================================================================

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

* --- Decoupling ---
* C1: 100 nF ceramic capacitor (Power supply decoupling)
C1 VCC 0 100n

* --- Sensor Input Section ---
* R1: 10 kΩ resistor (Pull-up for sensor signal)
R1 VCC SENSE_IN 10k

* S1: Float switch (SPST)
* Wiring: Connects between node SENSE_IN and node GND.
* ... (truncated in public view) ...

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

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* Practical case: Empty Tank Level Indicator

* ==============================================================================
* BILL OF MATERIALS & COMPONENTS
* ==============================================================================

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

* --- Decoupling ---
* C1: 100 nF ceramic capacitor (Power supply decoupling)
C1 VCC 0 100n

* --- Sensor Input Section ---
* R1: 10 kΩ resistor (Pull-up for sensor signal)
R1 VCC SENSE_IN 10k

* S1: Float switch (SPST)
* Wiring: Connects between node SENSE_IN and node GND.
* Simulation: Modeled as a Voltage Controlled Switch (SW).
* Logic: 
*   - Tank Full (Float Up) -> Switch Open -> SENSE_IN pulled to VCC.
*   - Tank Empty (Float Down) -> Switch Closed -> SENSE_IN pulled to GND.
* Control Source V_FLOAT_ACT simulates the float movement.
*   - 0V = Float Up (Full)
*   - 5V = Float Down (Empty)
S1 SENSE_IN 0 FLOAT_CTRL 0 SW_FLOAT
.model SW_FLOAT SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* Stimulus: Float starts Up (Full), drops to Down (Empty) at 50us, returns at 200us.
V_FLOAT_ACT FLOAT_CTRL 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 150u 400u)

* --- Logic Processing ---
* U1: 74HC04 Hex Inverter
* Wiring Guide: Pin 1 (In) -> SENSE_IN, Pin 2 (Out) -> ALERT_OUT
* Power: Pin 14 -> VCC, Pin 7 -> GND
* Implemented as a subcircuit to strictly map pins.
XU1 SENSE_IN ALERT_OUT 0 VCC 74HC04_GATE

* Subcircuit definition for one gate of 74HC04
.subckt 74HC04_GATE IN OUT GND VCC
    * Behavioral voltage source for robust logic inversion
    * Uses sigmoid function for convergence: Vout = VCC if Vin < 2.5V
    B1 OUT GND V = V(VCC) * (1 / (1 + exp(50 * (V(IN) - 2.5))))
.ends

* --- Output Alert ---
* R2: 330 Ω resistor (LED current limiting)
R2 ALERT_OUT LED_ANODE 330

* D1: Red LED (Visual empty alert)
* Wiring: Anode -> LED_ANODE, Cathode -> GND
D1 LED_ANODE 0 LED_RED
.model LED_RED D(IS=1e-14 N=2 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=40p)

* ==============================================================================
* ANALYSIS COMMANDS
* ==============================================================================

* Operating Point Analysis
.op

* Transient Analysis
* Run for 500us to capture the float switch activation cycle
.tran 1u 500u

* Output Printing
* Monitor Sensor Input, Inverter Output, and LED Voltage
.print tran V(SENSE_IN) V(ALERT_OUT) V(LED_ANODE) V(FLOAT_CTRL)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1190 rows)

Index   time            v(sense_in)     v(alert_out)    v(led_anode)
0	0.000000e+00	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.70080e-28
1	1.000000e-08	4.995005e+00	3.316079e-54	-9.73961e-29
2	2.000000e-08	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.41516e-29
3	4.000000e-08	4.995005e+00	3.316079e-54	8.723601e-29
4	8.000000e-08	4.995005e+00	3.316079e-54	1.163518e-28
5	1.600000e-07	4.995005e+00	3.316079e-54	4.380930e-29
6	3.200000e-07	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.45299e-29
7	6.400000e-07	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.01395e-29
8	1.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	-5.46095e-32
9	2.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	4.098577e-31
10	3.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	2.282032e-32
11	4.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	-9.50625e-33
12	5.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.09186e-33
13	6.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	1.911218e-34
14	7.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	3.847480e-35
15	8.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	-2.97995e-36
16	9.280000e-06	4.995005e+00	3.316079e-54	-1.15977e-36
17	1.028000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	1.723722e-38
18	1.128000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	3.117034e-38
19	1.228000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	1.177223e-39
20	1.328000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	-7.52109e-40
21	1.428000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	-6.99870e-41
22	1.528000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	1.597704e-41
23	1.628000e-05	4.995005e+00	3.316079e-54	2.660714e-42
... (1166 more rows) ...

🔓 Ver planes de acceso premium

* Practical case: Empty Tank Level Indicator

* -----------------------------------------------------------------------------
* Power Supply
* V1 connects between node VCC and node 0 (GND)
* -----------------------------------------------------------------------------
V1 VCC 0 DC 5

* -----------------------------------------------------------------------------
* Decoupling Capacitor
* C1 connects between node VCC and node 0
* -----------------------------------------------------------------------------
C1 VCC 0 100n

* -----------------------------------------------------------------------------
* Sensor / Input Stage
* S1: Float switch (configured to Close when Empty)
* R1: Pull-up resistor
* Wiring: R1 between VCC and SENSE_IN. S1 between SENSE_IN and 0.
*
* Simulation Note: S1 is modeled as a Voltage-Controlled Switch driven by 
* a PULSE source (V_SW_CTRL) to simulate the physical action of the tank 
* emptying and the switch closing.
* -----------------------------------------------------------------------------
R1 VCC SENSE_IN 10k

* Switch S1
* Controlled by node SW_CTRL. 
* Control = 0V -> Switch Open (Tank Full, SENSE_IN pulled High)
* Control = 5V -> Switch Closed (Tank Empty, SENSE_IN pulled Low)
S1 SENSE_IN 0 SW_CTRL 0 FLOAT_SW_MODEL

* Switch Model
.model FLOAT_SW_MODEL SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100M)

* Stimulus: User/Environment simulation
* Pulse starts at 0V (Full), pulses to 5V (Empty) at 100us, holds for 200us.
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 200u 500u)

* -----------------------------------------------------------------------------
* Logic Stage: U1 74HC04 Hex Inverter
* Wiring: Pin 1 (Input) -> SENSE_IN, Pin 2 (Output) -> ALERT_OUT
*         Pin 14 -> VCC, Pin 7 -> 0 (GND)
* Implemented as a subcircuit to expose pins and provide robust behavioral logic.
* -----------------------------------------------------------------------------
XU1 SENSE_IN ALERT_OUT 0 VCC 74HC04_GATE

.subckt 74HC04_GATE IN OUT GND VCC
* Robust behavioral model of a CMOS Inverter using sigmoid function
* Vout = VCC if Vin < Vth, Vout = 0 if Vin > Vth
* Vth set to VCC/2. Steepness factor k=50.
B_INV OUT GND V = V(VCC) / (1 + exp(50 * (V(IN) - V(VCC)/2)))
.ends

* -----------------------------------------------------------------------------
* Output Stage: Indicator LED
* Wiring: R2 between ALERT_OUT and LED_ANODE. D1 between LED_ANODE and 0.
* -----------------------------------------------------------------------------
R2 ALERT_OUT LED_ANODE 330

* D1 Red LED
D1 LED_ANODE 0 RED_LED_MODEL

* LED Model (Approximate Red LED Vf ~ 1.8V @ 10mA)
.model RED_LED_MODEL D(IS=1e-18 N=2 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* -----------------------------------------------------------------------------
* Analysis Commands
* -----------------------------------------------------------------------------
.op
* Transient analysis: 1us step, 500us total duration
.tran 1u 500u

* Print results to log (Required)
.print tran V(SENSE_IN) V(ALERT_OUT) V(LED_ANODE) V(SW_CTRL)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1080 rows)

Index   time            v(sense_in)     v(alert_out)    v(led_anode)
0	0.000000e+00	4.999950e-05	5.000000e+00	1.948002e+00
1	1.000000e-08	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
2	2.000000e-08	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
3	4.000000e-08	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
4	8.000000e-08	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
5	1.600000e-07	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
6	3.200000e-07	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
7	6.400000e-07	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
8	1.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
9	2.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
10	3.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
11	4.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
12	5.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
13	6.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
14	7.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
15	8.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
16	9.280000e-06	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
17	1.028000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
18	1.128000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
19	1.228000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
20	1.328000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
21	1.428000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
22	1.528000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
23	1.628000e-05	4.999950e-05	5.000000e+00	1.947999e+00
... (1056 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Dejar entradas flotantes: Aunque solo usamos una compuerta (Pin 1/2), las entradas no utilizadas en chips CMOS (pines 3, 5, 9, 11, 13) deben conectarse a GND o VCC para evitar oscilaciones y un consumo excesivo de energía.
Cableado de Pull-up incorrecto: Conectar la resistencia en serie con la entrada en lugar de como pull-up a VCC. Asegúrese de que R1 vaya estrictamente a 5V.
Inversión lógica del sensor: Usar un sensor que está Abierto cuando está Vacío sin cambiar la lógica del circuito. Esto causaría que la luz esté ENCENDIDA cuando el tanque está lleno. Asegúrese de que la acción mecánica coincida con la tabla de verdad.

Solución de problemas

El LED siempre está ENCENDIDO: Verifique si S1 está atascado en la posición Cerrada o si el pin 1 está en cortocircuito a tierra.
El LED nunca se ENCIENDE: Verifique si el interruptor de flotador realmente está cerrando el circuito a tierra. Mida la resistencia a través de los terminales de S1 mientras mueve el flotador.
El chip se calienta: Verifique si hay cortocircuitos en la salida o si VCC/GND están invertidos (Pines 14 y 7).
El LED parpadea: El líquido podría estar turbulento. Agregue un condensador (por ejemplo, 10 µF) en paralelo con S1 para crear un retardo de rebote por hardware.

Posibles mejoras y extensiones

Alerta de audio: Agregue un zumbador activo de 5V en paralelo con la combinación LED/Resistencia para proporcionar una alarma audible cuando el tanque esté vacío.
Histéresis: Reemplace el 74HC04 con un 74HC14 (Inversor Schmitt Trigger). Esto evita que el LED parpadee si el nivel del agua está justo en el umbral de conmutación.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

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)

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

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`

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

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)

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

Nivel: Avanzado — Implementar un sistema de seguridad de 4 zonas utilizando lógica OR en cascada para activar una alarma centralizada.

Objetivo y caso de uso

En este proyecto, construirá un sistema de monitoreo de seguridad centralizado que supervisa cuatro puntos de acceso distintos (ventanas o puertas). El sistema utiliza interruptores magnéticos tipo reed y un CI de compuerta OR cuádruple de 2 entradas 74HC32 para consolidar múltiples señales de sensores en un único disparo de alarma.

Por qué es útil:
* Seguridad en el hogar: Monitorea múltiples puntos de entrada (puerta principal, puerta trasera, garaje, ventana) simultáneamente.
* Salas de servidores: Asegura que todas las puertas de los racks estén cerradas; alerta si se vulnera cualquier gabinete individual.
* Seguridad industrial: Evita el funcionamiento de la máquina si cualquier perímetro de protección de seguridad está abierto.

Resultado esperado:
* Estado seguro: Cuando todas las puertas/ventanas están cerradas, el relé permanece apagado (0 V en la bobina).
* Estado de alarma: Si se vulnera cualquier zona individual (o múltiples zonas), el relé se activa.
* Niveles de voltaje: Lógica Baja (≈ 0 V) representa una zona segura; Lógica Alta (≈ 5 V) representa una vulneración.
* Indicación: Un relé hace clic y activa una carga conectada (simulada por un LED de alta potencia o una sirena).

Público objetivo: Estudiantes avanzados de electrónica y prototipadores de sistemas de seguridad.

Materiales

V1: Fuente de voltaje de 5 V CC, función: Fuente de alimentación principal
U1: 74HC32, función: CI lógico de compuerta OR cuádruple de 2 entradas
S1: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 1 (Normalmente Abierto, cerrado por imán)
S2: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 2
S3: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 3
S4: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 4
R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 1
R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 2
R3: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 3
R4: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 4
R5: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente de base del transistor
Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Controlador de relé
D1: Diodo 1N4007, función: Protección flyback para la bobina del relé
RL1: Relé de 5 V (SPDT), función: Interfaz de conmutación de alta potencia
C1: Condensador de 100 nF, función: Desacoplo para U1

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC32 (Compuerta OR cuádruple de 2 entradas)

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
1	1A	Entrada Compuerta OR 1	Conectar al Nodo `ZONE1`
2	1B	Entrada Compuerta OR 1	Conectar al Nodo `ZONE2`
3	1Y	Salida Compuerta OR 1	Conectar al Nodo `INT_A` (Entrada a la Compuerta 3)
4	2A	Entrada Compuerta OR 2	Conectar al Nodo `ZONE3`
5	2B	Entrada Compuerta OR 2	Conectar al Nodo `ZONE4`
6	2Y	Salida Compuerta OR 2	Conectar al Nodo `INT_B` (Entrada a la Compuerta 3)
7	GND	Tierra	Conectar al Nodo `0`
9	3A	Entrada Compuerta OR 3	Conectar al Nodo `INT_A`
10	3B	Entrada Compuerta OR 3	Conectar al Nodo `INT_B`
8	3Y	Salida Compuerta OR 3	Conectar al Nodo `LOGIC_OUT`
14	VCC	Fuente de alimentación	Conectar al Nodo `VCC`

Nota: Los pines 11, 12 y 13 (Compuerta 4) no se utilizan y deben conectarse a tierra si se siguen estrictamente las mejores prácticas CMOS, aunque a menudo se dejan flotando en prototipos simples.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza lógica «Activa Alta» para las alarmas. Los sensores están cableados como Pull-ups. Cuando una puerta está cerrada (imán presente), el interruptor cierra a tierra (Lógica 0). Cuando una puerta se abre, la resistencia tira de la línea hacia VCC (Lógica 1).

Fuente de alimentación
El terminal positivo de V1 se conecta al nodo VCC.
El terminal negativo de V1 se conecta al nodo 0 (GND).
C1 se conecta entre VCC y 0 (cerca de U1).
Sensores de zona (Entradas)
R1 se conecta entre VCC y ZONE1.
S1 se conecta entre ZONE1 y 0.
R2 se conecta entre VCC y ZONE2.
S2 se conecta entre ZONE2 y 0.
R3 se conecta entre VCC y ZONE3.
S3 se conecta entre ZONE3 y 0.
R4 se conecta entre VCC y ZONE4.
S4 se conecta entre ZONE4 y 0.
Procesamiento lógico (En cascada)
U1 Pin 1 (1A) se conecta a ZONE1.
U1 Pin 2 (1B) se conecta a ZONE2.
U1 Pin 3 (1Y) se conecta a INT_A.
U1 Pin 4 (2A) se conecta a ZONE3.
U1 Pin 5 (2B) se conecta a ZONE4.
U1 Pin 6 (2Y) se conecta a INT_B.
U1 Pin 9 (3A) se conecta a INT_A.
U1 Pin 10 (3B) se conecta a INT_B.
U1 Pin 8 (3Y) se conecta a LOGIC_OUT.
Etapa controladora de salida
R5 se conecta entre LOGIC_OUT y el nodo BASE.
La Base de Q1 se conecta a BASE.
El Emisor de Q1 se conecta a 0.
El Colector de Q1 se conecta al nodo RELAY_COIL_NEG.
El positivo de la bobina de RL1 se conecta a VCC.
El negativo de la bobina de RL1 se conecta a RELAY_COIL_NEG.
El Ánodo de D1 se conecta a RELAY_COIL_NEG.
El Cátodo de D1 se conecta a VCC (En paralelo a la bobina, polarización inversa).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

Title: Practical case: Multi-perimeter intrusion detection

      [ INPUT STAGE ]                  [ LOGIC STAGE (U1: 74HC32) ]                 [ OUTPUT STAGE ]

   (VCC)                                                                               (VCC)
     |                                                                                   |
   [ R1 ]                                                                            +---+---+
     +----(Zone 1)-------->+-------------+                                           |       |
     |                     |  OR GATE 1  |                                         [D1]    [RL1]
   [ S1 ]                  | (Pins 1,2)  |--(Int A)------>+                        (Diode) (Coil)
     |                     +-------------+                |                          |       |
   (GND)                   ^                              |                          +---+---+
                           |                              |                              |
   (VCC)                   |                              v                              |
     |                     |                       +-------------+                       |
   [ R2 ]                  |                       |  OR GATE 3  |                       |
     +----(Zone 2)---------+                       | (Pins 9,10) |                       |
     |                                             +-------------+                       |
   [ S2 ]                                                 |                              |
     |                                                    +----(Logic Out)--> [ R5 ] --> +
   (GND)                                                  ^                              |
                                                          |                         [ Q1 Base ]
   (VCC)                                                  |                              |
     |                                                    |                        [ Q1 (NPN) ]
   [ R3 ]                                                 |                              |
     +----(Zone 3)-------->+-------------+                |                         (Emitter)
     |                     |  OR GATE 2  |                |                              |
   [ S3 ]                  | (Pins 4,5)  |--(Int B)-------+                            (GND)
     |                     +-------------+
   (GND)                   ^
                           |
   (VCC)                   |
     |                     |
   [ R4 ]                  |
+----(Zone 4)---------+
     |
   [ S4 ]
     |
   (GND)

Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama electrico del caso: Caso práctico: Detección de intrusos multi-perímetro — Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

Tabla de verdad

La lógica está en cascada. Las compuertas 1 y 2 manejan las zonas; la compuerta 3 combina sus resultados.
Lógica 0 = Seguro (Puerta cerrada). Lógica 1 = Vulneración (Puerta abierta).

Zona 1	Zona 2	Zona 3	Zona 4	Int A (Z1+Z2)	Int B (Z3+Z4)	Salida final	Estado del sistema
0	0	0	0	0	0	0	Seguro
1	0	0	0	1	0	1	ALARMA
0	1	0	0	1	0	1	ALARMA
0	0	1	0	0	1	1	ALARMA
0	0	0	1	0	1	1	ALARMA
1	1	1	1	1	1	1	ALARMA

Nota: Cualquier combinación que contenga al menos un «1» da como resultado una Salida final de «1».

Mediciones y pruebas

Verificación de lógica estática:
- Asegúrese de que todos los interruptores estén cerrados (imanes presentes). Mida el voltaje en LOGIC_OUT. Debería ser < 0.1 V.
- Abra solo el interruptor S1. Mida el voltaje en ZONE1 (debería ser ≈ 5 V) y LOGIC_OUT (debería ser ≈ 5 V).
- Verifique que el relé haga clic (se ENCIENDA).
Verificación de umbral:
- Con S1 abierto, mida el voltaje en el nodo BASE (Base de Q1). Debería ser aprox. 0.7 V (Vbe del transistor).
Verificación de cascada:
- Cierre S1 (Seguro). Abra S3.
- Verifique que INT_A esté en Bajo (0 V) e INT_B esté en Alto (5 V).
- Verifique que LOGIC_OUT permanezca en Alto.

Netlist SPICE y simulación

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

* Multi-perimeter intrusion detection
* NGSPICE Netlist
* Created based on Bill of Materials and Wiring Guide

* =============================================================================
* COMPONENT MODELS
* =============================================================================

* NPN Transistor Model (2N2222)
.model 2N2222 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 (1N4007)
.model 1N4007 D(IS=7.027n RS=0.034 N=1.26 TT=4.32u CJO=4p)

* Voltage Controlled Switch Model (for Reed Switches)
* Vt=2.5V: Control > 2.5V is CLOSED (Low R), Control < 2.5V is OPEN (High R)
.model SW_REED SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

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

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* Multi-perimeter intrusion detection
* NGSPICE Netlist
* Created based on Bill of Materials and Wiring Guide

* =============================================================================
* COMPONENT MODELS
* =============================================================================

* NPN Transistor Model (2N2222)
.model 2N2222 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 (1N4007)
.model 1N4007 D(IS=7.027n RS=0.034 N=1.26 TT=4.32u CJO=4p)

* Voltage Controlled Switch Model (for Reed Switches)
* Vt=2.5V: Control > 2.5V is CLOSED (Low R), Control < 2.5V is OPEN (High R)
.model SW_REED SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* =============================================================================
* POWER SUPPLY
* =============================================================================
V1 VCC 0 DC 5

* =============================================================================
* SENSORS (ZONES 1-4)
* Logic: Door Closed (Magnet Present) -> Switch Closed to GND -> Zone Low (Safe)
*        Door Open (Magnet Removed) -> Switch Open -> Zone Pulled High (Alarm)
* Simulation: Control Voltage 5V = Door Closed. Control Voltage 0V = Door Open.
* =============================================================================

* --- ZONE 1 ---
R1 VCC ZONE1 10k
S1 ZONE1 0 CTRL1 0 SW_REED
* Stimulus: Door 1 opens briefly at 100us
V_S1_CTRL CTRL1 0 PULSE(5 0 100u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 2 ---
R2 VCC ZONE2 10k
S2 ZONE2 0 CTRL2 0 SW_REED
* Stimulus: Door 2 opens briefly at 300us
V_S2_CTRL CTRL2 0 PULSE(5 0 300u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 3 ---
R3 VCC ZONE3 10k
S3 ZONE3 0 CTRL3 0 SW_REED
* Stimulus: Door 3 opens briefly at 500us
V_S3_CTRL CTRL3 0 PULSE(5 0 500u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 4 ---
R4 VCC ZONE4 10k
S4 ZONE4 0 CTRL4 0 SW_REED
* Stimulus: Door 4 opens briefly at 700us
V_S4_CTRL CTRL4 0 PULSE(5 0 700u 1u 1u 50u 10m)

* =============================================================================
* LOGIC PROCESSING (U1: 74HC32 Quad OR Gate)
* =============================================================================

* Subcircuit for 74HC32 using robust behavioral sources (tanh)
* Pinout: 1=1A, 2=1B, 3=1Y, 4=2A, 5=2B, 6=2Y, 7=GND, 8=3Y, 9=3A, 10=3B, 11=4Y, 12=4A, 13=4B, 14=VCC
.subckt 74HC32 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 3Y 3A 3B 4Y 4A 4B VCC
    * Gate 1 (1A, 1B -> 1Y)
    B1 1Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(1A) + V(1B) - 2.5)))
    * Gate 2 (2A, 2B -> 2Y)
    B2 2Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(2A) + V(2B) - 2.5)))
    * Gate 3 (3A, 3B -> 3Y)
    B3 3Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(3A) + V(3B) - 2.5)))
    * Gate 4 (4A, 4B -> 4Y) - Unused but modeled
    B4 4Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(4A) + V(4B) - 2.5)))
.ends

* Decoupling Capacitor for U1
C1 VCC 0 100n

* Instantiate U1
* Connections based on Wiring Guide:
* 1->ZONE1, 2->ZONE2, 3->INT_A
* 4->ZONE3, 5->ZONE4, 6->INT_B
* 9->INT_A, 10->INT_B, 8->LOGIC_OUT
* 14->VCC, 7->0
* Unused inputs (12, 13) grounded to avoid floating nodes
XU1 ZONE1 ZONE2 INT_A ZONE3 ZONE4 INT_B 0 LOGIC_OUT INT_A INT_B NC_4Y 0 0 VCC 74HC32

* =============================================================================
* OUTPUT DRIVER STAGE
* =============================================================================

* Base Resistor
R5 LOGIC_OUT BASE 1k

* Driver Transistor Q1
Q1 RELAY_COIL_NEG BASE 0 2N2222

* Relay RL1 (Modeled as Coil Inductance + Resistance)
* Coil Positive -> VCC, Negative -> Collector
L_RL1 VCC RELAY_NODE_INT 100m
R_RL1 RELAY_NODE_INT RELAY_COIL_NEG 70

* Flyback Diode D1 (Parallel to coil, Reverse Biased)
* Anode -> Collector (Low side), Cathode -> VCC
D1 RELAY_COIL_NEG VCC 1N4007

* =============================================================================
* SIMULATION COMMANDS
* =============================================================================

.tran 10u 1000u

* Print required signals for validation
.print tran V(ZONE1) V(ZONE2) V(INT_A) V(INT_B) V(LOGIC_OUT) V(RELAY_COIL_NEG)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (742 rows)

Index   time            v(zone1)        v(zone2)        v(int_a)
0	0.000000e+00	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
1	1.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
2	2.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
3	4.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
4	8.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
5	1.600000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
6	3.200000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
7	6.400000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
8	1.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
9	2.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
10	3.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
11	4.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
12	5.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
13	6.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
14	7.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
15	8.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
16	9.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
17	1.000000e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
18	1.001000e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
19	1.002600e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
20	1.003075e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
21	1.003906e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
22	1.004136e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
23	1.004539e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
... (718 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

Manejar directamente el relé con el CI:
- Error: Conectar la bobina del relé directamente al pin de salida del 74HC32. El chip no puede suministrar suficiente corriente (generalmente máx. 25 mA, mientras que los relés necesitan 70 mA+).
- Solución: Utilice siempre un transistor (Q1) como etapa controladora.
Omitir el diodo flyback (D1):
- Error: Omitir D1 a través de la bobina del relé.
- Consecuencia: El pico de alto voltaje generado cuando el relé se apaga puede destruir el transistor Q1.
Entradas flotantes:
- Error: Olvidar las resistencias pull-up (R1-R4) o la conexión a tierra en los interruptores.
- Consecuencia: Las entradas CMOS flotarán, causando alarmas erráticas o conmutaciones aleatorias debido al ruido electromagnético.

Solución de problemas

Síntoma: El relé castañetea (clic rápido) o se activa aleatoriamente.
- Causa: Fuente de alimentación ruidosa o pin de entrada flotante.
- Solución: Verifique que C1 esté instalado. Verifique que todas las entradas no utilizadas (si las hay) estén conectadas a GND. Asegúrese de que las resistencias pull-up R1-R4 estén conectadas de forma segura.
Síntoma: La alarma no se activa cuando se abre la Puerta 1.
- Causa: El interruptor está atascado en «Cerrado» o error de cableado en el pin 1/2 de U1.
- Solución: Mida el voltaje en ZONE1. Si permanece en 0 V cuando la puerta se abre, falta la pull-up R1 o está en cortocircuito a tierra.
Síntoma: El transistor Q1 se calienta o falla instantáneamente.
- Causa: Falta la resistencia de base R5.
- Solución: Asegúrese de que R5 (1 kΩ) esté en serie con la base para limitar la corriente.

Posibles mejoras y extensiones

Alarma con enclavamiento: Agregue un flip-flop o bucle de retroalimentación (lógica SCR) para que, una vez que se active la alarma, permanezca encendida incluso si el intruso cierra la puerta nuevamente. Se requeriría un botón de reinicio.
Indicadores de zona: Agregue un LED individual con buffer desde los nodos ZONE1 hasta ZONE4. Esto permite al usuario ver exactamente qué ventana o puerta específica causó la alarma.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

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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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Entrada A	Entrada B	Entrada C	Salida Q (LED)	Nota
0	0	0	0	Moción rechazada
0	0	1	1	Moción aprobada
0	1	0	1	Moción aprobada
0	1	1	1	Moción aprobada
1	0	0	1	Moción aprobada
1	0	1	1	Moción aprobada
1	1	0	1	Moción aprobada
1	1	1	1	Moción aprobada

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
1	1A	Entrada	Conecta a Señal A con anti-rebote
2	1B	Entrada	Conecta a Señal B con anti-rebote
3	1Y	Salida	Conecta al Pin 4 (Cascada a la siguiente puerta)
4	2A	Entrada	Conecta al Pin 3 (Resultado de A+B)
5	2B	Entrada	Conecta a Señal C con anti-rebote
6	2Y	Salida	Conecta al circuito del LED de salida
7	GND	Tierra	Conecta a 0 (GND)
14	VCC	Alimentación	Conecta a VCC (+5V)

Caso práctico: Potenciómetro como divisor variable

Objetivo y caso de uso

Materiales

Guía de conexionado

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Netlist SPICE y simulación

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

Resultados de Simulación (Transitorio)

Errores comunes y cómo evitarlos

Solución de problemas

Posibles mejoras y extensiones

Quiz rápido

Caso práctico: Resistencias en serie y paralelo

Objetivo y caso de uso

Materiales

Guía de conexionado

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Netlist SPICE y simulación

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

Resultados de Simulación (Transitorio)

Errores comunes y cómo evitarlos

Solución de problemas

Posibles mejoras y extensiones

Quiz rápido

Caso práctico: Divisor de voltaje simple

Objetivo y caso de uso

Materiales

Guía de conexionado

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Netlist SPICE y simulación

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

Resultados de Simulación (Transitorio)

Errores comunes y cómo evitarlos

Solución de problemas

Posibles mejoras y extensiones

Quiz rápido

Caso práctico: Limitación de corriente en un LED

Objetivo y caso de uso

Materiales

Guía de conexionado

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Diagrama eléctrico

Mediciones y pruebas

Netlist SPICE y simulación

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

Resultados de Simulación (Transitorio)

Errores comunes y cómo evitarlos

Solución de problemas

Posibles mejoras y extensiones

Quiz rápido

Caso práctico: Indicador de nivel de tanque vacío

Objetivo y caso de uso

Materiales

Pin-out del CI utilizado

Guía de conexionado

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Tabla de verdad

Mediciones y pruebas

Netlist SPICE y simulación

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

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Errores comunes y cómo evitarlos

Solución de problemas

Posibles mejoras y extensiones

Quiz rápido

Caso práctico: Desactivación de emergencia

Objetivo y caso de uso

Materiales