1

UNIVERSIDAD DE MONTEMORELOS

FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis de circuitos Digitales

Alumno:

Francisco David Corella Jiménez

Reporte de Diseño y Elaboración de un PCB constituido por un regulador de

tensión, generador de pulsos y funciones lógicas.

Montemorelos, Nuevo León. 18/05/2013

2

Tabla de contenido

Panorama general ........................................................................3

Circuito Transformador de voltaje. .............................................3

Regulador de Voltaje ...................................................................4

Circuito Generador de pulsos. ....................................................5

Circuito De Funciones Lógicas ....................................................7

GAL22V10 .......................................................................................8

Proceso d0e elaboración del Circuito .................................... 11

Pruebas y depuración ............................................................... 16

Conclusión ................................................................................... 17

Referencias .................................................................................. 18

3

Panorama general En esta placa se realizo un circuito que consta de 3 partes principales o podríamos

llamarles sub-circuitos que son; un transformador de voltaje de 9 volts a 5 volts, un

generador de pulsos y la tercera parte consta de funciones lógicas. A continuación se

describirá cada parte de cada uno de los circuitos.

Circuito Transformador de voltaje. El transformador de voltaje está formado por una entrada de 9 volts que luego pasara por

el diodo 1n004 de silicio que permite que la corriente fluya en un solo sentido, los diodos

son semiconductores que consta de 2 terminales el ánodo, y un cátodo, también son

llamados rectificadores porque por debajo de cierta diferencia de potencial se comporta

como circuito abierto y por encima como un circuito cerrado con resistencia muy

pequeña. El diodo que utilizaremos consumirá 1 volt por lo cual nos quedaran 8 restantes

para el circuito.

Se utilizo también capacitores electrolíticos, su función principal en este circuito es

almacenar la carga, Los capacitores electrolíticos están formados por dos placas metálicas

(conductoras de la electricidad) enfrentadas y separadas entre sí por una mínima

distancia, y un dieléctrico, que se define como el material no conductor de la electricidad

(aire, mica, papel, aceite, cerámica, etc.) que se encuentra entre dichas placas.

Imagen 1. Diodo 1n004

Imagen 2. Capacitor Electrolítico de 1000 uF

4

Regulador de Voltaje

Lo último para la primera parte del circuito consta de un regulador de voltaje de 5 volts,

los regulador de voltaje son dispositivos electrónicos diseñados para mantener un nivel

de voltaje constante.

Este elemento proporcionara constantemente una salida de 5 volts, un regulador de

voltaje eleva o disminuye la corriente para que el voltaje sea estable, es decir, para que el

flujo de voltaje llegue a un aparato sin irregularidades. , normalmente por la potencia que

disipan se calientan y es común encontrarlos junto a disipadores de calor.

Todos los componentes anteriores son lo que forman la primera parte del circuito que es

el transformador de 9 volts a 5 volts, al final se obtendrá la salida de 5 volts para alimentar

las demás partes de nuestro circuito, se dejo una salida para que posteriormente si

necesitamos en circuito que nos entregue 5 volts podamos utilizar este. Se hicieron las

conexiones correspondientes en Isis (proteus) y terminamos la parte que alimenta nuestro

circuito.

Imagen 3. Símbolo del regulador de voltaje.

Imagen 4. Regulador de voltaje de 5 Volts

Imagen 5. Circuito transformador de 9 a 5 Volts

5

Circuito Generador de pulsos. La siguiente parte de nuestro circuito consta de un generador de pulsos, el elemento principal de

este circuito es circuito integrado 555, estas son las Terminales del circuito integrado 555.

GND (normalmente la 1): Referencia de voltaje, es el polo negativo de la

alimentación, generalmente tierra.

Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del

tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de

disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de

alimentación. Este pulso debe ser de corta duración.

Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación

del temporizador Esta salida es conducido a aproximadamente 1.7V abajo + V CC o

GND.

Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la

patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que

conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

Control de voltaje (normalmente la 5): Proporciona acceso "control" para el divisor

de tensión interna (por defecto, 2/3 V CC).

THR: El momento (OUT alta) intervalo termina cuando la tensión en THR es mayor

que en el CTRL (2/3 V CCCTRL si está abierta).

DIS: Abra colector de salida que puede descargar un condensador entre

intervalos. En la fase con la salida

Vcc: Tensión de alimentación positiva, que es por lo general entre 3 y 15 V en

función de la variación.

Imagen 6. Pines del circuito integrado 555

6

Al circuito integrado 555 se le conecto un potenciómetro de 100k ohm y un capacitor

electrolítico de 100nF y un capacitor cerámico de 22nF. A la salida del pulsador se coloco

en led para que prendiera dependiendo de los pulsos que enviara el circuito integrado

555.

El encendido de led está en función del timer 555 y de la resistencia que pueda presentar

el potenciómetro, entre mejor resistencia el led encenderá a una baja frecuencia, pero

entre mas se aumente la resistencia del potenciómetro la frecuencia del encendido de led

aumentara, cuando coloquemos el potenciómetro a tope en 10 k ohm el led tendrá una

alta frecuencia y veremos como si nunca se apagara.

Esta parte del generador de pulsos del circuito también se diseño y simulo en Isis

(Proteus), se conectaron todos los componentes debidamente, hay que tener precaución

de la ubicación de los componentes ya que los capacitores y el led tiene polaridad,

también la resistencia que va junto al led tiene que ir entre un rango de 270 a 420 ohms.

Imagen 7. Conexiones del Circuito generador de pulsos.

7

Circuito De Funciones Lógicas La ultima parte de nuestro circuito es la de funciones lógicas, esta compuestas por Led´s

(Diodos emisores de Luz) utilizamos les de diferentes colores, son de diferente color por

los distintos materiales con los que están fabricados y por tal motivo su longitud de onda

cambia y como consecuencia de ello vemos distintos colores, el voltaje que necesitan los

leds para encender varia con respecto a su color, si no se respetan esos voltajes es posible

que nuestro led se queme.

El circuito también está compuesto por Resistencias que limitan el paso de la corriente

para que no se quemen los leds y por un Dip switch , Un Dip switch se trata de un

conjunto de interruptores eléctricos que se presenta en un formato encapsulado. . Los

interruptores Dip switch son siempre interruptores de tipo palanca, en los cuales los

centrales tienen dos posiciones posibles "ON" o "OFF" (en vez de por intervalos) y

generalmente se puede ver los números 1 y 0.

Imagen 9. Switch deslizable (Dip Switch) de 4 posiciones

Imagen 8. Led´s de distintos colores

8

GAL22V10

Por último y no por eso el menos importante el GAL22V10, el Gal (Generic Array Logic) Es

un Dispositivo de lógica programable (PLD) , es un circuito cuya lógica final es configurada

por el usuario pueden ser modificadas y almacenadas mediante programación. Estos

circuitos están formados por matrices de compuertas and programables y un arreglo de

compuertas or que generalmente es fijo. Los GAL están dentro de la clasificación de SPLDs

(Simplex Programmable Logic Device). Los circuitos integrados SPLDs están constituidos

por un arreglo de compuertas AND, seguido por otro arreglo de compuertas OR, uno o

ambos arreglos programables, algunos incluyen Flip Flops. De los diferentes tipos de

SPLDs se destacan los GAL por su bajo costo y por su gran utilidad en diferentes circuitos.

Imagen 10. Diagrama lógico del GAL22V10

9

Un GAL en su forma básica es un PLD con una matriz AND reprogramable, una matriz OR

fija y una lógica de salida programable mediante una macrocelda. El circuito a la salida de

la matriz se denomina macrocelda. Tienen integración baja/media. El Terminal puede

funcionar como entrada o salida según la programación.

Mediante la programación del circuito integrado se activa o desactiva cada celda EECMOS

y se puede aplicar cualquier combinación de variables de entrada, a una compuerta AND

para generar cualquier operación producto que se desee. Una celda activada conecta su

correspondiente intersección de fila y columna, y una celda desactivada desconecta la

intersección. Las celdas se pueden borrar y reprogramar eléctricamente.

Imagen 12. Configuración de Pines del GAL22V10

Imagen 11. Diagrama funcional del GAL22V10

10

Las GALs están identificadas por un estándar que permite conocer sus

características rápidamente. Por ejemplo esta es la descripción de la GAL que

utilizamos en el circuito.

Una vez que ya se sabe algo basico de cada uno de los componentes de la ultima parte

del circuito se prosigue a hacer el circuito en Isis, luego tambien se puede hacer la

simulación pero se tiene que cargar el programa que llevara el GAL para que la simulación

se pueda dar, si no se carga el programa la simulacion madara muchos errores, lo que se

puede hacer por el momento es escluir el GAL22V10 de la simulación. A continuación se

muestra la parte de funciones lógicas del circuito.

Imagen 13. Referencia del GAL22V10

Imagen 14. Circuito de Funciones Lógicas

11

Luego que se contruyo el circuito en isis y se revisao la simulacion se comprobo que todo

esta en exelentes condicones se prosiguio a guardarlo ya abrir el circuito con ares, en ares

se hicieron algunas medificaciones relacionadsa con el tamaño de conectrores le algunos

componentes y tambien se configuracion del conector para la fuente de nuestro circuito,

se colocaron los componentes y se diseñaron las pistas definitivas para poder imprimir

nuestro circuito en un PCB.

Proceso de elaboración del Circuito Al terminar el diseño del circuito en ares, que fue tardado por la cantidad de componentes se

imprimió en el papel cuché, después de imprimirlo en el papel se coloco encima de una placa

fenólica de 5 cm. x 10 cm. para poder plancharlo se le colocaron unos pequeños pedazos de cinta

para que la hoja no se moviera al momento de planchar y estuviera fija a la placa. Se Estuvo

planchando 4 minutos la placa antes de retirarle la hoja.

Imagen 16. Proceso de Planchado para la impresión del Circuito

Imagen 15. Diseño del Circuito en Ares

12

Después del proceso de planchado el tóner de la hoja se pasó a la placa, se despega

cuidadosamente con abundante agua y frotando suavemente con la yema del dedo pulgar o con

un cepillo durante varios minutos, se trató de remover todo el papel que se pudiera y quedo de la

siguiente manera.

Posteriormente se limpio la placa con un liqudo especial para remover el tóner de la placa y

quedaran las pistas del circuito. Cuando se termino este proceso la placa quedo de la siguiente

manera.

Imagen 17. Proceso retiro de papel del PCB

Imagen 18. Pistas del PCB

13

Lo siguiente que se realizo fue realizar las perforaciones correspondientes para cada

componente en la placa, se utilizaron brocas de 1/32 y de 3/64 para las perforaciones, se

utilizaron brocas de diferentes medidas ya que los pines del potenciómetro, del regulador

de voltaje, el conector y el diodo son más grandes que los otros componentes. Se debe

tener mucho cuidado sobre que superficie se va a taladrar y el taladro se debe de

mantener perpendicular a la placa para que no se quiebre y se tengan problemas.

Después de haber terminados las perforaciones en la placa se prosiguió con la colocación

de los componentes, primero se empezó por los componentes más pequeños, resistencias

y led´s a los componentes más grandes que son el potenciómetro, capacitor electrolítico y

el regulador de voltaje hasta el final.

Imagen 19. Proceso de Perforación del PCB

Imagen 20. Componentes y su colocación en el PCB

14

A medida se fueron colocando los componentes se fue soldando como ya se menciono

anteriormente del componente más pequeño al más grande para que no estorbara y se

moviera mucho la placa al momento de soldar. Se tuvo cuidado con los componentes

cuando se le cortaba las patitas con la pinza ya que salieron volando a cualquier dirección

y puede ser muy peligroso.

Se comprobó si la soldadura era correcta y que el estaño no se pasara a otra pista del

circuito y se e hiciera un puente que ocasionaría un corto indeseable, también se tuvo

cuidado de soldar con el estaño necesario, ni muy poco estaño y mucho, otra cosa que se

debe de tomar en cuenta es que también se puede quemar la placa, la mesa, alguna parte

del cuerpo, etc. Con el cautín así que se debe de dejar en un lugar adecuado.

Imagen 21. Soldadura en el PCB

Imagen 22. Comprobación de una correcta soldadura

15

Se tomo en cuenta en la soldadura que se hizo la polaridad de los componentes, para

saber esto se reviso el circuito que previamente se había diseñado en ares, si se hubiese

soldado algo mal se tiene que desoldar y colocar de la manera correcta ya que si se deja

así esto puede provocar un gran daño en nuestro circuito haciendo que se queme ese

componente o los demás.

Después de soldar se comprobó con un multímetro la continuidad de ciertas partes

del circuito, para no quede duda que fue una buena soldadura y no se realizo algún

puente inesperado con el estaño, se revisaron todos los leds y todos estaban bien

soldados y no presentaban algún corto circuito alguno. A continuación se muestra el

PCB casi terminado, solo faltaba programar el GAL y colocarlo en su lugar

correspondiente.

Imagen 23. Proceso de Soldadura

Imagen 24. PCB con todos los componentes soldados.

16

Para terminar nuestro circuito se le cargo al circuito integrado GAL22v10 un programa

para que los leds encendieran en una secuencia específica, este GAL se puede

reprogramar en un futuro si queremos que los leds enciendan con alguna otra forma. Al

circuito se le dejo una salida de 5volts por si en algún momento se requiere y también se

le dejo una salida del timer 555 por si en algún futo se requiere un pulsador solo lo

conectemos a este y listo

Pruebas y depuración

Cuando se termino de soldar y antes de la colocación del GAL se probo lo que ya se

llevaba del circuito, se pudo observar el comportamiento del timer al ver el led encender y

apagar a cierta frecuencia y esa frecuencia cambiaba dependiendo de la posición del

potenciómetro, también se probaron las entradas al GAL que son los leds de color verde

estos leds prende con la acción de cambiar la posición de los switches del dip switch.

Imagen 25. 1ra Prueba del PCB

17

Luego que se coloco el GAL22V10 se volvió a probar el circuito con todas sus funciones, en

la entrada metimos 9 volts que se convirtieron en 5 volts con lo cual se alimento el timer

555, el GAL y todos los leds encendieron. Los leds que eran controlados por la salidas del

GAL prendía en la secuencia programada previamente, cada componente y cada parte del

circuito funciono correctamente por lo cual se realizó un buen trabajo.

Conclusión Creo que esta práctica me sirvió de gran ayuda en ampliar mi conocimiento de los

componentes electrónicos y cómo funcionan cada uno de ellos, como por ejemplo el

principio de funcionamiento del GAL son las compuertas lógicas AND y OR. Este circuito

tiene una gran variedad de funcionalidad ya que nos puede servir como fuente de voltaje

de 5 volts o como un timer para algún otro circuito que diseñemos más adelante como u

reloj digital, etc.

Pienso que otra de las razones de su gran funcionabilidad es que podemos programar el

circuito integrado y en un futuro cercano nos puede servir para programar y los leds

prendan de la manera que uno desee todo eso claro está programando.

Las aplicaciones de este circuito las podemos encontrar a menudo como cuando vemos en

la calle y vemos letreros de leds con secuencias específicas en las series de leds o en los

tableros de las industrias cuyos contienen leds.

Imagen 26. Prueba del PCB

18

Referencias

1. Ariel Palazzesi (2006) Reguladores de Voltaje Recuperado el 16 de mayo 2013, de http://www.neoteo.com/reguladores-de-voltaje

2. Wikipedia (14 marzo 2013). “Circuito Integrado”. Recuperado el 16 de Mayo 2013, de http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555

3. Wikipedia (25 de febrero del 2009). “Lógica Programada”. Recuperado el 16 de

Mayo 2013, de http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica_programada

4. ING. Daniel Casique (2008) “GAL y VHDL” Recuperado el 16 de mayo 2013 de http://electronicaintegradaunexpo.blogspot.mx/2008/02/gal-y-vhdl.html