El 4011 es uno de los integrados más usados en los proyectos que se basan en la tecnología CMOS. El conocimiento del funcionamiento de este integrado, sus posibilidades y limitaciones, además de ejemplos de algunos circuitos prácticos, es muy importante para estudiantes y proyectistas.
Las utilidades y características de este integrado se analizan en forma breve en este artículo. El 4011 aparece en una gran variedad de proyectos que usan la tecnología CMOS. En verdad, se trata de un verdadero "comodín", de ahí la frecuencia con que lo encontramos.
Sin embargo, tal vez no todos los lectores saben aprovechar sus posibilidades, por lo cual consideramos útil darles una mano para que tengan un conocimiento más profundo de sus características, y puedan inspirarse en algunos circuitos prácticos.
Comencemos por una descripción de este integrado que está formado por 4 puertas lógicas NAND (NO - Y) que pueden ser alimentadas con tensiones de 3 a 15V y que poseen completa independencia de funcionamiento.
En la figura 1 tenemos la cubierta de este integrado (14 pins DIL), y además, el símbolo de una de las puertas que contiene y la tabla verdad para la misma.
Por la tabla verdad, vemos que la salida presentará un nivel lógico bajo (LO) cuando ambas entradas estén en el nivel alto (HI). En las otras condiciones, la salida será HI.
El tiempo de propagación de la señal en cada puerta es de 25 nanosegundos con una alimentación de 10V y de 60 nanosegundos con una alimentación de 5V. La comente total de cada integrado en una frecuencia de 1MHz y con alimentación de 5V es del orden de entre 0,25 mA y 0.5 mA. En la misma frecuencia, pero con alimentación de 10V, el consumo sube a 0,8mA
Obtención de otras puertas
El bajo costo del 4011 y, a veces, la no disponibilidad de otros integrados para un experimento o un montaje ”de fin de semana" llevan al montador a usar este integrado en la elaboración de otras funciones. Como es fácil hacer esto, a continuación explicamos su realización.
La primera posibilidad se muestra en la figura 2 y consiste en la elaboración de un inversor.
El inversor, o función NOT, proporciona en su salida una señal de nivel lógico HI cuando la entrada es LO y viceversa.
En la figura 3 tenemos la obtención, con dos puertas NAND del 4011, de una función Y (AND).
En esta función la salida solamente tendrá nivel HI cuando ambas entradas fueran HI. En las otras condiciones será no. la tabla verdad dada con la contiguraciõn muestra las otras situaciones posibles.
Con tres puertas NAND, como muestra la figura 4, podemos hacer una puerta O (OR) de dos entradas.
Para esta configuración, que hace uso de 3/4 de un 4011, tendremos la salida LO cuando las dos entradas sean LO.
En la figura 5 tenemos la manera de obtener la función NOR (NGO) con la utilización de las 4 puertas NAND de un 4011.
Vea que el nivel lógico HI se obtiene solamente cuando las dos entradas sean LO. La tabla verdad aparece junto a ala configuración.
En la figura 6 tenemos la función O-EXCLUSIVO (EXCLUSIVE-OR), que se consigue a partir de 4 puertas del 4011.
La tabla verdad nos muestra que obtenemos el nivel lógico LO cuando las dos entradas están en la- misma condición, o sea, sean ambas HI o ambas LO.
Para obtener una configuración lógica importante, que es un flip-flop set-reset (RS), usamos dos de las cuatro puertas NAND del 4011 según muestra la figura 7.
La tabla de operación es dada al lado, observándose la existencia de un estado prohibido.
En la figura 8 tenemos un interesante flip-flop que dispara solamente con los flancos positivos de las señales, haciendo uso de dos inversores adicionales obtenidos de los integrados 4049.
Los capacitores de 1nF determinan la sensibilidad al disparo, dada por la velocidad de transición de la serial, pudiendo eventualmente ser alterados según la conveniencia.
En la figura 9 tenemos un circuito que hace uso de sólo dos puertas del 4011, siendo éste disparado por los flancos negativos, o sea. por la transición negativa de la señal.
El capacitor de 1nF también puede ser alterado en función de la velocidad de respuesta deseada.
Otros circuitos
Además de las aplicaciones básicas en electrónica digital. existen otras que no corresponden a simples funciones, pero que pueden ser fácilmente logradas con un 4011. En la figura 10 mostramos un Latch de Toque.
Un toque en el sensor “Clear” lleva a la salida al nivel LO, mientras que un toque en el sensor SET lleva a la salida al nivel HI.
La salida tiene características CMOS que deben ser previstas al intentarse cargas de mayor potencia o mayor tensión de alimentación.
En la figura 11 tenemos un oscilador cuya frecuencia es dada por el capacitor y por el resistor, y que produce señales rectangulares.
Los valores del capacitor pueden estar en la banda de 22nF a 22 µF.
Una sirena modulada, usando dos osciladores más una etapa de potencia, aparece en la figura 12.
La tonalidad del sonido es dada por el capacitor C2, que puede ser alterado en la banda de valores que van de 470 pF (sonido más agudo) hasta 4n7 (sonido más grave).
El transistor de salida TIP31 puede ser montado en un disipador de calor si se desea mayor potencia, caso en que R1 debe ser reducido hasta 10 Ω x 1W o menos. Para 47 o 100 Ω, con volumen menor, el transistor puede prescindir del disipador. la modulación viene del oscilador, que tiene por base C1 y R2. El valor de C1 puede ser también modificado para cambiar el efecto.
En la figura 13 vemos un circuito más con el 4011, que es un generador de impulsos, cuya frecuencia es dada por el capacitor de 2,2 µF y que puede ser alterado en una buena banda de valores.
El circuito de la figura 14, que completa nuestra serie, es de un oscilador gatillado. Con un nivel HI en la entrada Y, el oscilador entra en funcionamiento.
La frecuencia del oscilador depende del capacitor, cuyo valor puede ser alterado en una amplia banda.
Conclusión
Podríamos escribir un libro si quisiéramos explorar todas las posibilidades del 4011. Pero no es ésa nuestra intención.
Con estos ejemplos, procuramos mostrar a los lectores algunas de las cosas que se pueden hacer con este versátil integrado. Los lectores ciertamente hallarán muchísimas aplicaciones adicionales.