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Cómo Funciona el 4017 (ART812S)

Uno de los componentes más utilizados en proyectos de todo tipo es el circuito integrado 4017. Este circuito integrado CMOS puede ser utilizado como secuenciador, temporizador, y en sistemas de automatización pequeños además de la codificación en control remoto. Dada la cantidad de pedidos de lectores que desean saber todo sobre este componente, preparamos este interesante artículo que busca desvelar los principales secretos del 4017. Para obtener la hoja de datos del datashet del 4017 escriba CD4017 en el cuadro de búsqueda de la página principal de www.incb.com.mx.

No hay límite para lo que se puede hacer con el circuito integrado 4017. Podemos hacerlo contar hasta cualquier número entre 2 y 9 y cascando varios de ellos podemos ir más allá. Podemos usarlo en tiempo, codificación, para generar formas de onda, efectos de luz y sonido y mucho más. Todo ello justifica la frecuencia con que el lector encuentra proyectos que se basan en este circuito integrado.

Utilizar el circuito 4017 es simple, y una vez que el lector domine esta técnica, podrá hacer sus propios diseños usando este componente. Así, en las líneas siguientes vamos a mostrar cómo funciona el 4017 y cómo podemos usarlo de diversas maneras.

 

El Circuito Integrado 4017

El circuito integrado 4017 pertenece a la familia lógica CMOS en la que los componentes pueden funcionar con tensiones de 3 a 15 volts y poseen características que permiten su interconexión directa y con otros componentes como el 555. En el 4017 encontramos un contador / decodificador Johnson con una entrada y 10 salidas, como muestra el diagrama de bloques de la figura 1.

 

Figura 1 - Diagrama de bloques del circuito integrado 4017. Observe que tiene una entrada y diez salidas.
Figura 1 - Diagrama de bloques del circuito integrado 4017. Observe que tiene una entrada y diez salidas.

 

Conforme podemos ver, está formado por 5 etapas que pueden hacer la división de una señal rectangular por valores entre 2 y 9. El 4017 se suministra en envoltorio DIL de 16 pines con la disposición de terminales mostrada en la figura 2.

 

Figura 2 - Envoltura y pinos de la versión DIL, que es la más común para aplicaciones prácticas.
Figura 2 - Envoltura y pinos de la versión DIL, que es la más común para aplicaciones prácticas.

 

En la operación normal, los pinos 13 y 15 se conectan a tierra y los pulsos rectangulares se aplican al pino de entrada (14). En la figura 3, partiendo de la condición en que la salida S0 se encuentra en el nivel alto, y las demás en el nivel bajo, ocurre lo siguiente: a cada pulso aplicado, la salida que está en el nivel alto pasa al nivel bajo y la siguiente pasa al nivel alto.

 

Figura 3 - Diagrama de tiempos del 4017. Observe los niveles lógicos de las salidas.
Figura 3 - Diagrama de tiempos del 4017. Observe los niveles lógicos de las salidas.

 

El proceso se produce hasta llegar a la última salida. Con un nuevo pulso, esa salida va al nivel bajo y la primera va al nivel alto, reanudando el proceso. Podemos resetar la cuenta del 4017 llevando por un instante el pin 13 al nivel alto. Una forma de hacer que el 4017 siempre parta de cero, con la primera salida en el nivel alto es con un circuito de "reset al conectar" como muestra la figura 4. Este circuito también se denomina POR (Power-On Reset).

 

 

Figura 4 - Circuito de
Figura 4 - Circuito de "reset al conectar" o power-on reset (POR) para el 4017.

 

Los circuitos integrados 4017 pueden ser cascada para obtener la división por 10,100, 1000, etc., como se muestra en la figura 5.

 

Figura 5 -
Figura 5 - "Cascateando" circuitos integrados 4017.

 

Pero, podemos programar el 4017 para hacer cuentas menores que hasta 10. Para eso, basta con conectar el pasador inmediatamente posterior al número que deseamos contar a la entrada de reset, como muestra la figura 6.

 

Figura 6 - Contando hasta n (n hasta 10)
Figura 6 - Contando hasta n (n hasta 10)

 

Por ejemplo, si deseamos contar hasta 4, con la activación de una salida de 4 en secuencia, basta con conectar la quinta salida al pino de reset. Si deseamos contar hasta n (n menor que 10) basta con conectar el pino posterior a n en el reset (15).

 

Características eléctricas

Las características eléctricas son dadas por la siguiente tabla:

Característica

Condiciones (Vcc)

Valor

Unidades

Corriente drenada/suministrada (tip)

5 V<br />10 V<br />15 V

0,88<br />2,25<br />8,8

MA<br />mA<br />mA

Frecuencia máxima de clock (tip)

5 V<br />10 V<br />15 V

2<br />5<br />6

MHz<br />MHz<br />MHz

Corriente quiescente (max)

5 V<br />10 V<br />15 V

0,3<br />0,5<br />1,0

mA<br />mA<br />mA

Faja de tensiones de Tensões de alimentación

3 a 15

.

V


Como podemos ver, el tipo de salida utilizado en este circuito integrado permite que tenga la misma capacidad de drenar o suministrar corrientes a una carga. Como en las aplicaciones normales, la corriente máxima que puede suministrar es pequeña es común hacer uso de etapas de potencia para excitar cargas de mayor consumo.

En la figura 7 tenemos algunos tipos de pasos que se pueden utilizar con el 4017.

 

Figura 7 - Algunas etapas de potencia para excitar cargas de corrientes elevadas.
Figura 7 - Algunas etapas de potencia para excitar cargas de corrientes elevadas.

 

En (a) tenemos la excitación en el nivel alto con un transistor NPN para cargas hasta 100 mA. Para la excitación en el nivel bajo, tenemos el circuito con transistor PNP mostrado en (b). Deseando excitar cargas de mayor potencia tenemos en (c) una versión que hace uso de un transistor Darlington NPN. Esta versión se excita con la salida en el nivel alto. Para excitar cargas en el nivel bajo, tenemos el uso de un Darlington PNP, como se muestra en (d).

En (e) tenemos la posibilidad de utilizar un par complementario de transistores comunes para excitar cargas con altas corrientes en el nivel alto. La configuración equivalente para excitar en el nivel bajo se muestra en la figura (f). También podemos excitar SCRs (g) y Power MOSFET como se muestra en la misma figura en (h).

Para excitar la entrada de un 4017 también tenemos varias posibilidades mostradas en la figura 8.

 

Figura 8 - Generando pulsos para excitar el circuito integrado 4017. La frecuencia máxima depende del componente utilizado y debe ser menor que la máxima admitida por el 4017.
Figura 8 - Generando pulsos para excitar el circuito integrado 4017. La frecuencia máxima depende del componente utilizado y debe ser menor que la máxima admitida por el 4017.

 

La primera hace uso del conocido circuito integrado 555 que es totalmente compatible con el 4017, como podemos observar. La segunda hace uso de un oscilador u otro circuito de puerta con el circuito integrado 4093. Otras funciones CMOS se pueden utilizar con el mismo propósito. Al excitar un 4017, sin embargo debemos tener en cuenta que la señal debe ser perfectamente rectangular libre de repique (oscilaciones) que pueden falsear la cuenta.

 

Aplicaciones:

Damos a continuación algunos circuitos prácticos basados en el 4017.

 

a) Secuencial de 10 LED

En la figura 9 tenemos un circuito secuencial que activa 10 LED en una velocidad que puede ser ajustada en el potenciómetro P1 y que depende básicamente del condensador C1.

 

Figura 9 - Secuencial de 10 LEDs. Podemos usar menos LEDs utilizando la técnica de conteo hasta n de la figura 6.
Figura 9 - Secuencial de 10 LEDs. Podemos usar menos LEDs utilizando la técnica de conteo hasta n de la figura 6.

 

El resistor común al cátodo de todos los LEDs tiene por finalidad limitar la corriente en el circuito. Para el accionamiento de cargas de potencia podemos conectar con transistores o incluso SCRs, como muestra la figura 10.

 

Figura 10 - Excitando transistores de media potencia o SCRs.
Figura 10 - Excitando transistores de media potencia o SCRs.

 

Observe que en el caso de los SCRs poseen un campo común al circuito de alta y baja frecuencia. Esto es absolutamente necesario para disparo. Una posibilidad a considerar para excitar cargas de buena potencia con transistores es la utilización de Darlingtons. En el caso del TIP121, que reemplazaría el BD135 podemos aumentar la resistencia de base de 1 k apara 4k7.

 

b) Secuencial de 4 LED

Para el accionamiento de 4 LED en un sistema secuencial tenemos el circuito de la figura 11.

 

Figura 11 - Secuencial de 4 LEDs utilizando la técnica de la cuenta hasta n de la figura 6.
Figura 11 - Secuencial de 4 LEDs utilizando la técnica de la cuenta hasta n de la figura 6.

 

También podemos accionar cargas de mayor potencia con transistores y SCRs como en la versión anterior. Una variación interesante para los dos circuitos consiste en hacer un "sorteador" de números. En la figura 12 mostramos cómo habilitar el 555 de modo que él genera un tren de pulsos y así, al final del proceso, sólo un LED se enciende.

 

Figura 12 - Circuito que genera un tren de pulsos al azar. Ideal para aplicaciones en juegos.
Figura 12 - Circuito que genera un tren de pulsos al azar. Ideal para aplicaciones en juegos.

 

 

c) Apagado secuencial

Otro circuito interesante que se puede elaborar sobre la base de un 4017 es lo que hace el apagado secuencial de los LED y que se muestra en la figura 13.

 

Figura 13 - Circuito de borrado secuencial, o uno de cuatro borrado.
Figura 13 - Circuito de borrado secuencial, o uno de cuatro borrado.

 

 

d) Caja de música

La figura 14 muestra un circuito de una caja de música electrónica en la que 10 notas musicales se ejecutan secuencialmente por el 4017 cuando el 555 está habilitado.

 

Figura 14 - Caja de música de 10 notas. Cada una ajustada en el trimpot correspondiente.
Figura 14 - Caja de música de 10 notas. Cada una ajustada en el trimpot correspondiente.

 

 

La programación de las notas se realiza en los trimpots junto a las salidas del 4017. La nota central dependerá del condensador del oscilador con dos transistores, el cual puede ser alterado en una amplia gama de valores.

La velocidad con que se ejecutan las notas se ajusta en el trimpot del 555.

 

e) Control lógico programable (CLP)

La automatización de pequeños dispositivos se puede realizar sobre la base de un 4017 con el circuito de la figura 15.

 

Figura 15 - Un CLP (Controlador lógico programable) o PLC (Programed Logic Controllet) usando el 4017.
Figura 15 - Un CLP (Controlador lógico programable) o PLC (Programed Logic Controllet) usando el 4017.

 

En este circuito, cuando una salida va al nivel alto, si hay un diodo conectado en esta salida, en la matriz de control, activa la salida correspondiente. Combinando diodos podemos hacer que las salidas sean llevadas a niveles de accionamiento secuencial diferentes, controlando así un sistema de automatización externo.

La secuencia y lo que va a ser accionado depende sólo de la imaginación del lector "abrir una puerta, encender una luz por un tiempo un poco mayor, al final del proceso tocar un timbre y luego cerrar de nuevo el puerto es un ejemplo de aplicación que puede ser con la matriz de programación mostrada en la figura 16.

 

Figura 16 - Simulador de presencia con 4017.
Figura 16 - Simulador de presencia con 4017.

 

La duración total del ciclo dependerá únicamente del ajuste de P1 en el oscilador con el 555 que es responsable de la temporización.

 

f) Sintetizador de forma de onda

Terminamos nuestra serie de circuitos prácticos con un sintetizador de forma de onda que puede ser usado en instrumentos musicales y en generadores de efectos. La frecuencia de la señal de salida del circuito de la figura 17 es la frecuencia del oscilador con el 555 dividida por 10.

 

Figura 17 - Sintetizador de forma de onda.
Figura 17 - Sintetizador de forma de onda.

 

El filtro RC de salida aplaa la señal para obtener una forma de onda suave.

 

Conclusión

Las aplicaciones que vimos para el 4017 son sólo algunos de los miles que ya publicamos y vimos en otras publicaciones. A partir de las características de este componente no hay límite para que el lector pueda hacer.

 

 

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