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Proyecto de interruptor electrónico digital con CD4013, CD4027 y con CD4017

Interruptor electrónico con botón pulsador
(Electronic toggle switch )

En algunas ocasiones necesitamos un interruptor tipo flip-flop, que con un pulso se enciende y al pulsar de nuevo se apaga.

Existen diferentes modos de lograrlo, en este tratado veremos interruptores con flip-flop tipo D, tipo JK y con contadores.

Primero veremos los mejores métodos y luego alternativas funcionales.

También puede ver este otro tratado:
Interruptor de botón con operacionales y NE555

Como los circuitos integrados presentados a continuación son CMOS debemos saber que pueden mover muy poca corriente en la salida, a veces menos de 1 miliamperio, por eso hay que utilizar algún transistor o dispositivo que haga de driver para poder conectar aunque fuera un led.
Abajo veremos algunos ejemplos.

Interruptor con botón pulsador ( push-button) utilizando CD4013BP

Este primer proyecto es con un circuito integrado como el CD4013 o equivalente, que son 2 flip-flop independientes tipo D.

Este circuito integrado es CMOS y puede utilizar de 3 a 15 Voltios.

En tiendas chinas por internet he comprado 10 por algo más de 2 dólares (USD).

push button  con 4013Flip-flop CD4013

También los he utilizado con la numeración: MC14013, HCF4013, HEF4013 o MPX4013, etc.

En el ejemplo anterior no se utiliza el segundo flip-flop, por ello se conectan las entradas a tierra, las salidas Q2 y Q2 se dejan libres.

En el proyecto hay conectados un capacitor a positivo de 0,1 microfaradio y una resistencia a tierra de 470K, este capacitor es para garantizar que el sistema inicie apagado al interrumpir la corriente del circuito, aunque no es indispensable y muchos conectan ese pin a tierra.

Si necesitamos que inicie siempre a positivo cuando se conecta entonces la entrada Rst1 (pin 4) a negativo (tierra) y la resistencia con el capacitor en la entrada Set1 (pin 6).

Si conectamos pulsadores en las 3 entradas CK1, Rst1 y Set1 funcionaría de esta manera:
CK1: cambia el estado de la salida al opuesto
Rst1: Ajusta salida a negativo (Reset)
Set1: Ajusta salida a positivo (Set)

C1213 como driver de interruptor
El flip-flop CD4013BP utilizando las 3 entradas.

Para evitar cambios erróneos por falso contacto en el botón o por interferencias, se puede agregar un capacitor de 0,1 microfaradio a tierra en la entrada CK, o las 3 entradas si utiliza el diseño de 3 botones.

Pero si se quiere filtrar cada entrada de la manera más adecuada se puede utilizar este filtro con resistencia y condensador:

filtro rc para entrada digital

En muchos casos algunos prefieren utilizar 1 microfaradio para evitar cambios demasiado rápidos.

Los flip-flop de la tecnología TTL funcionan pero por consumir más en sus entradas y ser limitado a utilizar solo 5 voltios no he diseñado ningún interruptor de este tipo para mis proyectos.

Funcionan mejor los de la tecnología CMOS, aunque debemos recordar que se deben manipular con las medidas necesarias para evitar dañarlos con la electricidad estática, como anillos y brazaletes metálicos a tierra, al momento de soldar las entradas yo desconecto el cautín o soldador.

Interruptor con botón pulsador ( push-button) utilizando CD4027BC

Este tipo de interruptor también se puede realizar con flip-flop tipo JK. El circuito integrado CD4027BC funciona bien, el diseño es muy similar al anterior.

interruptor boton pulsador 4027flip-flop CD4027

Con el flip-flop CD4027 el diseño queda realmente simple y no hay mucho que explicar.

Con los pines de Set y Reset se puede realizar lo mismo que con los flip-flop anteriores,

En algunos proyectos puede ser necesario una señal para detener o poner en funcionamiento el circuito, por ejemplo un reloj despertador o un timer.

Este diseño ayuda a conocer el funcionamiento:

interruptor digital con 4027

Cuando la entrada es un botón la respuesta puede ser muy rápida y verse afectada por falso contacto o ruido,
puede filtrar las entradas como en el proyecto anterior.

filtro rc para entrada digital

Interruptores con contadores:

Existen cantidad de circuitos integrados que utilizan internamente este tipo de flip-flop como contadores o divisores de frecuencia, y también pueden ser utilizados para nuestro proyecto de interruptor con botón pulsador o push-button.

Obviamente podríamos darles un mejor uso, pero publico unos diagramas para quien se interese en un proyecto con ellos, o en algunos casos conseguir un flip-flop es más difícil.

Interruptor con botón pulsador ( push-button) utilizando CD4017

El circuito integrado CD4017 es un contador con 10 salidas.

Utilizando solo las primeras podemos utilizarlo como interruptor, utilizando la salida 2 (pin 3) al reset. Es bastante simple si no nos molesta desperdiciar las demás posibilidades con este contador.

diagrama 4017 como interruptor electronicoflip-flop CD4027

En este proyecto se incluye la resistencia y capacitor que filtran la entrada para evitar datos erróneos, C1 puede ser de mayor valor, por ejemplo un capacitor electrolítico de 1 microfaradio.

También es conveniente utilizar un capacitor en la línea de alimentación (C2), lo más cercano posible a los pines del CD4017, puede ser de 10 microfaradios en adelante, el voltaje algo superior a la alimentación que le vamos a aplicar, ya que el contador 4017 puede trabajar de 3 a 15 voltios.

Además debemos recordar que los circuitos integrados CMOS no pueden manejar altas corrientes, por ello hay que utilizar transistores o dispositivos para poder conectar aunque fuera solo un led.

Conexiones de circuitos básicos para conectar a la salida de los circuitos CMOS:
driver con transistores conectando ledsdriver mosfet con leds

En estos ejemplos se ven transistores utilizados para conectar leds o elementos de poco consumo, luego un mosfet conectando más leds o algo que puede consumir varios amperios, en todos estos casos se interrumpe el negativo

Próximamente publicaré más opciones para conectar a la salida de estos circuitos integrados

Podemos utilizar otra clase de contadores para este mismo fin, basados en el mismo principio utilizado con el CD4017, como por ejemplo contadores BCD como el CD4518B o contadores binarios como el CD4520B, es completamente factible aunque yo no los he utilizado para dicho fin.

En algunas ocasiones no contamos con los circuitos integrados ideales, pero existen alternativas con circuitos integrados operacionales que funcionan bien. Puede ver algunos que he realizado, tambien con el circuito integrado NE555:

Interruptor de botón con operacionales y NE555
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Este trabajo será actualizado y mejorado.

TI2-CAW

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