CD4017

El CD4017BC es un circuito integrado CMOS muy interesante: se trata de un contador y divisor con diez salidas, aunque a menudo se lo llama simplemente 4017. También existe una versión en tecnología TTL llamada 74HC4017.

Con solo 16 pines, contiene en su interior un contador Johnson de 5 etapas que puede dividir o contar por cualquier valor entre 2 y 9 los pulsos que se ingresan por una de sus entradas, llamada CLOCK (reloj). Si disponemos de una etapa de reloj capaz de entregar un tren de pulsos regulares y los ingresamos por el pin 14 (CLOCK) del CD4017, podremos obtener en sus salidas un pulso por cada 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 que se apliquen en la entrada.

Esta propiedad, unida a la facilidad de uso que brindan características como un RESET y un pin de habilitación (ENABLE), hace que sea muy sencillo implementar circuitos contadores, luces para fiestas, etc., utilizando muy pocos componentes externos, o incluso ninguno.

Características eléctricas

El voltaje máximo de alimentación del 4017 es de 18 V (7 V en el caso del 74HC4017). Si bien puede funcionar con solo 5 V, se comporta mejor a altas velocidades si se alimenta con al menos 9 V. En su versión CMOS no es realmente un chip muy rápido: alimentado con 5 V puede funcionar a un máximo de 2 MHz, y a 15 V puede alcanzar los 6 MHz. El 74HC4017, por pertenecer a una familia de chips de alta velocidad, logra unos respetables 25 MHz alimentado con 5 V.

Si necesitamos utilizar el 4017 junto a circuitos de la familia LSTTL, debemos recordar que la baja capacidad de entrega de corriente en sus salidas hace que solo se pueda conectar un LSTTL a las salidas del 4017. En caso de necesitar conectar más dispositivos, deberemos usar “buffers” (ver el artículo sobre compuertas digitales). Las entradas del 4017 versión CMOS pueden ser manejadas desde algún chip TTL si utilizamos una resistencia pull-up de unos 4.7k. Un resistor en pull-up no es más que una resistencia conectada entre el punto donde se une el chip TTL con el CMOS y el positivo de la alimentación, que deberá ser de 5 V si estamos utilizando chips TTL.

Por último, no es mala idea conectar un pequeño capacitor cerámico de 0.1 µF entre los pines de alimentación del 4017.

Distribución de pines

De los 16 pines del integrado, dos se destinan a su alimentación: el pin 8 se conecta al negativo y el 16 al positivo, sin olvidar que la fuente debe entregar entre 3 y 15 volts.

Un grupo de 10 pines ofician de salidas del contador. Estas salidas, llamadas “Output Q0” a “Output Q9”, van pasando de estado bajo a alto con cada pulso de clock. No se corresponden con pines consecutivos, sino que la salida Q0 está en el pin 3, Q1 en el 2, Q2 en el 4, Q3 en el 7, Q4 en el 10, Q5 en el 1, Q6 en el 5, Q7 en el 6, Q8 en el 9 y finalmente Q9 en el pin 11.

El hecho de usar diez pines como salida y dos como alimentación, en un integrado de solo 16 pines, deja solo 4 pines para control, lo que facilita un poco las cosas.

El pin 14, llamado CLOCK, es el que recibe los pulsos de reloj que deseamos contar.

El pin 13 (DISABLE) permite seleccionar o deseleccionar el 4017. Una de las condiciones para que el chip funcione es que este pin esté conectado a 0 V. Esto permite conectar varios 4017 a una misma fuente de pulsos y, mediante el pin DISABLE, elegir en cualquier momento cuál será el encargado de contar o dividir.

El pin 15 (RESET) debe conectarse a 0 V para contar de 0 a 9. Si ponemos el RESET momentáneamente a +V, la cuenta se reinicia (OUTPUT Q0 pasa a estado alto y todas las demás salidas, a bajo). Esto puede hacerse manualmente con un pulsador conectado a +V y una resistencia de 10k a 0 V.

El pin 12, llamado ÷10 OUTPUT, permanece en estado alto cuando las salidas Q0 a Q4 están en alto y pasa a estado bajo cuando las salidas Q5 a Q9 están en alto. Esto significa que el pin 12 generará pulsos con una frecuencia que es un décimo de la de reloj, pudiendo aplicarse a la entrada de otro 4017 que se encargue de contar las decenas. La figura siguiente muestra la función de cada pin.

Montaje básico como contador

Veamos cómo debemos conectar el CD4017 para usarlo como contador. Como hemos dicho en otros artículos de esta serie, es muy recomendable tener a mano un protoboard y algunos componentes para armar los circuitos de ejemplo y no quedarnos con dudas. En el caso del CD4017 solo necesitaremos el integrado, un par de pulsadores, diez diodos LED y, si queremos montar un generador de pulsos de reloj, podemos utilizar un NE555, como se explicó en el artículo publicado sobre ese circuito integrado.

La conexión básica del 4017 es la que se muestra en la figura 2. Podemos ver diez LEDs conectados a cada una de las salidas (prestar atención al orden, porque las salidas no están en pines consecutivos), el pin 16 conectado directamente al positivo de la fuente de alimentación y el 8 al negativo, el pin 14 conectado también a +V mediante un pulsador (si no tenemos el generador de pulsos), y los pines RESET y DISABLE (15 y 13) a 0 V, para que el integrado cuente los pulsos de la entrada.

Con esta configuración, por cada pulso que apliquemos en el pin 14 mediante el pulsador, se irán iluminando los LEDs de salida de uno en uno. Estando encendido el último (el conectado al pin 11), si aplicamos otro pulso de CLOCK, se apagará y se encenderá el primero, dando comienzo a otra cuenta.

Sería interesante experimentar conectando un LED entre la salida del pin 12 y 0 V para verificar que enciende cuando las salidas Q0, Q1, Q2, Q3 o Q4 están en alto.

Acortar la cuenta con RESET

Si queremos que la cuenta sea más corta, por ejemplo contar solo hasta cuatro en lugar de hasta diez, podemos utilizar el RESET. En lugar de conectar ese pin de control directamente a 0 V, lo conectamos al pin correspondiente a la salida Q4 (pin 10), de manera que luego de contar cuatro pulsos, al introducir el pulso número 5, en lugar de encenderse el quinto LED (salida Q4) se producirá el RESET del chip y la cuenta comenzará de nuevo desde cero.

Una prueba con los LEDs conectados a +V

Otra prueba puede consistir en conectar los LEDs de las salidas a +V mediante resistores de 470 ohms (si estamos alimentando el circuito con una pila de 9 V). De esta manera, los LEDs permanecen encendidos y solo el correspondiente a la salida activada permanece apagado (ver figura 4).

Encadenar varios CD4017

La figura 5 muestra cómo conectar entre sí varios CD4017 para que cada uno cuente un décimo de lo que cuenta el anterior. De esta manera, usando las entradas de CLOCK y ÷10 OUTPUT (pines 14 y 12), podemos encadenar varios chips para contar unidades, decenas, centenas, etc.

Circuito con NE555 y LEDs

Para finalizar el artículo, veamos algunos circuitos prácticos que utilizan este integrado. En la figura 6 incluimos junto al CD4017 un NE555 que funciona en modo astable, generando los pulsos de reloj que entran por el pin 14 al CD4017. La alimentación se puede hacer mediante 3 o 4 pilas de 1.5 V o mediante un transformador.

En cada LED se usó un transistor NPN para aumentar la corriente que entrega el CD4017 en cada uno de sus pines. Como no hay en ningún momento más de un LED encendido, solamente utilizamos un resistor de 120 ohms para todos ellos. Con los valores de la resistencia de 47k y el capacitor de 1 µF, la frecuencia es de unos 15 Hz. La fórmula F = 1.44/(2xRxC) nos permitirá elegir frecuencias diferentes (se puede aprender más sobre este tema en el artículo sobre el NE555).

La corriente que circula por cada LED es de unos 20 mA, lo cual permite un brillo intenso. Si cambiamos la resistencia de 120 ohms por una algo mayor, el brillo de los LEDs disminuirá.

Circuito con triacs para lámparas

En la figura 7 vemos un circuito que controla cinco salidas consistentes en un transistor BC548 que comanda un triac TIC216D o TIC226D, a los cuales podemos conectar directamente lámparas de 110V/220V cuya potencia no supere los 400W. Si dotamos a los triacs de un disipador de calor, la potencia de las lámparas puede ser mayor (consultar las hojas de datos de los triacs empleados para conocer la potencia máxima que soportan).

El encendido de las luces será secuencial, dado que están conectadas a las salidas del CD4017. En este circuito utilizamos como generador de pulsos de reloj un transistor 2N2646 y unos pocos componentes adicionales, entre los cuales hay un potenciómetro de 100k, que permite variar la velocidad con la que se encienden las lámparas.

El interruptor conectado al pin 15 permite variar el sentido en que se desplazan las luces (ida o vuelta). Con cada pulso en la pata 14, el integrado avanza un paso en las terminales (como vimos antes, el orden de los pines es 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11, y luego repite). Si se aplica un pulso en la pata 15, el integrado vuelve a comenzar desde el terminal 3; por eso, con el interruptor en posición I, cuando la cuenta llega al terminal 1 se reinicia y, cuando el interruptor está en I/V, la cuenta se efectúa completa.

Los diez diodos 4148 hacen que la corriente solo vaya del integrado a las bases y no vuelva de regreso cuando se pasa de vuelta o de ida. Si se colocan capacitores en las bases de los transistores, con valores que pueden rondar los 47 µF (este valor debe ser experimentado), se logra un efecto de apagado suave (dimmer) muy agradable a la vista. Mientras más alto sea el valor de estos capacitores, más tiempo permanecerá encendido el canal y más suave será el apagado.

En el circuito figura un transformador con un bobinado primario de 220V, que debe ser cambiado por uno de 110V (con el mismo secundario) si en nuestro país la red eléctrica es de ese voltaje.

PRECAUCIÓN

Este circuito trabaja con 110/220V, lo que implica un serio peligro de shock eléctrico si se toca cualquier parte eléctrica o electrónica. Tomar las medidas adecuadas para aislar TODAS las pistas y cables, así como los triacs y sus disipadores. Incluso en el transistor del oscilador y en el integrado hay 220Vca.