El CD4027 es un circuito integrado que incluye dos flip-flops JK independientes, esenciales en aplicaciones digitales gracias a su capacidad para almacenar y procesar información binaria. Cada flip-flop puede operar como elemento básico de memoria, sincronización o división de frecuencia, lo que lo hace ideal para sistemas digitales modernos.
Una de sus principales ventajas es su amplia gama de voltajes de operación, que va de 3V a 15V, permitiendo su integración en sistemas de bajo voltaje o aplicaciones industriales más robustas. Este rango flexible facilita su uso en circuitos alimentados por baterías o fuentes de energía variables. Además, su consumo de corriente típico es inferior a 1 µA en reposo, lo que minimiza la disipación térmica y prolonga la vida útil de las fuentes de energía.
El CD4027 es completamente compatible con la tecnología CMOS estándar, lo que asegura su interoperabilidad con otros circuitos integrados como el CD4017 o el CD4001. Su frecuencia máxima de operación, que alcanza aproximadamente 5 MHz a 10V, lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones, desde relojes digitales hasta controladores de sistemas automatizados, consolidando su relevancia en proyectos educativos y profesionales.
Funcionamiento del Flip-Flop JK
Un flip-flop JK cuenta con tres entradas principales: J, K y el reloj (CLK), fundamentales para su funcionamiento en sistemas digitales. Las entradas J y K controlan los estados de salida, mientras que el reloj sincroniza los cambios. Este componente es altamente versátil, ya que puede mantener su estado, realizar un reset, establecer un valor o alternar entre ellos según las condiciones de entrada. Su comportamiento detallado se describe en la siguiente tabla de verdad, clave para entender su lógica operativa.
| J | K | Estado Qn+1 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Qn (sin cambio) |
| 0 | 1 | 0 (reset) |
| 1 | 0 | 1 (set) |
| 1 | 1 | ~Qn (toggle) |
Además, el CD4027 incluye entradas de preajuste (SET) y borrado (RESET), lo que permite inicializar manualmente el estado del flip-flop.
Aplicaciones Prácticas
1. Divisor de Frecuencia
El CD4027 es ideal para dividir una señal de reloj por 2, una función clave en sistemas digitales. Para lograrlo, conecta la salida Q al pin K, la entrada J a VCC y aplica la señal de reloj al pin CLK. Cada pulso del reloj hace que la salida Q cambie de estado, generando una señal de salida con la mitad de la frecuencia de entrada. Por ejemplo, si la frecuencia de entrada es 1 MHz, la salida será de 500 kHz. Este montaje es ampliamente utilizado en contadores binarios, divisores de frecuencia y sistemas de sincronización de señales.
CLK ➔ CLK J = 1 K = Q ➔ K Salida: Q (frecuencia dividida por 2)
Fórmula útil:
Si la frecuencia de entrada es fin, la frecuencia de salida será:
fout = fin / 2
2. Generador de Señales de Reloj Alternadas
Conectando los dos flip-flops del CD4027 en cascada, se puede generar una señal de reloj alternante con mayor estabilidad y precisión. En este diseño, la salida Q del primer flip-flop alimenta la entrada de reloj del segundo, permitiendo que las señales se alternen de forma sincronizada. Este montaje es especialmente útil en circuitos secuenciales, como contadores o generadores de señales temporizadas, y en sistemas de iluminación LED intermitente para crear patrones animados. Por ejemplo, con una frecuencia de entrada de 1 kHz, las salidas alternas tendrán frecuencias de 500 Hz y 250 Hz respectivamente, facilitando aplicaciones prácticas en sistemas visuales.
3. Contador Binario
Al encadenar varios CD4027, se puede construir un contador binario eficiente y escalable. En este diseño, cada flip-flop divide la frecuencia de entrada por 2, generando en sus salidas una representación binaria proporcional al número de pulsos recibidos. Por ejemplo, con cuatro flip-flops, es posible contar hasta 15 pulsos, representados en formato binario de 4 bits. Este tipo de contador es esencial en aplicaciones como relojes digitales, divisores de frecuencia y controladores secuenciales. Además, al operar en un rango de voltaje amplio (3V a 15V), el diseño es versátil y compatible con diferentes fuentes de energía y circuitos.
Alternativas al CD4027
Si el CD4027 no está disponible, se pueden considerar estos circuitos integrados como alternativas:
| Modelo | Descripción | Voltaje de Operación |
|---|---|---|
| SN7473 | Flip-flop JK con entradas de reloj asíncronas. | 4.5V – 5.5V |
| SN74HC73 | Versión CMOS del SN7473 con bajo consumo de energía. | 2V – 6V |
| CD4013 | Flip-flop tipo D dual. | 3V – 15V |
Conexión del circuito CD4027
| Pin | Nombre | Descripción | Conexión Sugerida |
|---|---|---|---|
| 1 | Q1 | Salida del primer flip-flop | Conectar al circuito según la aplicación |
| 2 | Q̅1 | Salida invertida del primer flip-flop | Conectar al circuito si se requiere |
| 3 | CLK1 | Entrada de reloj del primer flip-flop | Conectar a la señal de reloj |
| 4 | SET1 | Entrada de preset (establecer Q en 1) | Conectar a VCC o controlar según la lógica |
| 5 | RESET1 | Entrada de reinicio (establecer Q en 0) | Conectar a VCC o controlar según la lógica |
| 6 | J1 | Entrada J del primer flip-flop | Conectar a VCC o señal lógica |
| 7 | K1 | Entrada K del primer flip-flop | Conectar a GND o señal lógica |
| 8 | GND | Tierra del circuito | Conectar a GND |
| 9 | K2 | Entrada K del segundo flip-flop | Conectar a GND o señal lógica |
| 10 | J2 | Entrada J del segundo flip-flop | Conectar a VCC o señal lógica |
| 11 | RESET2 | Entrada de reinicio del segundo flip-flop | Conectar a VCC o controlar según la lógica |
| 12 | SET2 | Entrada de preset del segundo flip-flop | Conectar a VCC o controlar según la lógica |
| 13 | CLK2 | Entrada de reloj del segundo flip-flop | Conectar a la señal de reloj |
| 14 | Q̅2 | Salida invertida del segundo flip-flop | Conectar al circuito si se requiere |
| 15 | Q2 | Salida del segundo flip-flop | Conectar al circuito según la aplicación |
| 16 | VCC | Alimentación positiva del circuito | Conectar a la fuente de alimentación (3V-15V) |
Conclusión
El CD4027 es un componente esencial en el diseño de circuitos digitales. Su versatilidad, facilidad de uso y amplia gama de aplicaciones lo convierten en una opción ideal para estudiantes, aficionados y profesionales. Los proyectos como divisores de frecuencia, generadores de señales alternadas y contadores binarios muestran cómo aprovechar al máximo este circuito integrado.