Doble Flip-Flop Tipo D CD4013BE DIP-14 CMOS CD4013

¿Qué es?

El CD4013BE es un circuito integrado secuencial digital de tecnología CMOS (Serie 4000B) que contiene dos flip-flops tipo D idénticos e independientes en un único encapsulado DIP-14. Cada flip-flop cuenta con su propia entrada de datos (D), entrada de reloj (CLK) disparada por flanco de subida, salidas complementarias (Q y /Q), y entradas de control asíncrono directo Set (S) y Reset (R) activas en nivel alto. Puede operar como elemento de almacenamiento de datos de 1 bit por sección, divisor de frecuencia binario (modo toggle / T) o interruptor biestable (push-button on/off). Su arquitectura CMOS le permite trabajar en un amplio rango de alimentación de 3 V a 18 V DC con un consumo estático prácticamente despreciable y una elevada inmunidad al ruido.

Especificaciones técnicas:

• Fabricante: Texas Instruments

• Modelo / Referencia: CD4013BE (CD4013 / CD4013B / HCF4013 / HEF4013)

• Tecnología / Familia lógica: CMOS Serie 4000B

• Función lógica: Doble Flip-Flop tipo D con Set y Reset independientes (Dual D-Type Flip-Flop)

• Cantidad de flip-flops: 2 unidades independientes

• Tipo de disparo de reloj: Flanco de subida (Positive-Edge-Triggered)

• Entradas asíncronas: Set (S) y Reset (R) independientes por sección (activas en nivel alto)

• Salidas por unidad: Salida directa (Q) y salida invertida (/Q)

• Encapsulado: DIP-14 plástico (Through-Hole para protoboard / PCB)

• Rango de voltaje de alimentación (VDD): 3.0 V a 18 V DC (nominal: 5 V, 10 V o 15 V)

• Voltaje máximo absoluto de alimentación: -0.5 V a +20 V DC

• Pines de alimentación estándar: Pin 14 (VDD / Voltaje positivo) y Pin 7 (VSS / Tierra / GND)

• Frecuencia máxima de reloj (fmax): Típica de 16 MHz a VDD = 10 V (8 MHz a 5 V)

• Consumo de corriente en reposo: Típicamente inferior a 1 µA (ultrabajo consumo)

• Inmunidad al ruido: Típicamente el 45% de VDD

• Rango de temperatura de operación: -55°C a +125°C

¿Para qué sirve?

• Circuitos biestables de encendido y apagado con un solo pulsador (tipo switch toggle On/Off) conectando la salida /Q a la entrada D.

• Divisores de frecuencia de reloj por 2 (/2) en cascada para generar bases de tiempo.

• Registro de sincronización para señales asíncronas externas con el reloj de un sistema.

• Eliminadores de rebote (debouncers) y cerrojos de estado para botones o sensores mecánicos.

• Prácticas y laboratorios de electrónica digital, contadores síncronos/asíncronos y circuitos secuenciales a batería de 9 V o 12 V sin reguladores.

¿Qué problema te soluciona?

• Funciona directo con baterías de 9V y 12V: No está limitado a los 5.0 V rígidos de los flip-flops TTL (como el 74LS74), pudiendo operar directamente en baterías de 9 V o sistemas automotrices de 12 V.

• Control asíncrono prioritario: Las entradas Set y Reset fuerzan de inmediato el estado de las salidas sin depender de pulsos de reloj, lo que permite implementar paradas de emergencia o reinicios al encendido (Power-On Reset).

• Consumo de energía prácticamente nulo: Al ser CMOS, no drena la batería cuando el circuito está en reposo esperando una pulsación o pulso.

• Elevada tolerancia al ruido: Su amplio margen de inmunidad frente al ruido evita falsos disparos causados por ruidos inducidos por relés o motores.

• Inserción limpia: Su formato Through-Hole DIP-14 encaja con firmeza en protoboards y zócalos estándar.

Preguntas frecuentes:

❓ ¿Cuáles son los pines de alimentación VDD y VSS del CD4013?

Sigue la disposición clásica de 14 pines de la serie 4000:

• Pin 14 = VDD (Alimentación positiva: +3 V a +18 V DC).

• Pin 7 = VSS (Tierra / Masa común / 0 V).

❓ ¿Cómo se desactivan las entradas Set (S) y Reset (R) para operar en modo normal?

 A diferencia de la familia TTL (donde suelen ser activas en bajo), en el CD4013 las entradas Set y Reset son activas en nivel ALTO (+VDD):

• Para el funcionamiento normal controlado por reloj, las entradas Set y Reset deben conectarse a VSS (GND / 0 V).

• Si se dejan al aire (flotantes), el integrado quedará bloqueado o fallará de manera errática.

❓ ¿Cómo se conecta para que funcione como divisor por 2 o interruptor On/Off de un solo botón?

Para el Flip-Flop 1:

1. Conecta la salida invertida /Q (Pin 2) directamente a la entrada de datos D (Pin 5).

2. Conecta Set (Pin 6) y Reset (Pin 4) a GND (0 V).

3. Aplica la señal de pulsador o reloj a CLK (Pin 3).

4. La salida Q (Pin 1) cambiará de estado (0 a 1 o 1 a 0) en cada flanco ascendente, dividiendo la frecuencia a la mitad.

❓ ¿En qué se diferencia el CD4013 del 74LS74?

• El CD4013 (CMOS) funciona en un rango amplio de 3 V a 18 V, consume corriente prácticamente nula en reposo y sus entradas Set/Reset son activas en ALTO.

• El 74LS74 (TTL) opera estrictamente a 5 V ± 0.25 V, es mucho más veloz y sus pines de Set/Reset (/PRE y /CLR) son activos en BAJO.

  (Además, la asignación de pines entre ambos integrados es diferente).

❓ ¿Cuál es la distribución completa de pines (pinout) del CD4013?

• Pin 1: Salida 1Q (Flip-Flop 1)

• Pin 2: Salida invertida 1/Q (Flip-Flop 1)

• Pin 3: Entrada de reloj 1CLK (Flip-Flop 1 - flanco de subida)

• Pin 4: Entrada de reinicio 1RESET (Flip-Flop 1 - activa en alto)

• Pin 5: Entrada de datos 1D (Flip-Flop 1)

• Pin 6: Entrada de puesta a uno 1SET (Flip-Flop 1 - activa en alto)

• Pin 7: VSS (Tierra / 0 V)

• Pin 8: Entrada de puesta a uno 2SET (Flip-Flop 2 - activa en alto)

• Pin 9: Entrada de datos 2D (Flip-Flop 2)

• Pin 10: Entrada de reinicio 2RESET (Flip-Flop 2 - activa en alto)

• Pin 11: Entrada de reloj 2CLK (Flip-Flop 2 - flanco de subida)

• Pin 12: Salida invertida 2/Q (Flip-Flop 2)

• Pin 13: Salida 2Q (Flip-Flop 2)

• Pin 14: VDD (Alimentación positiva +3 V a +18 V)