aplicaciones de los simuladores en la electronica moderna

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Unidad 3. Aplicaciones de los simuladores en la electrnica moderna

Unidad 3. Aplicaciones de los simuladores en la electrnica moderna3.1 .Proyectos con interruptores, diodos emisores de luz, relevadores y diodos.3.2 . Proyectos con transistores3.3 Fuentes de poder3.4 Amplificadores operacionales3.5 Compuertas lgicas3.6 Multivibradores3.7 Temporizadores3.8 Sistemas digitales3.9 Transistores de efecto de campo3.10 Tiristores

Un interruptor elctrico es en su acepcin ms bsica un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente elctrica. En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciende un foco, hasta un complicado selector de transferencia automtico de mltiples capas controlado por computadora.Su expresin ms sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el mecanismo actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen mediante un actuante para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte mvil que en una de sus posiciones hace presin sobre los contactos para mantenerlos unidos.

Smbolo electrnico

Diferentes interruptores elctricos.Arriba: magnetotrmico, de mercurio, selector rotativo, DIP, optoacoplador SMD y reed switch. Abajo: de pared, conmutador miniatura, de montaje en cable, pulsador, para CI y microswitch detector de posicin. De la calidad de los materiales empleados para hacer los contactos depender la vida til del interruptor. Para la mayora de los interruptores domsticos se emplea una aleacin de latn (60% cobre, 40% zinc). Esta aleacin es muy resistente a la corrosin y es un conductor elctrico apropiado. El aluminio es tambin buen conductor y es muy resistente a la corrosin.En los casos donde se requiera una prdida mnima se utiliza cobre puro por su excelente conductividad elctrica. El cobre bajo condiciones de condensacin puede formar xido de cobre en la superficie interrumpiendo el contacto.

Interruptor sencillo, SPSTInterruptores actuantesLos interruptores pueden ser normalmente abiertos, en cuyo caso al accionarlos se cierra el circuito (el caso del timbre) o normalmente cerrados en cuyo caso al accionarlos se abre el circuito.

PulsadoresTambin llamados interruptores momentneos. Este tipo de interruptor requiere que el operador mantenga la presin sobre el actuante para que los contactos estn unidos. Un ejemplo de su uso lo podemos encontrar en los timbres de las casas o apartamentos.

Cantidad de polosInterruptor de doble polo. Los hay de 2 o ms polos. Por ejemplo si queremos encender un motor de 220 voltios y a la vez un indicador luminoso de 12 voltios necesitaremos un interruptor de 2 polos, un polo para el circuito de 220 voltios y otro para el de 12 voltios.

Cantidad de vas (tiros)Es la cantidad de posiciones mecnicas que tiene un interruptor. En la figura se observa uno de dos vas.Los hay de 2 o ms vas. Un ejemplo de un interruptor de 2 vas es el que podramos usar para controlar dos velocidades del motor, en una batidora, de un electrodomstico.

Los interruptores estn diseados para soportar una corriente mxima, la cual se mide en amperios.

De igual manera, se disean para soportar una determinada tensin mxima, que es medida en voltios.

Se debe seleccionar el interruptor apropiado para el uso que le vaya a dar, pues de lo contrario se est acortando su vida til o en casos extremos se corre el riesgo de destruirlo.

Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento est basado en los experimentos de Lee De Forest.

Diodo de cristal. Ntese la forma cuadrada del cristal semiconductor (objeto negro de la izquierda).

Smbolo electrnicoCtodoAnodoCurva caracterstica del diodo.Tensin umbral, de codo o de partida (V ).La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

Corriente mxima (Imax ).Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del mismo. Corriente inversa de saturacin (Is ).Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 en la temperatura. Corriente superficial de fuga.Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fuga. Tensin de ruptura (Vr ).Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto fsico, impurezas, uso de electrodos, que tienen caractersticas elctricas particulares usados para una aplicacin especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios de la mecnica cuntica y teora de bandas.Los diodos normales, los cuales operan como se describa ms arriba, se hacen generalmente de silicio dopado.

Aplicaciones del diodo.El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa de una seal de corriente alterna de entrada (Vi).Es el circuito ms sencillo que puede construirse con un diodo.

Rectificador de media onda con filtro RC.Un circuito RC sirve como filtro para hacer que el voltaje alterno se vuelva directo casi como el de una batera, esto es gracias a las pequeas oscilaciones que tiene la salida del voltaje, las cuales son prcticamente nulas.La primera parte del circuito consta de una fuente de voltaje alterna, seguido de un diodo que en esta ocasin ser ideal (simplemente para facilitar la comprensin del funcionamiento) y finalmente el filtro RC.

Un Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una seal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la seal se convierte en positiva.Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz).

En esta configuracin se emplean cuatro diodos con la disposicin de la figura. Al igual que antes, slo son posibles dos estados de conduccin, o bien los diodos 1 y 3 estn en directa y conducen (tensin positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en inversa y conducen (tensin negativa).A diferencia del caso anterior, ahora la tensin mxima de salida es la del secundario del transformador (el doble de la del caso anterior. Esta es la configuracin usualmente empleada para la obtencin de onda continua.

Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz, tambin diodo luminoso) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado como un componente electrnico en 1962, los primeros ledes emitan luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible, ultravioleta y luz blanca.Cuando un led se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa en forma de fotones. En polarizacin inversa no funciona como emisor de luz.

Leds de color rojo, verde y azul de 5mm. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor. Por lo general, el rea de un led es muy pequea (menor a 1mm2), y se pueden usar componentes pticos integrados para formar su patrn de radiacin. Los leds presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente y fluorescente, principalmente con un consumo de energa mucho menor, mayor tiempo de vida, tamao ms pequeo, gran durabilidad, resistencia a las vibraciones, no es frgil, reduce considerablemente la emisin de calor que produce el efecto invernadero en nuestro planeta, no contienen mercurio (el cual al exponerse en el medio ambiente es altamente venenoso)

Smbolo electrnicoLos leds en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90% de todas las tecnologas de iluminacin actuales. En la figura se muestran leds de distintos colores.La cada de voltaje en las terminales del led es de 1.8 a 3.8 volts, en la mayora de los casos. La corriente que consume un led en condiciones nominales, es del orden de los 10 a 40 mA.

Componentes de un led

AnodoBCtodo1Lente/encapsulado epxico2Contacto metlico3Cavidad reflectora4Terminacin del semiconductor5Yunque6Plaqueta78Borde plano

Leds azules

La diferencia de potencial vara de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada.En trminos generales, pueden considerarse de forma aproximada los siguientes valores de diferencia de potencial:

Rojo = 1,8 a 2,2 voltios.Anaranjado = 2,1 a 2,2 voltios.Amarillo = 2,1 a 2,4 voltios.Verde = 2 a 3,5 voltios.Azul = 3,5 a 3,8 voltios.Blanco = 3,6 voltios.

El rel o relevador es un dispositivo electromecnico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.Dado que el rel es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador elctrico.

Diversos tipos de relsComo tal se emplearon en telegrafa, haciendo la funcin de repetidores que generaban una nueva seal con corriente procedente de pilas locales a partir de la seal dbil recibida por la lnea. Se les llamaba "relevadores" . De ah "rel".El electroimn hace bascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.A N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo magntico, que provoca que los contactos hagan una conexin. Estos contactos pueden ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos puntos que cerraron el circuito.

Smbolo elctrico de un rel de 1 circuito.En la figura, se representa, de forma esquemtica, la disposicin de los distintos elementos que forman un rel de un nico contacto de trabajo o circuito

Rel de estado slidoSe llama rel de estado slido a un circuito hbrido, normalmente compuesto por un optoacoplador que asla la entrada, un circuito de disparo, que detecta el paso por cero de la corriente de lnea y un triac o dispositivo similar que acta de interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta con un rel electromecnico; este dispositivo es usado generalmente para aplicaciones donde se presenta un uso continuo de los contactos del rel que en comparacin con un rel convencional generara un serio desgaste mecnico, adems de poder conmutar altos amperajes que en el caso del rel electromecanico destruirian en poco tiempo los contactos. Estos rels permiten una velocidad de conmutacin muy superior a la de los rels electromecnicos.

RELE DE ESTADO SOLIDO 40A400 x 320Prctica 3.1

Objetivo: El estudiante realizar tres circuitos de simulacin.Circuito 1: Conexin de tres interruptores para encender tres leds o lmparas (focos). Monitorear las corrientes de cada rama y las cadas de voltaje de los diferentes leds.Circuito 2: Conexin de tres diodos para mostrar que slo conducen en el semiciclo positivo (de una fuente de voltaje de corriente alterna). Analizar las seales de los diodos con el osciloscopio.Circuito 3: Conexin de un relevador. A partir de una fuente de voltaje de C.D. de 5 volts, controlar una carga de un foco de 110 volts de C.A.

Fecha de realizacin de la prctica: 19 de octubre de 2012.(Trabajo individual)

Nota: El desarrollo de los circuitos se considerar para evaluacin del segundo parcial.

3.2 Proyectos con transistores

El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El trmino transistor es la contraccin en ingls de transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se encuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, y en prcticamente todas las aplicaciones de control industrial, control de procesos , control de calidad , en los cuales la mecatrnica juega un papel muy importante en diseo, ingeniera, mantenimiento, etc.

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensin igual a la tensin directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: IC = IB, es decir, tendremos ganancia de corriente cuando >1. Para transistores normales de seal, vara entre 100 y 300. Por esto se considera como un amplificador de corriente.

Smbolo electrnicoExisten tres configuraciones para el amplificador:Emisor comn.La seal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a tierra tanto de la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia tanto de tensin como de corriente y alta impedancia de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 , y para frecuencias bajas, la ganancia en tensin se aproxima bastante bien por la expresin (1); y la impedancia de salida, por RC.Como la base est conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensin constante, Vg. Tambin supondremos que es constante. Entonces tenemos que la tensin de emisor est dada por (2)

(1)(2)

Y la corriente de emisor:

La corriente de emisor es igual a la de colector ms la de base:

Despejando

La tensin de salida, que es la de colector se calcula como:

Como >> 1, se puede aproximar:

y, entonces,

Que podemos escribir como

Vemos que la parte

es constante (no depende de la seal de entrada), y la parte

nos da la seal de salida. El signo negativo indica que la seal de salida est desfasada 180 respecto a la de entrada.

Finalmente, la ganancia queda:

La corriente de entrada,

que aproximamos por

Suponiendo que VB>>Vg, podemos escribir:

y la impedancia de entrada:

Configuracin emisor comn

Existen otras configuraciones que son base comn y colector comn.La base comn se suele utilizar para adaptar fuentes de seal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrfonos dinmicos.En la configuracin colector comn, se tiene ganancia de corriente, pero no de tensin que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta, aproximadamente +1 veces la impedancia de carga. Tambin existen transistores PNP, cuyo smbolo se

Adems de los transistores NPN, tambin existen transistores PNP, cuyo smbolo se muestra en esta diapositiva.

La direccin del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico (smbolo) de cada tipo de transistor.

Prctica 3.2

Objetivo: El estudiante realizar dos circuitos en los que intervengan transistores.Circuito 1: El transistor en modo switch (emisor comn)Circuito 2: El transistor en modo amplificador de una pequea seal, en la entrada (emisor comn).Comprobar:La ganancia de corriente (b), del transistor.Los voltajes de colector a emisor, en el caso del circuito 1.Que la corriente de entrada (en la base) es mucho menor a la corriente en la salida (colector- emisor)

Fecha de realizacin de la prctica: 26 de octubre de 2012.(Trabajo individual)

Nota: El desarrollo de los circuitos se considerar para evaluacin del segundo parcial.

3.3 Fuentes de poder.

Cuando se habla de fuente de poder, (o, en ocasiones, de fuente de alimentacin y fuente de energa), se hace referencia al sistema que otorga la electricidad imprescindible para alimentar a equipos como computadoras. Generalmente, en las PC de escritorio, la ya citada fuente de poder se localiza en la parte posterior del gabinete y es complementada por un ventilador que impide que el dispositivo se recaliente.La fuente de poder, por lo tanto, puede describirse como una fuente de tipo elctrico que logra transmitir corriente elctrica por la generacin de una diferencia de potencial entre sus bornes. Se desarrolla en base a una fuente ideal, un concepto contemplado por la teora de circuitos que permite describir y entender el comportamiento de las piezas electrnicas y los circuitos reales.

La fuente de alimentacin tiene el propsito de transformar la tensin alterna de la red de C.F.E. en una tensin casi continua. Para lograrlo, aprovecha las utilidades de un rectificador, de fusibles y de otros elementos que hacen posible la recepcin de la electricidad y permiten regularla, filtrarla y adaptarla a los requerimientos especficos del equipo.

Resulta fundamental mantener limpia a la fuente de poder; caso contrario, el polvo acumulado impedir la salida de aire. Al elevarse la temperatura, la fuente puede sufrir un recalentamiento y quemarse, un inconveniente que la har dejar de funcionar.

Las fuentes de alimentacin, para dispositivos electrnicos, pueden clasificarse bsicamente como fuentes de alimentacin lineales y conmutadas. Las lineales tienen un diseo relativamente simple, que puede llegar a ser ms complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulacin de tensin es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, ser ms pequea y normalmente ms eficiente pero ser ms compleja y por tanto ms susceptible a averas.

Fuentes de alimentacin externas.Fuentes de alimentacin linealesLas fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulacin y salida.En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensin y proporciona aislamiento galvnico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, despus suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulacin, o estabilizacin de la tensin a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensin.

Fuentes de alimentacin conmutadas

Una fuente conmutada es un dispositivo electrnico que transforma energa elctrica mediante transistores en conmutacin. Mientras que un regulador de tensin utiliza transistores polarizados en su regin activa de amplificacin, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutndolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz tpicamente) entre corte (abiertos) y saturacin (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con ncleo de ferrita (Los ncleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rpidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC).

En los circuitos que se incluyen en los paquetes de simulacin, ser indistinto el uso de fuentes conmutadas o lineales.

Por lo general ser ms fcil obtener componentes electrnicos para fabricar por uno mismo, una fuente lineal.

Adems, en el mercado podemos disponer fcilmente de transformadores (de prcticamente todas las capacidades), puentes de diodos, reguladores y filtros capacitivos.

3.4 Amplificadores operacionalesUn amplificador operacional (comnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuito electrnico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G(V+ V)el mas conocido y comunmente aplicado es el UA741 o LM741.El primer amplificador operacional monoltico, que data de los aos 1960, fue el Fairchild A702 (1964), diseado por Bob Widlar. Le sigui el Fairchild A709 (1965), tambin de Widlar, y que constituy un gran xito comercial. Ms tarde sera sustituido por el popular Fairchild A741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnologa bipolar.

Amplificador Operacional 741 con encapsulado metlico TO-5.Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemticas (suma, resta, multiplicacin, divisin, integracin, derivacin, etc.) en calculadoras analgicas. De ah su nombre.El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda tambin infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta cero y ningn ruido. Como la impedancia de entrada es infinita tambin se dice que las corrientes de entrada son cero.El smbolo de un amplificador es el mostrado en la figura.Las terminales son:V+: entrada no inversoraV-: entrada inversoraVOUT: salidaVS+: alimentacin positivaVS-: alimentacin negativa

Las terminales de alimentacin pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE.Normalmente los pines de alimentacin son omitidos en los diagramas elctricos por claridad.Configuraciones:Comparador (ver figura):Esta es una aplicacin sin la retroalimentacin. Compara entre las dos entradas y saca una salida en funcin de qu entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lgicos.

Seguidor (ver figura):Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensin que a la entrada.Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa). Como la tensin en las dos terminales de entradas es igual: Vout = Vin, presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadsima, la de salida prcticamente nula, y puede ser til, por ejemplo, para poder leer la tensin de un sensor con una intensidad muy pequea que no afecte a la medicin.

No inversor.Como observamos, la tensin de entrada, se aplica al pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo. Conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relacin que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo divisor de tensin.

Sumador inversorLa salida est invertida.

La expresin se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor.

Integrador idealIntegra e invierte la seal (Vin y Vout son funciones dependientes del tiempo)

Este circuito se usa de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su condensador.

Derivador ideal:Deriva e invierte la seal respecto al tiempoRealiza la operacin inversa que el integrador.

Amplificador operacional proporcional.Esta es una configuracin muy usada.En este caso, el comportamiento se rige por la siguiente ecuacin:Vo = Vi (Rf/R1)En donde la ganancia, que no es mas que el factor de amplificacin o atenuacin, depende de los valores de las resistencias Rf y R1. Por ejemplo si Rf es de 1000 ohms y R1 es de 100 ohms, el amplificador tendr una ganancia de 100. Es decir, si en la entrada se aplican 0.001 volts (1 mV), en la salida tendremos 100 mV. (Se realiza una operacin de multiplicacin)Si por el contrario queremos atenuar la seal, entonces la relacin de Rf/Ri tendr que ser menor a la unidad (en este caso, se realiza una operacin de divisin).

-+VoViRfR1Prctica 3.3 y 3.4

Objetivo: El estudiante realizar un circuito, en el simulador de Proteus, en los que intervengan los siguientes componentes:Una fuente de alimentacinUn amplificador operacional, en modo amplificador inversor proporcional. Cambiar los valores de las resistencias Rf y Ri, de modo que realice una operacin de multiplicacin y despus una operacin de divisin.Comprobar:La ganancia, en ambos casos (multiplicacin y doivisin), del circuito.La inversin del signo, en ambos casos.

Fecha de realizacin de la prctica: 26 de octubre de 2012.(Trabajo individual)

Nota: El desarrollo de los circuitos se considerar para evaluacin del segundo parcial.

3.5 Compuertas lgicas.Una puerta lgica, o compuerta lgica, es un dispositivo electrnico el cual es la expresin fsica de un operador booleano en la lgica de conmutacin. Cada puerta lgica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente circuitos de conmutacin integrados en un chip.Claude Elwood Shannon experimentaba con rels o interruptores electromagnticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lgica, por ejemplo, para la funcin booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito serie, ya que con uno solo de stos que tuviera la condicin abierto, la salida de la compuerta Y sera = 0, mientras que para la implementacin de una compuerta O (OR), la conexin de los interruptores tiene una configuracin en circuito paralelo.

La tecnologa microelectrnica actual permite la elevada integracin de transistores actuando como conmutadores en redes lgicas dentro de un pequeo circuito integrado. El chip de la CPU es una de las mximas expresiones de este avance tecnolgico.

En nanotecnologa se est desarrollando el uso de una compuerta lgica molecular, que haga posible la miniaturizacin de circuitos.

La puerta lgica Y, ms conocida por su nombre en ingls AND (), realiza la funcin booleana de producto lgico. Su smbolo es un punto (), aunque se suele omitir. As, el producto lgico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta AND es: F = (A) * (B)Su tabla de verdad es la siguiente:

La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta AND es: F = (A) * (B)Su tabla de verdad se muestra en la figura.

Compuerta OR.La puerta lgica O, ms conocida por su nombre en ingls OR (), realiza la operacin de suma lgica.La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta OR es:F = A+BSu tabla de verdad es la de la derecha:

La puerta lgica OR-exclusiva, ms conocida por su nombre en ingls XOR, realiza la funcin booleana A'B+AB'. Su smbolo es el ms (+) inscrito en un crculo. La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:F = A + BLa tabla de verdad se muestra en la figura de la derecha.Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. Si la puerta tuviese tres o ms entradas , la XOR tomara la funcin de suma de paridad, cuenta el nmero de unos a la entrada y si son un nmero impar, pone un 1 a la salida, para que el nmero de unos pase a ser par.

La puerta lgica NO (NOT en ingls) realiza la funcin booleana de inversin o negacin de una variable lgica. Una variable lgica A a la cual se le aplica la negacin se pronuncia como "no A" o "A negada".La ecuacin caracterstica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:F = ASu tabla de verdad se muestra en la figura.

Existen otras compuertas lgicas, que se complementan con una compuerta not.Es decir, a las que ya conocemos, que son la and, or y xor, se les integra la funcin not, para negar la salida. De aqu se tienen las siguientes compuertas lgicas: Nand, nor y xnor, cuyas tablas de verdad se muestran a continuacin.

Prctica no. 3.5. Simular tres circuitos para demostrar cualquiera de las tablas de verdad de las compuertas lgicas siguientes:And, or, xor, not, nand, nor y xnor.

Fecha de realizacin de la prctica: 9 de noviembre de 2012.