circuitos digitales

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE ING. ELECTRICA Y ELECTRONICA

EAP INGENIERIA ELECTRONICA

CURSO: ELECTROTECNIA

ALUMNO: SPENCER WINCOT SALAZAR MESTANZA

PROFESOR: RUBEN ALARCON M.

TEMA: TRABAJO PRACTICO 4

LIMA –PERU

2014

UNMSM Facultad de Ingenieria Eléctrica y Electrónica Universidad Nacional Mayor de San Marcos Escuela profesional de Ingeniería Electrónica

Electrotecnia

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TRABAJO PRACTICO N°4

A) Descargar el material de teoría (Introducción a la electrónica digital), se pide hacer el estudio y responder de forma concisa lo pedido en: - Actividades propuestas (pág. 447) 1. Indicar características, funciones que aporta la técnica digital a las aplicaciones electrónicas en comparación con los sistemas analógicos.

SISTEMAS DIGITALES SISTEMAS ANALOGICOS

Características: -Flexibilidad y funcionalidad. -Facilidad de diseño. -Flexibilidad y funcionalidad. -Avance tecnológico constante

Funciones: -Las principales funciones que nos brinda es la de control, programación, memoria, procesos automáticos y gracias a ello se

pudo sofisticar los teléfonos celulares, reproductores de audio y video entre otros.

-Nos da mayor estabilidad en las señalas ya que son menos inmunes a las señales de

ruido eléctrico así brindándonos una mayor calidad de señal.

-Nos da una mayor sofisticación en la mayoría de los dispositivos electrónicos.

Características: Se dice que un sistema es analógico cuando las magnitudes de la señal se representan mediante variables continuas, esto es análogas a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de señales digitales. También un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos.

2. Indicar tres aparatos electrónicos básicamente de electrónica analógica. -Televisores analógicos -Equipo de sonido -Radio 3. Indicar tres aparatos básicamente de electrónica digital.

-Calculadoras -Computadoras -Celulares 4. ¿Existen actualmente aplicaciones electrónicas realizadas únicamente con electrónica analógica o digital? Se podría decir que no ya que actualmente la electrónica combina la electrónica digital

con la analógica ya que hasta los dispositivos más digitales utilizan un poco de electrónica analógica desde los más sencillos a los más complejos .


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La electrónica digital combinada con la electrónica analógica entra a desempeñarse en varias ramas como por ejemplo en las industrias, informática y telecomunicaciones,

electro medicina e imagen y sonido.

- Actividades propuestas (pág. 475) 1. Si una puerta OR le conectamos a la salida una puerta NOT, ¿Qué función se obtiene? Dibujar el esquema, la tabla de la verdad y la expresión lógica. -Esquema

-Expresión lógica X=A+B F = (𝐴 + 𝐵̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅)

-Tabla de la verdad A B F 0 0 1

0 1 0 1 0 0

1 1 0

2. A una puerta de CI7486 le conectamos a la salida una puerta de CI7404. Dibujar

el circuito lógico y deducir la tabla de la verdad y la expresión lógica. ¿Qué función lógica se obtiene? -Esquema

A

B

𝐹 = �̅�

X

A

B

X 𝐹 = �̅�


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-Expresión lógica

X=A⊕ 𝐵 F=(𝐴 ⊕ 𝐵)̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅

-Tabla de la verdad

A B F 0 0 1

0 1 0 1 0 0

1 1 1

3. ¿Qué función lógica se obtiene si a una puerta NAND (CI 7400) le unimos las dos entradas? -Esquema

4. Utilizando el CI 7432, deducir una función lógica OR de 4 entradas. Poner la expresión lógica, la tabla de verdad y dibujar el circuito basado en el CI7432. -Esquema

A

F=A

A

F=𝐴𝐵̅̅ ̅̅

B

A

X

D

B

C

Y

F=X+Y


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-Expresión lógica X=A+B F=X+Y

Y=C+D F=(A+B)+(C+D) -Tabla de la verdad

A B C D F

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 1 0 0 1 1 0

0 1 0 0 1

0 1 0 1 0

0 1 1 0 0

0 1 1 1 1

1 0 0 0 0

1 0 0 1 1 1 0 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 0 0 1 1 1 0 1 1

1 1 1 0 0 1 1 1 1 1


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- Actividades finales (pág. 483) 1. Dibujar el símbolo típico y normalizado (IEC) de las puertas lógicas:

OR, AND, EXOR, NOT y NAND


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2. ¿Qué circuitos integrados de tecnología TTL son de puertas OR, AND y EXOR?

OR AND EXOR 7402 7432

7408 7486

3. En una puerta lógica de tecnología TTL, de que valores de tensión son (a próximamente) los niveles lógicos 0 y 1? ¿Y los valores máximos de corriente de

salida en el 0 y 1? ¿Qué significa: 𝑽𝑶𝑳 , 𝑽𝑶𝑯, 𝑰𝑶𝑯 , 𝑰𝑶𝑳? Nivel de tensión TTL

Bajo(0) 0V – 0.8V

Alto (1) 2V – 5V

𝑉𝑂𝐿: Voltaje de salida nivel bajo.

𝑉𝑂𝐻: Voltaje de salida nivel alto.

𝐼𝑂𝐻: Corriente de salida nivel alto.

𝐼𝑂𝐿: Corriente de salida nivel bajo

4. ¿Qué dos diferencias fundamentales hay entre la tecnología TTL y CMOS?

TTL CMOS -Tecnología metal lógico semiconductor. -El 0 lógico es de 0V a 0.8V. -El margen de seguridad es de 0.8V a 2V.

-El 1 lógico es de 2V a 5V.

-Su tecnología es de transistor a transistor. -El 0 lógico es de 0V a 1.5V. -El margen de seguridad es de 1.5V a 3.5V.

-El 1 lógico es de 3.5V a 5V.

5. En una puerta de tecnología CMOS, ¿De qué valores de tensión son, aproximadamente, los niveles lógicos 0 y 1 de salida? ¿Es igual que el TTL? En los circuitos digitales es muy común referiste a las entradas y salidas que estos tienen como si fueran altos o bajos. (Niveles lógicos altos o bajos).A la entrada alta se le asocia un "1" y a la entrada baja un "0". Lo mismo sucede con las salidas.

En la realidad, estos valores son diferentes.

Los circuitos integrados trabajan con valores de entrada y salida que varían de acuerdo a la tecnología del circuito integrado.


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Nivel de tensión TTL CMOS

Bajo(0) 0V – 0.8V 0V – 1.5V

Alto (1) 2V – 5V 3.5V – 5V

6. El CI74LS86, ¿Qué funciones realiza?, ¿De qué tecnología es? -4 Compuertas XOR (Exclusive OR) de 2 entradas

-Tecnología: TTL Low Schottky (LS)

7. El CI74HC00 es equivalente funcionalmente al 74LS00, ¿Cuál es su diferencia? El TTL (74LS00): Tipo de lógica: NAND N. º de Pines: 14 Rango de temperatura de funcionamiento:-0 °C a +70 °C Tipo de caja: PDIP Corriente máxima de salida: 8mA Suministro Rango de voltaje: 4.75V a 5.25V EL CMOS (74HC00): Tipo de lógica: NAND N. º de Pines: 14 N. º de Puertas: 4 Rango de temperatura de funcionamiento: -40 ° C a +125 ° C Corriente de salida máxima: 5.2 mA Suministro Rango de voltaje: 2V a 6V

8. Dibujar el esquema de una puerta de 74LS08 con una puerta del 74LS04 en la

salida. ¿Qué función realiza el circuito obtenido? Poner la expresión lógica y tabla de verdad. -Esquema

A

B

X F= �̅�


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De estas funciones se obtiene la función NAND

-Expresión lógica

X=AB F=𝐴𝐵̅̅ ̅̅

-Tabla de la verdad

A B F

0 0 1

0 1 1

1 0 1 1 1 0

9. Demostrar la siguiente propiedad de algebra de Boole por medio de tablas de verdad y de forma algebraica.

A+ (BC)=(A+B) (A+C) Por algebra de Boole

A+ (BC)=(A+B) (A+C) (A+B) (A+C)=AA+AC+BA+BC=A+AC+BA+BC

(A+B) (A+C)= A (1+C+B)+BC=A (B+1)+BC (A+B) (A+C)=A (1)+BC=A+ (BC)

A+ (BC)=(A+B) (A+C)

B) Buscar información en Internet y hacer un resumen (incluir datos técnicos de uso) sobre: - Circuitos integrados (C.I.) digitales tecnología TTL. Circuitos integrados TTL TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor Logic, es decir, «lógica transistor a

transistor». Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de

circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los

elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.

http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_l%C3%B3gica

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_digital

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar


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¿Cómo funciona un circuito integrado TTL?

1 - Si E1 o E2 están a un nivel de voltaje de 0 voltios, entonces el transistor conduce, y Z =

0 Voltios

2 - Si E1 y E2 están a un nivel de voltaje de 5 voltios, entonces el transistor no conduce, y Z

= 5 Voltios

El inversor (NOT) quedaría como se muestra en la figura de abajo a la izquierda. A la

derecha ejemplo del patillaje de un circuito integrado TTL

La serie de circuitos integrados TTL es la base de la tecnología digital. Siendo

la compuerta NAND el circuito base de la serie 74 XX.

Es importante tomar en cuenta que para su funcionamiento, la carga de entrada.

- Con la señal de entrada en nivel bajo (LOW = 0), la entrada de la compuerta entrega

corriente a la fuente de señal de aproximadamente 10 mA (miliamperio)

- Con la señal de entrada en nivel alto (HIGH = 1), la entrada de la compuerta pide a la

fuente de la señal de entrada una corriente de aproximadamente de uA (microamperios)

- La entrada no conectada actúa como una señal de nivel alto (HIGH)

La carga mayor ocurre cuando la señal de entrada es de nivel bajo (LOW). En este

momento el transistor de salida tiene que aguantar mayor corriente.

Generalmente los transistores de esta serie aguantan hasta 100 mA (miliamperios).

Entonces solo se pueden conectar 10 entradas en paralelo (FAN IN = 10)

Notas:

- Las señales de entrada nunca deben de ser mayores que el voltaje de alimentaciones ni

inferiores al nivel de tierra.


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- Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto, conectarla a Vcc (voltaje de

alimentación).

- Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo, conectarla a tierra

- Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR, AND, conectarlas a una entrada

que si se esté utilizando.

- Es mejor que las salidas no utilizadas de unas compuertas estén a nivel alto pues así

consumen menos corriente.

- Evitar los cables largos dentro de los circuitos.

- Utilizar por lo menos un capacitor de desacople (0.01 uF a 0.1 uF) por cada 5 o 10

paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y registros y uno por cada

monoestable.

Estos capacitores de desacople eliminan los picos de voltaje de la fuente de alimentación

que aparecen cuando hay un cambio de estado en una salida TTL/LS. (de alto a bajo y

viceversa)

Estos capacitores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre Vcc y

tierra, lo más cerca posible al circuito integrado.

Características

-Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los

5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.

-Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y

0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto).

-La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta

característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual

han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc. y últimamente los CMOS:

HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.

-Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de

circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves

pérdidas).

Aplicaciones Además de los circuitos LSI y MSI descritos aquí, las tecnologías LS y S también se han empleado en: -Microprocesadores, como el 8X300, de Signetics, la familia 2900 de AMD y otros.

-Memorias RAM. -Memorias PROM.

-Programable array Logic, o PAL, consistente en una PROM que interconecta las entradas y cierto número de puertas lógicas.

- Circuitos integrados (C.I.) digitales tecnología CMOS


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Circuitos integrados CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de

tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado obviamente en la

placa base. En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la

tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es

considerablemente bajo. Drenador (D) conectada a tierra (Vss) (0), el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de conducción y es el que propaga un '1' (Vdd) a la salida. Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.

Ventajas La familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricación de circuitos integrados digitales: -El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario.

-Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.

-Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar. -La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de

integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías.

Inconvenientes Algunos de los inconvenientes son los siguientes:

-Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es

comparativamente menor que la de otras familias lógicas. -Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la

estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación

de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las


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técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente

regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación. -Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a

ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).

CMOS analógicos Los transistores MOS también se emplean en circuitos analógicos, debido a dos

características importantes: Alta impedancia de entrada

La puerta de un transistor MOS viene a ser un pequeño condensador, por lo que no existe corriente de polarización. Un transistor, para que pueda funcionar, necesita tensión de

polarización. Baja resistencia de canal

Un MOS saturado se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la superficie del transistor. Es decir, que si se le piden corrientes reducidas, la caída de tensión en el

transistor llega a ser muy reducida. Estas características posibilitan la fabricación de amplificadores operacionales "Rail -to-

Rail", en los que el margen de la tensión de salida abarca desde la alimentación negativa a la positiva. También es útil en el diseño de reguladores de tensión lineales y fuentes conmutadas.

Problemas Hay tres problemas principales relacionados con la tecnología CMOS, aunque no son

exclusivos de ella: Sensibilidad a las cargas estáticas Históricamente, este problema se ha resuelto mediante protecciones en las entradas del circuito. Pueden ser diodos en inversa conectados a masa y a la alimentación, que, además de proteger el dispositivo, reducen los transitorios o zener conectados a masa. Este último método permite quitar la alimentación de un sólo dispositivo. Latch-up. Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura cmos que se dispara cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad cuando

existen transitorios por usar líneas largas mal adaptadas, excesiva impedancia en la alimentación o alimentación mal desacoplada. El Latch-Up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación, de modo que, si no se ha previsto, acarrea la destrucción del dispositivo. Las últimas tecnologías se anuncian como inmunes al latch-up. Resistencia a la radiación El comportamiento de la estructura MOS es sumamente sensible a la existencia de cargas atrapadas en el óxido. Una partícula alfa o beta que atraviese un chip CMOS puede dejar cargas a su paso, cambiando la tensión umbral de los transistores y deteriorando o

inutilizando el dispositivo. Por ello existen circuitos "endurecidos" (Hardened), fabricados habitualmente en silicio sobre aislante (SOI).


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C) Buscar en información en Internet y/o YouTube ejemplos sencillos de circuitos electrónicos digitales en base a CIs. TTL y CMOS. - Escoja un circuito digital, comprenda su funcionamiento desde su esquema

circuital. El circuito escogido es un oscilador con 4 Leds. Link: http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15510686/Oscilador-con-4-led-electronica-basica.html

- Incluir diagramas y fotos de su circuito.

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