compuertas logicas

CIRCUITOS DIGITALES

Instructor: Alfredo Jimenez 1

Compuertas Lógicas

FUNCIONES BASICAS Y SUS CIRCUITOS REPRESENTATIVOS

Instructor: Alfredo Jiménez

IntroducciónLa electrónica digital es la tecnología que hace posible la creación de dispositivos “digitales” como relojes, calculadoras y computadoras, entre otros.

CIRCUITOS DIGITALES


• La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.

• En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que haga posible la miniaturización de circuitos.


Niveles de integración

El término nivel de integración se usa para indicar la cantidad de transistores en un chip de silicio.Cuantos más transistores y otros componentesse ensamblen sobre un chip, más compuertasy sistemas habrá en ese chip. Por lo tanto, podrán lograrse más funciones con menos chips.

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• Los niveles de integración comúnmente se definen del siguiente modo:

• Integración de pequeña escala (SSI) -en el cual existe un pequeño número de compuertas o funciones enun circuito integrado. Las próximas actividades se centrarán en este tipo de circuito.

• Integración de mediana escala (MSI) -Un número relativamente grande de circuitos (varias docenas) se ubican en una única pieza de silicio.

• Integración de gran escala (LSI) -Varios cientos de compuertas y sistemas ubicados en un chip.

• Integración de muy gran escala (VLSI) -Decenas de miles o aún millones de compuertas y otros sistemas seubican en una pieza de silicio. Ejemplos de tales componentes incluyen chips de memoria, microprocesadores, controladores y más.

CIRCUITOS SSI

Todo circuito integrado (CI) posee un número de identificación otorgado por el fabricante, así como ciertos datos impresos en los componentes.

El número de identificación determina el tipo de componente.

En otras palabras, el número de identificación del circuito integrado determina eltipo de función (de las funciones que has estudiado en el módulo de Fundamentos de la electrónica).

Además, el número de identificación determina la serie a la que pertenece el circuito integrado.

Ejemplos de series de circuitosSSI

• 7400 -Cuádruple compuerta NAND con dos entradas

• Este circuito integrado comprende cuatro compuertas NAND con dos entradas por cadacompuerta.

• 7402 - Cuádruple compuerta NOR con dos entradas

• Este circuito integrado comprende cuatro compuertas NOR con dos entradas por cada compuerta.

• 7411 - Triple compuerta AND con tres entradas

• Este circuito integrado comprende tres compuertas NAND con tres entradas por cada compuerta

• 4002 - Doble compuerta NOR con cuatro entradas Este circuito integrado tipo CMOS comprende dos compuertas NOR con cuatro entradas por cada compuerta.

• 4049 -Compuerta inversora (NOT) HAX Este circuito de tipo CMOS comprende seis compuertas NOT


Interruptores lógicosLos circuitos lógicos digitales son redes complejas de interruptores hechos con transistores. Éstos circuitos lógicos simples se llaman compuertas. Como ejemplo tenemos:

La lámpara enciende siA Y B están cerrados

A B

La lámpara enciende siA O B están cerrados

A

B

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Circuitos lógicos con transistores

Las siguientes pantallas mostrarán como los interruptores hechos con base a transistores se utilizan para formar cuatro circuitos de decisión o compuertas lógicas básicas, se muestra la tabla de verdad, la cual muestra la salida de todas las combinaciones posibles.

Compuerta AND

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

A

Tierra

Tierra

+6V

+6V

B

Tierra

+6V

Tierra

+6V

Salida

Tierra

Tierra

Tierra

+6V

AB

Salida

Compuerta NAND

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

A

Tierra

Tierra

+6V

+6V

B

Tierra

+6V

Tierra

+6V

Salida

+6V

+6V

+6V

Tierra

AB

Salida

Compuerta OR

A

Tierra

Tierra

+6V

+6V

B

Tierra

+6V

Tierra

+6V

Salida

Tierra

+6V

+6V

+6V

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

SalidaAB

Salida

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Compuerta NOR

A

Tierra

Tierra

+6V

+6V

B

Tierra

+6V

Tierra

+6V

Salida

+6V

Tierra

Tierra

Tierra

A

B

10kW

10kW

4.7kW

2N2222

2N2222

6V

Salida

AB

Salida

Resumen

A

0

0

1

1

B

0

1

0

1

A or B

0

1

1

1

A nor B

1

0

0

0

A nand B

1

1

1

0

A and B

0

0

0

1

A xor B

0

1

1

0

A xnor B

1

0

0

1

Sustituyendo los voltajes y las “tierras” por los dígitos binarios tenemos:

La secuencia de las entradas corresponden a los cuatro primeros números expresados en el sistema binario

AB

Salida

Compuerta XNOR

AB

Salida

Compuerta XOR

Orden de los pines

Ciertos datos son comunes a todos los circuitos integrados (CI). Los CI que estudiarás en este módulo generalmente tendrán de catorce a dieciséis pines de conexión. (Hay circuitos con tan solo cuatro pines y otros CI tienen mas pines)

El orden de los pines es idéntico en todos los circuitos integrados. En cada caso, debe identificarse el pin 1.

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Estructura Interna Circuito Integrado LS7400

Vcc

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

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4025Instructor: Alfredo Jiménez

Tiempo de retardo depropagaciónUna entrada o salida de cualquier sistema digital puede tener uno de dos estados en cualquier momento dado: 0 o 1.Cuando hay actividad en el sistema, el estado de una entrada o salida puede variar.El cambio de estado en la entrada o la salida no se refleja de inmediato.Más bien, se requiere un cierto tiempo que el sistema debe considerar.

Este período se conoce como tiempo de retardo de propagación o simplemente tiempo de propagación.

El cambio en los niveles lógicos normalmente se grafica para permitir el análisis del cambio como una función de tiempo. En ese tipo de gráfico, conocido como diagramade tiempo, el eje horizontal es en realidad una línea de tiempo.

El tiempo de propagación es el tiempo que transcurre desde el momento en que se modifica la entrada hasta el momento en que se modifica la salida.Cuanto más corto es el período, con más rapidez opera el sistema.

Diagrama detiempo debajo a alto

El gráfico refleja una función NOT, que significa que la salida está siempre en posición opuesta a la entrada.El gráfico muestra el cambio en la salida resultante del cambio en la tensión de entrada como una función de tiempo.Cuando la entrada cambia de alta a baja, transcurrido un tiempo ocurre un cambioen la salida.Este lapso se llama , por supuesto, es la variable común que se utiliza para representar el tiempo

El subíndice "plh" significa "propagation low to high," (propagación de bajo a alto),o en otras palabras, el tiempo que demora el sistema en pasar de posición baja a posición alta luego de un cambio en la señal de entrada.

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Diagramade tiempode alto abajo

• El subíndice "phl" significa "propagation from low to high" (propagación de bajo aalto). En otras palabras, es el tiempo quele toma al sistema caer desde la posiciónalta a la posición baja luego de un cambio en la señal de entrada.

Uso de la tableta protoboard

Tableta protoboard Cable telefónicoblindado

Circuitos integradosResistencias

Puedes agregar otros componentes, comoLEDs, o enganchar otras tabletas de experimentación

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Al insertar cualquier patita de un componente,

automáticamente queda conectada toda la columna

La alimentación del circuito se coloca en los extremos a lo largo de la tableta

– +

Todos las entradas compartenla misma información, losgrupos se mantienen

independientes

Los puentes o interconexiones se hacen con un cable de cobre protegido

con plástico aislante

Energizamos una línea para alimentar al circuito integrado

Energizamos una línea para alimentar al circuito integrado

Éstos puentes permiten hacer interconexiones en nuestra tarjeta y poder reutilizarse.

Hay otro tipo de tarjetas para probar circuitos

Las líneas energizadas

corren alrededor del circuito

Área de trabajopara

los circuitos

Área de interfaz con otros circuitos

Alrededor de cada agujero existe un

recubrimiento metálico para las conexiones de soldadura

Uso de resistencias

X1 ΩΩΩΩ

X10 ΩΩΩΩ

X100 ΩΩΩΩ

X1,000 ΩΩΩΩ

X10,000 ΩΩΩΩ

X100,000 ΩΩΩΩ

X1’000,000 ΩΩΩΩ

X10’000,000 ΩΩΩΩ

X100’000,000 ΩΩΩΩ

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Negro

Café

Rojo

Naranja

Amarillo

Verde

Azul

Violeta

Gris

Blanco

Ninguno: ±20%

Dorado: ±5%

Plateado: ±10%

Tolerancia

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+ –

Configuración de los LED’s

+ –

Ya que utilizaremos circuitos TTL, buscar preferentemente aquellos que soporten 5 V

+ –

Si no se consiguen de éste tipo, agregar una resistencia de 330 Ωentre el LED y tierra

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FIN

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