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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍNDEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA ELECTRICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICALABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES

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EXPERIENCIA Nº 01

INSTRUMENTACIÓN Y PRINCIPIOS BÁSICOS

I.- OBJETIVO:

El objetivo de esta primera práctica consiste en que el alumno tome contacto con la

instrumentación y otros elementos del laboratorio que utilizara a lo largo del curso.

II.- INTRODUCCION TEORICA:

En el laboratorio de sistemas digitales, el alumno aprenderá a utilizar circuitos analógicos y

digitales integrados reales con el fin de entender su funcionamiento e interconexión. Los

circuitos integrados que se utilizaran serán tanto analógicos (741 y 356) como digitales de

lógica Transistor-Transistor (TTL) y metal-oxido-semiconductor complementario CMOS.

2.1. Normas de conexión para circuitos integrados.

En los manuales de datos existe un a disposición del alumno hojas de características de los

componentes a utilizar, entre ellos las del μA741, LM351 y 555 que son los amplificadores

operacionales y temporizador, respectivamente, que utilizaremos en las prácticas. Sólo hacer

notar que para los amplificadores operacionales las tensiones de alimentación son de + 15 y -

15 V.

La familia de integrados que se utilizara mas frecuentemente durante las prácticas digitales

corresponden a la familia TTL. La numeración de cualquier circuito integrado (CI) de esta

familia comienza con los números 74 (serie comercial) ó 54 (serie militar, con

especificaciones más exigentes). Como normas generales de funcionamiento se puede decir

que para la familia TTL:

No se puede conectar directamente dos salidas (sólo en open collector).

La tensión de alimentación debe ser constante de 5 V (+/- 0.5V), excepto para los casos de

familias de baja potencia por los cuales la tensión de alimentación puede ser por debajo de

los 3.3 V.

________________________________________________________________________________Ing. Giraldo Carpio R. Abril 2015 1 de 6



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No se debe dejar sin conectar ninguna entrada. Una entrada al aire no tiene referencia de

tensión, por lo tanto, la conmutación dependerá de los niveles de tensión internos de la

puerta. La mayor parte de los problemas de funcionamiento son debidos a estos fallos de

conexión.

Para una mayor inmunidad frente al ruido, velocidad de conmutación y menor consumo, el

fabricante recomienda conectar las entradas que no se utilizan a nivel lógico ‘1’.

Deben evitarse conexiones largas entre circuitos. Los cables podrían actuar de antenas y

generar un funcionamiento incorrecto.

Los niveles típicos de tensión asociados a los niveles lógicos de las entradas y salidas son los

que se muestran en la Tabla 1. Cualquier tensión entre 0 y 0.8V a la entrada de una puerta

LS-TTL será interpretada como un ‘0’ lógico, y cualquier tensión entre 2 y 5 V será

interpretada como un ‘1’ lógico.

Tabla 1: Rango de tensiones para niveles lógicos en LS-TTL

Estos datos son proporcionados por el fabricante en unas tablas como la de la figura

siguiente:

Como se puede observar en la Tabla 2, los niveles de salida se encuentran dentro de los

márgenes admitidos por los de las entradas de la misma familia, de forma que siempre se

pueden interconectar en cascada varias puertas. Para la familia LS-TTL, la tensión de salida

máxima garantizada para el ‘0’ lógico es de 0.5 V (inferior en 0.3 V al máximo permitido

para el ‘0’ de entrada), mientras que la tensión de salida mínima para el ‘1’ lógico es de 2.7

V (superior en 0.7 V al mínimo permitido para la entrada).




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Tabla 2: Niveles lógicos en la familia TTL

Utilizar al menos un condensador de desacoplo (valores entre 10 nF y 100 nF) para cada

grupo de 5 a 10 puertas, uno por cada 2 a 5 subsistema combinacional o secuencial (registro

y contadores), y uno por cada monoestable. Los condensadores de desacoplo neutralizan los

impulsos eléctricos que tienen lugar cuando una salida TTL cambia de estado y protegen

frente a variaciones de tensión de alimentación.

Los terminales han de ser cortos y conectarse desde +VCC (+5 V) a masa lo más cerca

posible de los CI.

Las consideraciones generales de conexión mencionadas anteriormente para circuitos de la

familia TTL son también aplicables a los circuitos de la familia CMOS. Estos tipos de

circuitos se caracterizan por:

Bajo consumo en reposo y reducido tamaño, lo que permite una alta integración de

funciones.

La alimentación puede oscilar entre 3 V y 15 V. Valores entre 9 V y 12 V proporcionan

rendimientos óptimos para la familia 4000.

La tensión de entrada a las puertas no debe nunca exceder la tensión de alimentación

(excepto en buffers).




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Deben evitarse, en lo posible, flancos de subida y/o de bajada excesivamente lentos de la

señal de entrada ya que ello repercute en un excesivo consumo. Se consideran tiempos

óptimos aquellos menores de 15 μs.

Todas las entradas no utilizadas deben conectarse a alimentación o masa. En caso contrario

se produciría un funcionamiento incorrecto o un alto consumo.

Nunca se debe conectar una señal de entrada a un circuito CMOS si no está conectada la

alimentación.

Las razones que explican el porqué se debe tener tan especial cuidado en el manejo de

circuitos CMOS hay que buscarlas en la propia estructura interna de estos circuitos.

El transistor básico CMOS está basado en una capa delgada de SiO2 que separa y aísla el

metal de la puerta del substrato de silicio (Si). Al ser esta capa una película muy delgada, el

CI CMOS queda virtualmente sin carga ante una señal de entrada, siendo muy susceptible de

perforarse por electricidad estática.

2.2. Conexiones de los Circuitos Integrados.

Los CI pueden contener más de una puerta lógica. El fabricante proporciona esquemas de las

conexiones. Por ejemplo, la Figura 1 corresponde al esquema de conexiones del CI 74XX00

(XX= LS, ALS, etc.). Se observan las entradas y salidas de cada una de las cuatro puertas

NAND que contiene. La alimentación es común a todas las puertas.

Todos los CI’s numeran las conexiones (pines) tomando como referencia la muesca o marca

de fábrica situado en uno de los extremos del circuito integrado y se comienza en sentido

contrario al de las agujas del reloj.

Atención a la hora de conectar las conexiones de alimentación (VCC) y masa (GND), puesto

que una incorrecta conexión significa en la mayoría de los casos la destrucción del CI.




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Figura 1: Esquema de conexiones del CI 74LS00

III.- ELEMENTOS A UTILIZAR:

- 01 Osciloscopio Digital con puntas de 100 MHz con puntas lógicas.

- 01 Generador de funciones con su cable de salida.

- Resistencias: Normalizadas

IV.- PROCECIMIENTO

4.1. Medidas básicas, generación y visualización de señales.

El osciloscopio, generador de funciones, las fuentes de alimentación y el multímetro se

utilizarán en las prácticas posteriores para visualizar/medir/generar una señal de entrada y/o

medir características dinámicas de las señales de salida de los circuitos implementados.

El generador de funciones proporcionará señales digitales, conectando éste en la función de

onda senoidal, cuadrada o triangular y actuando sobre los controles de amplitud, ganancia y

OFFSET. De ese modo, se obtiene señales de entrada a nuestros circuitos.

1. Visualizar mediante el osciloscopio una señal TTL por el canal 1 de 10 Khz.

2. Visualizar la misma señal por el canal 2.

3. Visualizar utilizando el Offset una señal TTL de 50 Khz. Localice los valores unos y ceros.




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4. Visualizar una señal de -2 a 5 V a 1000 Hz. Aumentar la frecuencia y comentar posibles malformaciones de la onda.

5. Visualizar una onda triangular de 0 a 9 V. a 20 kHz. Comprobar lo que ocurre con el acople de continua y de alterna. Usar la tecla GD del osciloscopio para comprobar la correcta lectura de la señal.

6. Visualizar una onda senoidal de 0 +200 mV a 10 kHz.

7. Visualizar una onda cuadrada de -200 mV a -600 mV a 5 kHz.

8. Visualice la onda senoidal más pequeña posible en amplitud.

9. Mediante el multímetro compruebe la continuidad de pistas en la protoboard y la ausencia de cortocircuitos.

10. Diseñe un divisor de tensión según resistencias normalizadas para obtener en la misma rama 4.5 V y 3 V.

IV.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Dar sus observaciones y conclusiones de forma personal, en forma clara y empleando el

menor numero de palabras.

Ing. G. Carpio RDocente DAIEL


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