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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P. INGENIERÍA ELÉCTRICA

Laboratorio de Circuitos Digitales INFORME PREVIO Nº 1

TEMA

:

Compuertas Lógicas Básicas

CURSO

:

Circuitos Digitales

DOCENTE

:

Ing. Óscar Casimiro Pariasca

ESTUDIANTE:

Vicente Cabello Marcio Yuliño

CÓDIGO

:

17190220

SEMESTRE

:

2020 – I

INFORME PREVIO N°1

LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES

I. OBJETIVO: Verificar el funcionamiento de diversas compuertas lógicas básicas TTL. II. MATERIALES y EQUIPO: - CI. TTL: 7400, 7402, 7404, 7408, 7432, 7486. - Opcional: CI CMOS: 4001, 4011, 4069, 4071, 4081 - 4 Diodos LED, 4 Resistencias R=120 ohm, ¼ watt; Protoboard. Alambre sólido AWG No. 30 diferentes colores; pelador de alambre; alicate de punta - Fuente de Voltaje C.C. regulada de 5 Voltios; VOM. Opcional: osciloscopio, generador de pulsos.

III. INFORME PREVIO: 1. Concepto de sistema analógico y sistema digital. Señal analógica y señal digital. Sistema Digitales. 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. La mayoría de las veces estos dispositivos son electrónicos, pero también pueden ser mecánicos, magnéticos o neumáticos. Para el análisis y la síntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el álgebra de Boole.     

Los sistemas digitales generalmente son más fáciles de diseñar. Facilidad para almacenar la información. Mayor exactitud y precisión. Programación de la operación. Los circuitos digitales se afectan menos por el ruido.

Sistema Analógico. 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. Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores discretos. La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejemplos de magnitudes analógicas son el tiempo, la presión, la distancia, el sonido.

VICENTE CABELLO MARCIO YULIÑO

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Señal analógica. Las medidas físicas se utilizan cuando hablamos de utilizar señales analógicas, que son especialmente usadas para llevar a cabo la transmisión de elementos de vídeo o sonido. Aunque son señales de tipo continuo hay que decir que su expansión se produce por la entrada en escena de las ondas de tipo senoidal. Una de las ventajas del uso de la señal analógica es que hay poco consumo de ancho de banda, mientras que por otro lado es un tipo de acción que se procesa en tiempo real.

Señal digital. Información lógica o cantidad física que se representa en forma digital. En este caso se utiliza un sistema de códigos binarios (los números 0 y 1) con los que se lleva a cabo la transmisión bajo una pareja de amplitudes que proporciona grandes posibilidades. El proceso del que hablábamos con las ondas senoidales en las señales analógicas cambia de forma completa para dar paso a ondas cuadradas, lo que permite hacer uso de la modulación digital y de un tipo de señal que no es continua. Su ventaja es que proporcionan una mayor capacidad para transmitir información.

Ilustración 1: Sistema electrónico analógico

Ilustración 2: Sistema que utiliza métodos digitales y analógicos

VICENTE CABELLO MARCIO YULIÑO

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2. ¿Cómo identificas las terminales de ánodo y cátodo de un LED? En un LED, la pata más larga corresponde al ánodo y la más corta al cátodo. La corriente siempre fluye de ánodo a cátodo. En un circuito simple, el ánodo se conecta al voltaje positivo de la fuente y el cátodo se conecta a tierra o al voltaje negativo de la fuente.

3. ¿De qué depende la intensidad luminosa de un LED? De la cantidad de voltaje de entrada

4.

¿Qué pasaría con un LED si se conecta directo a una fuente de voltaje sin su resistencia en serie? Se quemaría o podría quemarse

5. ¿Cuál es la ecuación para determinar la corriente que pasa a través de un LED? V/R (ley de ohm)

R: resistencia conectada al LED

6. ¿Cuánto es el voltaje en terminales de la resistencia de 330 Ω del circuito de entrada cuando el LED está encendido? ¿El SWitch debe estar abierto o cerrado? Considerar V=5 voltios. ¿Y cuánto es el valor del voltaje Vo cuando el LED está apagado?

a) Considerando una corriente próxima a 10mA para que el diodo LED esté en funcionamiento obtenemos un voltaje en la resistencia de 3.3v b) El switch deberá estar cerrado de lo contrario el LED no encendería. c) Si el switch está abierto el voltaje Vo será de cero, pues no existe alimentación.

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7. ¿Cuál es la finalidad de la resistencia de 330 Ω en el circuito mostrado?

Proteger al LED, pues limita la corriente. Si no se coloca puede dañar irreparablemente al LED. Además, para la corriente que pasa por este, sea la adecuada y así que su diferencia de potencial sea la que recomienda el fabricante y evitar la sobre tensión.

8. ¿Cuáles son las tecnologías utilizadas en la fabricación de componentes digitales? Explique las características de los TTL y CMOS indicando sus ventajas y desventajas? Circuitos Lógicos CMOS Esta tecnología, hace uso básicamente de transistores de efecto de campo NMOS Y PMOS. La tecnología CMOS es la más utilizada actualmente para la construcción de circuitos integrados digitales, como las compuertas, hasta los circuitos como las memorias y los microprocesadores. La tensión nominal de alimentación de los circuitos CMOS son +5 V y +3,3 V. Familia TTL Lógica de Transistor a Transistor. Esta tecnología, hace uso de resistencias, diodos y transistores bipolares para obtener funciones lógicas estándar. La tensión nominal de alimentación de los circuitos TTL son 5 VDC.

Tiempos de propagación Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal de entrada pasa por un determinado valor hasta que la salida reacciona a dicho valor. VICENTE CABELLO MARCIO YULIÑO

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TpHL = tiempo de paso de nivel alto a bajo. TpLH = tiempo de paso de nivel bajo a alto. Td = tiempo de delay Tr = tiempo de subida Tf=tiempo de caída

Ilustración 3

Capacidad de carga FAN IN = es el número de entradas con que cuenta la compuerta FAN OUT = especifica el número de cargas que la salida de una compuerta es capaz de alimentar

9. ¿A qué rango de voltaje se le considera un 1 lógico en los dispositivos digitales binarios de tecnología de fabricación TTL y CMOS? 3a5V

¿Definir VIH máx., VIH min, VOH máx., VOH min?

Niveles lógicos  

Un voltaje de entrada nivel alto se denomina VIH Un voltaje de salida nivel alto se denomina VOH

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Ilustración 4

Ilustración 5

10. ¿A qué rango de voltaje se le considera un 0 lógico en los dispositivos digitales binarios de tecnología de fabricación TTL y CMOS? Definir VIL máx., VIL min, VOL máx., VOL min 1a2V

Niveles lógicos  

Un voltaje de entrada nivel bajo se denomina VIL Un voltaje de salida nivel bajo se denomina VOL

Niveles de corriente

Además de los niveles de voltaje, también hay que tomar en cuenta, las corrientes presentes a la entrada y salida de las compuertas digitales.

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   

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La corriente de entrada nivel alto se denomina: IIH La corriente de entrada nivel bajo se denomina IIL La corriente de salida nivel alto se denomina: IOH La corriente de salida nivel bajo se denomina IOL

11. Explique el funcionamiento de un transistor NPN en emisor común para que actúe como un interruptor. ¿Cuáles son los diferentes tiempos de switcheo de un transistor? El interruptor a transistor se puede usar con corrientes de interrupción de menos de un amperio. En vez de un interruptor mecánico en el circuito de la base, se podría usar un op-amp. Cuando el interruptor está abierto, no fluye corriente por la base, por tanto, la corriente del colector está cortada. La resistencia RB debe ser suficientemente pequeña para llevar el transistor a su estado de saturación, de modo que la mayor parte del voltaje Vcc aparece a través de la carga. En una configuración donde se toma la salida debajo de la resistencia de carga, esta clase de interruptor puede funcionar como un buffer inversor en un circuito digital.

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12. Funciones y circuitos lógicos básicos. Tabla de verdad de una función lógica. Dibujar el símbolo lógico y la tabla de verdad para cada uno de los circuitos lógicos básicos: NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR. ¿Cuáles son los códigos en TTL para estas compuertas? EL INVERSOR El inversor (circuito NOT) realiza la operación denominada inversión o complementación. El inversor cambia un nivel lógico al nivel opuesto. En términos de bits, cambia un 1 por un 0, y un 0 por 1.

X

Z

0

1

1

0

LA PUERTA AND La puerta AND es una de las puertas básicas con la que se construyen todas las funciones lógicas. Una puerta AND puede tener dos o más entradas y realiza la operación que se conoce como multiplicación lógica.

X

Y

Z

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

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LA PUERTA OR La puerta OR es otra de las puertas básicas con las que se construyen todas las funciones lógicas. Una puerta OR puede tener dos o más entradas y realiza la operación que se conoce como suma lógica.

X

Y

Z

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

LA PUERTA NAND La puerta NAND es un elemento lógico popular, debido a que se puede utilizar como una puerta universal, es decir, las puertas NAND se pueden combinar para implementar las operaciones de las puertas AND, OR y del inversor.

X

Y

Z

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

LA PUERTA NOR VICENTE CABELLO MARCIO YULIÑO

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La puerta NOR, al igual que la puerta NAND, es un útil elemento lógico porque también se puede emplear como una puerta universal; es decir, las puertas NOR se pueden usar en combinación para implementar las operaciones AND, OR y del inversor.

X

Y

Z

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

X

Y

Z

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

LA PUERTA OR- exclusiva (XOR)

LA PUERTA NOR-exclusiva (XNOR)

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X

Y

Z

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

13. Habilitación/inhabilitación para el control de datos: Uno de los usos más comunes de las compuertas básicas está en el control del flujo de datos de la entrada a la salida. En este modo de operación se emplea una entrada como control, mientras que la otra lleva los datos que serán transferidos a la salida. Si se permite el paso de estos, se dice entonces que la compuerta está habilitada. Si no se permite el paso de los datos, entonces la compuerta está inhabilitada. Muestre para cada una de las compuertas básicas, las condiciones necesarias para la habilitación/inhabilitación de éstas, analizando la tabla de verdad. Habilitación para el control de datos

Inhabilitación para el control de datos

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14. ¿Qué valor lógico se considera cuando una señal de entrada no está conectada a la entrada del circuito integrado?

1. ¿Cuáles son los valores máximo y mínimo de voltaje de alimentación para que funcione correctamente un circuito típico TTL? (consulte los datos en un manual de TTL o la hoja del fabricante por lo menos dos circuitos diferentes por ejemplo SN7408 y SN74LS86).

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CONCLUSIONES 



En este previo entendí cómo funcionan los operadores lógicos ya que de manera más visual se nota cada vez que el estado de la salida cambia conforme son modificados las entradas, el comportamiento de cada operador no es muy complicado ya que para que la salida del AND sea 1 todas las entradas tienen que serlo, para la del OR cualquier entrada o ambas tienen que estar en 1 para que la salida sea 1, el NAND y el NOR son solo negaciones del AND y OR, y el EXOR la salida es 1 solo cuando una de las entradas es 1. Entonces cada operador tiene su manera de trabajar y además cada una se distingue por un símbolo diferente que gracias a la clase ordinaria y el repaso del laboratorio se pueden aprender fácilmente.

BIBLIOGRAFIA https://blogdelafime.wordpress.com/2016/09/ 11/practicas-no-2-de-electronica-digital/ https://www.universidadviu.com/introduccio n-e-importancia-los-circuitos-digitales/ http://www.iearobotics.com/personal/juan /docencia/apuntes-ssdd-0.3.7.pdf https://sites.google.com/site/electronicadigitalmegatec/home/circuitos

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