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• Rodrigo Santome

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U.N.M.S.M Facultad de Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Telecomunicaciones

Apellidos y Nombres

Matricula

Santome Garcia Rodrigo Fernando Curso

Tema Compuertas lógicas básicas

Circuitos digitales Informe Previo Numero 1

17190279

Fechas

Nota

Realización

Entrega

17/06/20

18/06/20

Grupo

Profesor

“L27”: Jueves10 AM – 12PM

Ing. Oscar Casimiro Parisaca

1. Concepto de sistema analógico y sistema digital. Señal analógica y señal digital.

. Sistema analógico: Un sistema analógico es aquel cuyas señales pueden admitir valores infinitos que pueden variar de forma continua. Los datos que forman parte de la naturaleza son de origen analógico: la temperatura, la distancia, el sonido, voltaje, imágenes, etc. Si bien todas estas variables se pueden convertir a datos digitales son, originalmente, analógicas.

. Sistema digital: Un sistema digital es cualquier sistema que permita crear, decodificar, transmitir o guardar información que se encuentra representada en cantidades tan restringidas que sus señales de entrada y salida solo admiten valores discretos. Los valores discretos son variables que no aceptan cualquier valor, sino solo aquellos que pertenezcan a su conjunto, por tanto, son finitos. En este sentido, un sistema digital es todo dispositivo que manipule datos mediante dígitos que casi siempre están representados con el código binario. El sistema binario solo admite ceros (0) y unos (1) como valores, por lo tanto, se trata de valores discretos. Actualmente, los sistemas digitales se encuentran incorporados en dispositivos magnéticos, electrónicos y mecánicos.

. Señal analógica: Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético; que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión y térmicas como la temperatura. En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suave y continúa. Una onda sinusoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

. Señal digital: La señal digital es un tipo de señal en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación). Esto no significa que la señal físicamente sea discreta ya que los campos electromagnéticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unívocamente. Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan la lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa. Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente. En la figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos. Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales, que son: punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio palabras) y espacio largo (entre frases).

medio (entre

Referido a un aparato o instrumento de medida, se dice que el aparato es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.

2. ¿Cómo identificas las terminales de ánodo y cátodo de un LED?

Notar que las dos “patas” del LED son de distinto largo, lo que indica cuál es el ánodo y cuál es el cátodo. 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? Depende del material del que está elaborado.

4. ¿Qué pasaría con un LED si se conecta directo a una fuente de voltaje sin su resistencia en serie? Si el LED recibe un voltaje que sobre pase los valores indicados, se quemaría, si el voltaje estuviese por debajo de lo indicado no funcionaria de la manera correcta.

5. ¿Cuál es la ecuación para determinar la corriente que pasa a través de un LED? La ecuación para determinar la corriente que pasa a través de un LED es:

I = (VS – VL) / R Donde: R es la resistencia limitadora en ohmios, V S es la tensión de alimentación, VL es la tensión de LED e I es la corriente.

6. ¿Cuánto es el voltaje en terminales de la resistencia de 330Ω 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?

Para que el LED azul este encendido, debe pasar una corriente eléctrica, por este motivo es que el switch debe de estar cerrado; el mínimo voltaje que debe tener es de 3V, entonces como el voltaje total es 5V, el voltaje de la resistencia seria de 2V. Cuando el LED esta apagado, no circula corriente eléctrica, por este motivo que el switch debería de estar abierto, el V0 sería igual a 0V.

7. ¿Cuál es la finalidad de la resistencia de 330 Ω en el circuito mostrado? La finalidad de esta resistencia es que adquiera cierto voltaje para que así nuestro diodo LED no se cargue con los 5V de la fuente, ya que su voltaje de funcionamiento varía entre 3V y 3.8V, si esta resistencia no estuviera nuestro diodo LED se quemaría.

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. Las tecnologías utilizadas son: -Tecnología bipolar -Tecnología NMOS -Tecnología CMOS -Tecnología SOI -Tecnología BiCMOS Ventajas y desventajas de la CMOS: 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. 

Desventajas: · 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 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.

Ventajas y desventajas de los TTL: Ventajas: -La tecnología TTL tiene mayor inmunidad al ruido. -Menor retraso de propagación. -Permite desarrollar más funciones. -Su rapidez es incomparable con otras familias lógicas. Desventajas: -La disipación de potencia. -Muy altos costos de fabricación. -Su voltaje de alimentación es negativo al igual que los niveles lógicos. -No son compatibles con las de más familias lógicas.

9. ¿A qué rango de voltaje se le considera un 1 lógico en los dispositivos digitales binarios de tecnología de fabricación TTL y CMOS? Definir VIH máx., VIH min, VOH máx., VOH min. Para que se le considere 1 lógico en la entrada debe encontrarse entre 2V y 5V. Para que se le considere 1 lógico en la salida debe encontrarse entre 2.4V y 5V. VIH máx.= Máxima Vi para nivel H. VIH máx.= Vdd VIH min. = Mínima Vi para el nivel alto o H. VOH máx. = Máxima Vo para nivel H. Voh máx.= Vdd VOH min. = Mínima Vo para el nivel alto o H.

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. Para que se le considere 0 lógico en la entrada debe encontrarse entre 0V y 0.8V. Para que se le considere 0 lógico en la salida debe encontrarse entre 0V y 0.4V. VIL máx.= Máxima Vi para nivel bajo o L. VIL min. = Mínima Vi para el nivel bajo o L. VIL min. = 0V VOL máx. = Máxima Vo para nivel bajo o L. VOL min. = Mínima Vo para el nivel bajo o L. VOL min. = 0V.

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? Un transistor funciona como un interruptor, conectado al colector Rc si se hace pasar rápida de corte a saturación y viceversa. En corte es un interruptor abierto y en saturación es un interruptor cerrado. Los datos para calcular un circuito de transistor como interruptor son: El voltaje del circuito que se va a encender y la corriente que requiere con ese voltaje. El voltaje Vcc se hace igual al voltaje nominal del circuito, y la corriente corresponde a

la corriente Ic sat. Se calcula la corriente de saturación mínima, luego la resistencia de base mínima.

Diferentes tiempos de switcheo del transistor: Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es el tiempo que transcurre desde el instante en que se aplica la señal de entrada en el dispositivo conmutador, hasta que la señal de salida alcanza el 10% de su valor final. Tiempo de subida (Rise time, tr): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 10% y el 90% de su valor final. Tiempo de almacenamiento (Storage time, ts): Tiempo que transcurre desde que se quita la excitación de entrada y el instante en que la señal de salida baja al 90% de su valor final. Tiempo de caída (Fall time, tf): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 90% y el 10% de su valor final.

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?

A) COMPUERTA AND: Para la compuerta AND, La salida estará en estado alto de tal manera que solo si las dos entradas se encuentran en estado alto. Por esta razón podemos considerar que es una multiplicación binaria.

CODIGO EN TTL: 74LS08

B) COMPUERTA OR: La compuerta OR, la salida estará en estado alto cuando cualquier entrada o ambas estén en estado alto. De tal manera que sea una suma lógica.

CODIGO EN TTL: 74LS32

C) COMPUERTA NOT: En la compuerta NOT, el estado de la salida es inversa a la entrada. Evidentemente, una negación.

CODIGO EN TTL: 74LS04

D) COMPUERTA NAND: Para la compuerta NAND, cuando las dos entradas estén en estado alto la salida estará en estado bajo. Como resultado de la negación de una AND.

CODIGO EN TTL: 74LS00

E) COMPUERTA NOR: En la compuerta NOR, cuando las dos entradas estén en estado bajo la salida estará en estado alto. Esencialmente una OR negada.

CODIGO EN TTL: 74LS02

F) COMPUERTA XOR: La compuerta XOR Su salida estará en estado bajo cuando las dos entradas se encuentren en estado bajo o alto. Al mismo tiempo podemos observar que entradas iguales es cero y diferentes es uno.

CODIGO EN TTL: 74LS86

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.

14. ¿Qué valor lógico se considera cuando una señal de entrada no está conectada a la entrada del circuito integrado? Cuando una señal de entrada no está conectada a la entrada del circuito integrado se considera el 1 lógico.

15. ¿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).

El voltaje mínimo para que funcione correctamente un circuito típico TTL es de 4.5 V, y el voltaje máximo seria 5.5V.