1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS
NATURALES NO RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS
DISEÑO DIGITAL
Nombre: Kevin Luis Atiencia Pogo
Paralelo: “A”
Fecha: 23 de Marzo del 2014
Docente: Ing. Henry Cueva
CONSULTA Nº 2
1. Temas:
• Familias TTL
• FAMILIAS CMOS
2. Descripción:
Familia lógica TTL
TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor lógica, es decir, "lógica
transistor a transistor",esta fue la primera familia de éxito comercial, se utilizó
entre 1965 y 1985. Los circuitos TTL utilizan transistores bipolares y algunas
resistencias de polarización. La tensión nominal de alimentación de los
circuitos TTL son 5 V DC.
Están fabricadas a partir de BJT npn y resistencias, son las mas antiguas en uso
y aun a si siguen siendo populares en sistemas digitales que utilizan circuitos
integrados a escala pequeña, media y gran escala de integración, a pesar de
ser sustituidos por las familias lógicas CMOS y BICMOS en la mayor parte de las
aplicaciones, TTL sigue construyendo un estándar de referencia de la
electrónica digital.[1]
Características.
La familia lógica transistor-transistor ha sido una de las familias de CI más
utilizadas.
Los CI de la serie 74 estándar ofrecen una combinación de velocidad y
disipación de potencia adecuada a muchas aplicaciones. Los CI de esta serie
incluyen una amplia variedad de compuertas, flip-flops y multivibradores
monoestables así como registros de corrimiento, contadores, decodificadores,
memorias y circuitos aritméticos. La familia 74 cuenta con varias series de
dispositivos lógicos TTL(74, 74LS, 74S, etc.).
Estas series utilizan una fuente de alimentación (Vcc) con voltaje nominal de

2. 5V. Funcionan de manera adecuada en temperaturas ambientales que van de
0° a 70°C.[2]
- Estructura y funcionamiento.
Fig 1. Inversor TTL estándar
La familia TTL estándar es una familia saturan-te, porque la mayor parte de
los transistores trabajan en corte y saturación, En la figura 1 se muestra una
puerta inversora TTL estándar a +5V, dividida en tres partes:
- Etapa de entrada: El transistor Q1 tiene por objeto producir la conmutación
rápida de Q2.
- Etapa Excitadora: La etapa extendida asocia al transistor Q2, tiene por
objeto generar las dos señales complementarias necesarias para excitar el
circuito de salida.
- Etapa de salida TTL: La etapa de salida contiene los transistores Q3 y Q4
en conexión tipo tótem (tótem – pole). Esta etapa de salida requiere para ser
excitada dos corrientes IB3 e IB4 producidas por la etapa excitadora
mencionada anteriormente, las cuales tienen las características de estar una
activa y la otra en inversa. La R4 tiene como función limitar la corriente de
salida en caso de cortocircuito en la salida y en las transiciones.
Cuando se aplica una tensión de entrada de nivel bajo Vi=ViL=0 V, Q1 entra en
saturación (ON), Q2 corta (OFF) porque no recibe corriente de base, y Q3
también corta (OFF) porque tampoco recibe corriente de base. La salida se

3. pone a nivel alto VOH=3,8V a través de la conducción de Q4 (ON) en activa (o
en saturación cuando la corriente de salida IOH es alta). Nótese que la salida
no alcanza Vcc=5V debido a las caídas en la unión BE de Q4 y en le diodo D.
Cuando se aplica una tensión de entrada de nivel alto Vi=VIH=5V, Q1 entra en
activa en inversa (INV), Q2 satura (ON) con la corriente saliente del colector de
Q1,Q3 satura (ON) con la corriente que recibe del emisor de Q2 y Q4 corta
(OFF) cuando Q2 y Q3 están saturados debido a la caída en D. La salida se
pone a nivel bajo VOL=0,2V.[3]
- Disipación de potencia
- Una compuerta NAND TTL estándar disipa una potencia promedio de 10
mW.
- ICC(promedio) = 8 mA y una PD(promedio) = 8mA x 5 V = 40 mW.
- Esta es la potencia total requerida por las cuatro compuertas del
encapsulado
- De este modo, una compuerta NAND requiere una potencia promedio de 10
mW
- Factor de carga de Salida.
- Es una medida del número de entradas que una compuerta puede controlar
sin exceder las especificaciones de la misma.
- El flujo de corriente en una de entrada o salida se considera positivo si
fluye hacia adentro y se considera negativa si fluye hacia afuera de la
terminal.
- Cuando conectamos una salida con una o más entradas, la suma algebraica
de las corrientes debe dar cero.
- Entradas no conectadas(flotantes)
cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada actúa como un
1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o
diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo.
Serie 74L y 74H
- Proporciona TTL de baja potencia y alta velocidad

4. - La serie 74L es una versión de baja potencia que consume aproximadamente
1mW pero a costa de un retraso de propagación mucho mayor.
- La serie 74H versión de alta velocidad que tiene un retraso de propagación
reducido, un mayor consumo de potencia.
Serie 74S TTL Schottky
- La serie 74S disminuye el retraso de tiempo por almacenamiento , se logra
conectando entre la base y el colector del transmisor un diodo de barrera
Schottky.
- Emplea resistencias de bajo valor
TTL Schottky de bajo consumo de potencia, Series
74LS(LS-TTL)
- La serie 74LS es una versión de la serie 74S con un menor consumo de
potencia y velocidad.
- Utiliza el transistor Schottky
- Resistencia mas grandes
- Requerimiento de potencia del circuito reducida
TTL avanzada Schottky , Series 74AS(AS-TTL)
- Proporciona una mejora en la velocidad sobre las 74S
- Con un requerimiento de consumo de potencia mucho menor.
- Incluye bajos requerimientos de corrientes de entrada
Familia lógica CMOS
Complementary metal-oxide-semiconductor, "estructuras semiconductor-
óxido-metal complementarias”
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.
La tecnología CMOS fue desarrollada por Wanlass y Sah, de Fairchild
Semiconductor, a principios de los años 60. Sin embargo, su introducción
comercial se debe a RCA, con su famosa familia lógica CD4000.
Voltaje de Alimentación
Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V, las
series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V, cuando se

5. emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de
alimentación sea de 5.
Si los dispositivos CMOS funcionan con un voltaje superior a 5V para trabajar
junto con TTL se deben de tomar medidas especiales.
Niveles de Voltaje
Cuando las salidas CMOS manejan sólo entradas CMOS, los niveles de voltaje
de la salida pueden estar muy cercanos a 0V para el estado bajo, y a VDD para
el estado alto.
Los requerimientos de voltaje en la entrada para dos estados lógicos se
expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación
De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de
entrada menor que VIL(máx) = 1.5 V como BAJO, y cualquier voltaje de
entrada mayor que VIH (mín) = 3.5 V como ALTO.
VOL (MAX) 0V
VOH (MIN) VDD
VIL (MAX) 30% VDD
VIH (MIN) 70% VDD
Inmunidad al Ruido
Ruido : “cualquier perturbación involuntaria que puede originar un cambio no
deseado en la salida del circuito.”
Los circuitos lógicos deben tener cierta inmunidad al ruido la cual es definida
como “la capacidad para tolerar fluctuaciones en la tensión no deseadas en
sus entradas sin que cambie el estado de salida”.
En la Figura tenemos los valores críticos de las tensiones de entrada y salida
de una puerta lógica y los márgenes de ruido a nivel alto y bajo.
Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD.
En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor
inmunidad al ruido que las TTL

6. Disipación de Potencia
Tal y como comentamos, uno de los principales motivos del empleo de la lógica
CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”. Cuando un circuito lógico CMOS
se encuentra en estático u disipación de potencia es extremadamente baja,
aumentando conforme aumenta la velocidad de conmutación.
se produce una disipación de potencia dc típica del CMOS de sólo 2.5 nW por
compuerta cuando VDD = 5 V
aún en VDD = 10 aumentaría sólo 10 nW.
Con estos valores de PD es fácil observar por qué la familia CMOS se usa
ampliamente en aplicaciones donde el consumo de potencia es de interés
primordial.
Existen varias series en la familia CMOS de circuitos integrados digitales. La
serie 4000 que fue introducida por RCA y la serie 14000 por Motorola, estas
fueron las primeras series CMOS.
La serie 74C que su característica principal es que es compatible terminal por
terminal y función por función con los dispositivos TTL. Esto hace posibles
remplazar algunos circuitos TTL por un diseño equivalente CMOS. La serie
74HC son los CMOS de alta velocidad, tienen un aumento de 10 veces la
velocidad de conmutación. La serie 74HCT es también de alta velocidad, y
también es compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos
TTL.
Los voltajes de alimentación en la familia CMOS tiene un rango muy amplio,
estos valores van de 3 a 15 V para los 4000 y los 74C. De 2 a 6 V para los
74HC y 74HCT.
Es mucho mejor que los TTL ya que los CMOS pueden ser utilizados en
medios con mucho más ruido. Los margenes de ruido pueden hacerse todavía
mejores si aumentamos el valor de VDD ya que es un porcentaje de este.
En lo que a la disipación de potencia concierne tenemos un consumo de
potencia de sólo 2.5 nW cuando VDD = 5 V y cuando VDD = 10 V la potencia
consumida aumenta a sólo 10 nW.
Sin embargo tenemos que la disipación de potencia sera baja mientras
estemos trabajando con corriente directa. La potencia crece en proporción
con la frecuencia. Una compuerta CMOS tiene la misma potencia de
disipación en promedio con un 74LS en frecuencia alrededor de 2 a 3 Mhz.
Hay otras características muy importante que tenemos que considerar
siempre, las entradas CMOS nunca deben dejarse desconectadas, todas tienen
que estar conectadas a un nivel fijo de voltaje, esto es por que los CMOS son,
al igual que los MOS muy susceptibles a cargas electrostáticas y ruido que
podrían dañar los dispositivos.[4]
Diferencias de TTL con CMOS

7. • Características de entrada y salida asimétricas.
• Las entradas entregan una corriente significativa en estado bajo y en
estado alto solo una corriente de fuga.
• La salida puede entregar una cantidad limita de corriente en el estado
alto (resistencia mas transistor parcialmente encendido).
• TTL tiene dificultad para manejar entradas CMOS “puras”, por que
VOH=2.4V.[5]
Bibliografía:
[1] [3] Publicado por Que Grande (comunidad de alumnos) Tema: Apuntes de
Teoría de TE (2010-2011), disponible en la red:
http://quegrande.org/apuntes/grado/1G/TEG/teoria/10-11/tema_10_-
_familias_logicas_ttl.pdf
[2] [5] Publicado por Wyne el dia jueves, 17 de febrero de 2011. Disponible en
la red :http://sergiorendain.blogspot.com/2011/02/familias-logicas-ttl-y-
cmos.html
[4] Publicado por Jose Carlos Rangel Ortiz, Estudiante de la UTP, el día Marzo
04, 2012. Disponible en la red :
http://www.slideshare.net/Jockrlos2289/ttlcmos