Circuitos digitales

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE ING. ELECTRICA Y ELECTRONICA
EAP INGENIERIA ELECTRONICA
CURSO: ELECTROTECNIA
ALUMNO: SPENCER WINCOT SALAZAR MESTANZA
PROFESOR: RUBEN ALARCON M.
TEMA: TRABAJO PRACTICO 4
LIMA –PERU
2014

UNMSM Facultad de Ingenieria Eléctrica y Electrónica
Universidad Nacional Mayor de San Marcos Escuela profesional de Ingeniería Electrónica
Electrotecnia
2
TRABAJO PRACTICO N°4
A) Descargar el material de teoría (Introducción a la electrónica digital), se
pide hacer el estudio y responder de forma concisa lo pedido en:
- Actividades propuestas (pág. 447)
1. Indicar características, funciones que aporta la técnica digital a las aplicaciones
electrónicas en comparación con los sistemas analógicos.
SISTEMAS DIGITALES SISTEMAS ANALOGICOS
Características:
-Flexibilidad y funcionalidad.
-Facilidad de diseño.
-Flexibilidad y funcionalidad.
-Avance tecnológico constante
Funciones:
-Las principales funciones que nos brinda
es la de control, programación, memoria,
procesos automáticos y gracias a ello se
pudo sofisticar los teléfonos celulares,
reproductores de audio y video entre otros.
-Nos da mayor estabilidad en las señalas ya
que son menos inmunes a las señales de
ruido eléctrico así brindándonos una mayor
calidad de señal.
-Nos da una mayor sofisticación en la
mayoría de los dispositivos electrónicos.
Características:
Se dice que 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.
Un sistema digital 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.
2. Indicar tres aparatos electrónicos básicamente de electrónica analógica.
-Televisores analógicos
-Equipo de sonido
-Radio
3. Indicar tres aparatos básicamente de electrónica digital.
-Calculadoras
-Computadoras
-Celulares
4. ¿Existen actualmente aplicaciones electrónicas realizadas únicamente con
electrónica analógica o digital?
Se podría decir que no ya que actualmente la electrónica combina la electrónica digital
con la analógica ya que hasta los dispositivos más digitales utilizan un poco de electrónica
analógica desde los más sencillos a los más complejos .

La electrónica digital combinada con la electrónica analógica entra a desempeñarse en
varias ramas como por ejemplo en las industrias, informática y telecomunicaciones,
electro medicina e imagen y sonido.
- Actividades propuestas (pág. 475)
1. Si una puerta OR le conectamos a la salida una puerta NOT, ¿Qué función se
obtiene? Dibujar el esquema, la tabla de la verdad y la expresión lógica.
-Esquema
Electrotecnia
3
A
B
X
-Expresión lógica
X=A+B F = (퐴̅̅̅+̅̅̅퐵̅)
-Tabla de la verdad
퐹 = 푋̅
A B F
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
2. A una puerta de CI7486 le conectamos a la salida una puerta de CI7404. Dibujar
el circuito lógico y deducir la tabla de la verdad y la expresión lógica. ¿Qué
función lógica se obtiene?
-Esquema
A
B
X 퐹 = 푋̅

B
Electrotecnia
4
-Expresión lógica
X=A⊕퐵 F=̅(̅퐴̅̅̅⊕̅̅̅퐵̅̅̅)
-Tabla de la verdad
A B F
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
3. ¿Qué función lógica se obtiene si a una puerta NAND (CI 7400) le unimos las
dos entradas?
-Esquema
A
F=A
A
F=퐴̅̅̅퐵̅
4. Utilizando el CI 7432, deducir una función lógica OR de 4 entradas. Poner la
expresión lógica, la tabla de verdad y dibujar el circuito basado en el CI7432.
-Esquema
A
X
B
C
D
Y
F=X+Y

Electrotecnia
5
-Expresión lógica
X=A+B F=X+Y
Y=C+D F=(A+B)+(C+D)
-Tabla de la verdad
A B C D F
0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 1
0 0 1 1 0
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0
0 1 1 0 0
0 1 1 1 1
1 0 0 0 0
1 0 0 1 1
1 0 1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 0
1 1 1 1 1

Electrotecnia
6
- Actividades finales (pág. 483)
1. Dibujar el símbolo típico y normalizado (IEC) de las puertas lógicas:
OR, AND, EXOR, NOT y NAND

2. ¿Qué circuitos integrados de tecnología TTL son de puertas OR, AND y EXOR?
Electrotecnia
7
OR AND EXOR
7402
7408 7486
7432
3. En una puerta lógica de tecnología TTL, de que valores de tensión son (a
próximamente) los niveles lógicos 0 y 1? ¿Y los valores máximos de corriente de
salida en el 0 y 1? ¿Qué significa: 푽푶푳 , 푽푶푯, 푰푶푯 , 푰푶푳?
Nivel de tensión TTL
Bajo(0) 0V – 0.8V
Alto (1) 2V – 5V
푉푂퐿: Voltaje de salida nivel bajo.
푉푂퐻: Voltaje de salida nivel alto.
퐼푂퐻: Corriente de salida nivel alto.
퐼푂퐿: Corriente de salida nivel bajo
4. ¿Qué dos diferencias fundamentales hay entre la tecnología TTL y CMOS?
TTL CMOS
-Tecnología metal lógico semiconductor.
-El 0 lógico es de 0V a 0.8V.
-El margen de seguridad es de 0.8V a 2V.
-El 1 lógico es de 2V a 5V.
-Su tecnología es de transistor a transistor.
-El 0 lógico es de 0V a 1.5V.
-El margen de seguridad es de 1.5V a 3.5V.
-El 1 lógico es de 3.5V a 5V.
5. En una puerta de tecnología CMOS, ¿De qué valores de tensión son,
aproximadamente, los niveles lógicos 0 y 1 de salida? ¿Es igual que el TTL?
En los circuitos digitales es muy común referiste a las entradas y salidas que estos tienen como si
fueran altos o bajos. (Niveles lógicos altos o bajos).A la entrada alta se le asocia un "1" y a la
entrada baja un "0". Lo mismo sucede con las salidas.
En la realidad, estos valores son diferentes.
Los circuitos integrados trabajan con valores de entrada y salida que varían de acuerdo a la
tecnología del circuito integrado.

Electrotecnia
8
Nivel de tensión TTL CMOS
Bajo(0) 0V – 0.8V 0V – 1.5V
Alto (1) 2V – 5V 3.5V – 5V
6. El CI74LS86, ¿Qué funciones realiza?, ¿De qué tecnología es?
-4 Compuertas XOR (Exclusive OR) de 2 entradas
-Tecnología: TTL Low Schottky (LS)
7. El CI74HC00 es equivalente funcionalmente al 74LS00, ¿Cuál es su diferencia?
El TTL (74LS00):
Tipo de lógica: NAND
N. º de Pines: 14
Rango de temperatura de funcionamiento:-0 °C a +70 °C
Tipo de caja: PDIP
Corriente máxima de salida: 8mA
Suministro Rango de voltaje: 4.75V a 5.25V
EL CMOS (74HC00):
Tipo de lógica: NAND
N. º de Pines: 14
N. º de Puertas: 4
Rango de temperatura de funcionamiento: -40 ° C a +125 ° C
Corriente de salida máxima: 5.2 mA
Suministro Rango de voltaje: 2V a 6V
8. Dibujar el esquema de una puerta de 74LS08 con una puerta del 74LS04 en la
salida. ¿Qué función realiza el circuito obtenido? Poner la expresión lógica y tabla
de verdad.
-Esquema
A
B
X
F= 푋̅

Electrotecnia
9
De estas funciones se obtiene la función NAND
-Expresión lógica
X=AB F=̅퐴̅̅퐵̅
-Tabla de la verdad
A B F
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
9. Demostrar la siguiente propiedad de algebra de Boole por medio de tablas de
verdad y de forma algebraica.
A+ (BC)=(A+B) (A+C)
Por algebra de Boole
A+ (BC)=(A+B) (A+C)
(A+B) (A+C)=AA+AC+BA+BC=A+AC+BA+BC
(A+B) (A+C)= A (1+C+B)+BC=A (B+1)+BC
(A+B) (A+C)=A (1)+BC=A+ (BC)
A+ (BC)=(A+B) (A+C)
B) Buscar información en Internet y hacer un resumen (incluir datos
técnicos de uso) sobre:
- Circuitos integrados (C.I.) digitales tecnología TTL.
Circuitos integrados TTL
TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor Logic, es decir, «lógica transistor a
transistor». Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de
circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los
elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.

¿Cómo funciona un circuito integrado TTL?
1 - Si E1 o E2 están a un nivel de voltaje de 0 voltios, entonces el transistor conduce, y Z =
0 Voltios
2 - Si E1 y E2 están a un nivel de voltaje de 5 voltios, entonces el transistor no conduce, y Z
= 5 Voltios
El inversor (NOT) quedaría como se muestra en la figura de abajo a la izquierda. A la
derecha ejemplo del patillaje de un circuito integrado TTL
La serie de circuitos integrados TTL es la base de la tecnología digital. Siendo
la compuerta NAND el circuito base de la serie 74 XX.
Es importante tomar en cuenta que para su funcionamiento, la carga de entrada.
- Con la señal de entrada en nivel bajo (LOW = 0), la entrada de la compuerta entrega
corriente a la fuente de señal de aproximadamente 10 mA (miliamperio)
- Con la señal de entrada en nivel alto (HIGH = 1), la entrada de la compuerta pide a la
fuente de la señal de entrada una corriente de aproximadamente de uA (microamperios)
- La entrada no conectada actúa como una señal de nivel alto (HIGH)
La carga mayor ocurre cuando la señal de entrada es de nivel bajo (LOW). En este
momento el transistor de salida tiene que aguantar mayor corriente.
Generalmente los transistores de esta serie aguantan hasta 100 mA (miliamperios).
Entonces solo se pueden conectar 10 entradas en paralelo (FAN IN = 10)
Notas:
- Las señales de entrada nunca deben de ser mayores que el voltaje de alimentaciones ni
inferiores al nivel de tierra.
Electrotecnia
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- Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto, conectarla a Vcc (voltaje de
alimentación).
- Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo, conectarla a tierra
- Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR, AND, conectarlas a una entrada
que si se esté utilizando.
- Es mejor que las salidas no utilizadas de unas compuertas estén a nivel alto pues así
consumen menos corriente.
- Evitar los cables largos dentro de los circuitos.
- Utilizar por lo menos un capacitor de desacople (0.01 uF a 0.1 uF) por cada 5 o 10
paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y registros y uno por cada
monoestable.
Estos capacitores de desacople eliminan los picos de voltaje de la fuente de alimentación
que aparecen cuando hay un cambio de estado en una salida TTL/LS. (de alto a bajo y
viceversa)
Estos capacitores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre Vcc y
tierra, lo más cerca posible al circuito integrado.
Características
-Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los
5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.
-Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y
0,8V para el estado L (bajo) y los 2,4V y Vcc para el estado H (alto).
-La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta
característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual
han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc. y últimamente los CMOS:
HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.
-Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de
circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves
pérdidas).
Aplicaciones
Además de los circuitos LSI y MSI descritos aquí, las tecnologías LS y S también se han
empleado en:
-Microprocesadores, como el 8X300, de Signetics, la familia 2900 de AMD y otros.
-Memorias RAM.
-Memorias PROM.
-Programable array Logic, o PAL, consistente en una PROM que interconecta las entradas y
cierto número de puertas lógicas.
Electrotecnia
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- Circuitos integrados (C.I.) digitales tecnología CMOS

Circuitos integrados CMOS
Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS (semiconductor complementario de
óxido metálico) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos
integrados. Su principal característica consiste en 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, colocado obviamente en la
placa base.
En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la
tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de
señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es
considerablemente bajo.
Drenador (D) conectada a tierra (Vss) (0), el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo
tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de
conducción y es el que propaga un '1' (Vdd) a la salida.
Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos:
una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor
lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el
circuito pueda tolerar.
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.
Inconvenientes
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
Electrotecnia
12

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.
-Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a
ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).
CMOS analógicos
Los transistores MOS también se emplean en circuitos analógicos, debido a dos
características importantes:
Alta impedancia de entrada
La puerta de un transistor MOS viene a ser un pequeño condensador, por lo que no existe
corriente de polarización. Un transistor, para que pueda funcionar, necesita tensión de
polarización.
Baja resistencia de canal
Un MOS saturado se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la superficie
del transistor. Es decir, que si se le piden corrientes reducidas, la caída de tensión en el
transistor llega a ser muy reducida.
Estas características posibilitan la fabricación de amplificadores operacionales "Rail -to-
Rail", en los que el margen de la tensión de salida abarca desde la alimentación negativa a
la positiva. También es útil en el diseño de reguladores de tensión lineales y fuentes
conmutadas.
Problemas
Hay tres problemas principales relacionados con la tecnología CMOS, aunque no son
exclusivos de ella:
Sensibilidad a las cargas estáticas
Históricamente, este problema se ha resuelto mediante protecciones en las entradas del
circuito. Pueden ser diodos en inversa conectados a masa y a la alimentación, que,
además de proteger el dispositivo, reducen los transitorios o zener conectados a masa.
Este último método permite quitar la alimentación de un sólo dispositivo.
Latch-up.
Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura cmos que se dispara
cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad cuando
existen transitorios por usar líneas largas mal adaptadas, excesiva impedancia en la
alimentación o alimentación mal desacoplada. El Latch-Up produce un camino de baja
resistencia a la corriente de alimentación, de modo que, si no se ha previsto, acarrea la
destrucción del dispositivo. Las últimas tecnologías se anuncian como inmunes al latch-up.
Resistencia a la radiación
El comportamiento de la estructura MOS es sumamente sensible a la existencia de cargas
atrapadas en el óxido. Una partícula alfa o beta que atraviese un chip CMOS puede dejar
cargas a su paso, cambiando la tensión umbral de los transistores y deteriorando o
inutilizando el dispositivo. Por ello existen circuitos "endurecidos" (Hardened), fabricados
habitualmente en silicio sobre aislante (SOI).
Electrotecnia
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C) Buscar en información en Internet y/o YouTube ejemplos sencillos de
circuitos electrónicos digitales en base a CIs. TTL y CMOS.
- Escoja un circuito digital, comprenda su funcionamiento desde su esquema
circuital.
El circuito escogido es un oscilador con 4 Leds.
Link: http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15510686/Oscilador-con-4-led-electronica-basica.
Electrotecnia
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html
- Incluir diagramas y fotos de su circuito.

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