Ud 6 Electronica Digital. Circuitos Integrados

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Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Cómo se indica la patilla número 1 en un chip? b) ¿Cómo se numeran las patillas de un chip? Solución: a) Mediante una muesca en el encapsulado. b) Las patillas se cuentan a partir de la número 1 en sentido antihorario.

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Explica el significado de las siglas TTL. Solución: TTL son las siglas de Transistor-Transistor Logic. Es una familia de circuitos integrados formada por transistores bipolares.

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¿A partir de qué componentes electrónicos se pueden construir las puertas lógicas simplificadas? Solución: Las puertas lógicas se construyen a partir de componentes de fácil integración como los transistores.

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¿Qué es el tiempo de retardo de un circuito integrado? Solución: Es el tiempo que transcurre desde que el circuito integrado recibe la señal de entrada hasta que emite una señal de salida.

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¿Cuáles son las características más importantes que definen a una familia de circuitos integrados digitales? Solución: Las características más importantes son la tensión de alimentación de cada chip, el tiempo de operación o retardo entre la señal de entrada y la de salida, la densidad de integración y la potencia consumida por chip.

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Diseña el circuito de una puerta AND simplificada a partir de transistores, realiza su tabla de verdad y dibuja el símbolo de dicha puerta lógica.

1

Solución:

a 0 0 1 1

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b 0 1 0 1

s 0 0 0 1

Contesta a las siguientes preguntas: 1. ¿Cuáles son las siglas de las familias lógicas que conoces? 2. ¿De ellas cuál es la más veloz? 3. ¿Cuál tiene una densidad de integración mayor? Solución: 1. Las familias lógicas más importantes son la TTL, la CMOS y la ECL. 2. La familia lógica más veloz es la ECL. 3. La familia lógica que tiene una mayor densidad de integración es la CMOS.

2

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En la imagen que se encuentra a continuación aparece un circuito integrado digital de la familia TTL. Indica que significa el código que tiene rotulado.

Solución:

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DM

74

LS

47

N

Prefijo del fabricante: hasta tres letras

Serie TTL: 54 ó 74

Tipo de TTL: LS, AS, ALS

Función: dos o tres dígitos

Tipo de encapsulado: letras

Explica el funcionamiento de la puerta lógica NAND simplificada que se encuentra en la siguiente figura y realiza la tabla de verdad que corresponde a esa puerta.

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Solución: Se le asigna el valor +5 v al valor lógico “1” y el nivel de 0 v al valor lógico “0”. Cuando el valor de las entradas “a” y “b” son 0, los dos transistores se encuentran en zona de corte, por lo que no conducen la corriente y considerando que en la resistencia de 1 kΩ no hay caída de tensión la salida “s” estará a 5 v. Cuando el valor de la entrada “a” es 0 el transistor se encuentra en estado de corte y por el no circula corriente y cuando el valor de la entrada “b” es 1 el transistor se encuentra en la zona de saturación por lo que conduce la corriente. Al estar los dos transistores conectados en serie la corriente no circula por esta rama del circuito. Y considerando que en la resistencia de 1 kΩ no hay caída de tensión la salida “s” estará a 5 v. Cuando el valor de la entrada “b” es 0 el transistor se encuentra en estado de corte y por el no circula corriente y cuando el valor de la entrada “a” es 1 el transistor se encuentra en la zona de saturación por lo que conduce la corriente. Al estar los dos transistores conectados en serie la corriente no circula por esta rama del circuito. Y considerando que en la resistencia de 1 kΩ no hay caída de tensión la salida “s” estará a 5 v. Cuando el valor de las entradas “a” y “b” son 1, los dos transistores se encuentran en zona de saturación, por lo que conducen la corriente conectando la salida “s” a los 0 v del terminal de tierra.

a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

s 1 1 1 0

10 ¿Qué ventajas presenta la familia TTL de circuitos integrados frente a los CMOS? Solución: Permite crear circuitos compatibles entre sí, bajo coste y mayor velocidad de transmisión de la señal. 11 Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Las puertas fabricadas comercialmente llevan algún tipo de circuito para mejorar su comportamiento? En caso de ser cierto indica cuales. b) ¿Qué tipo de encapsulado utilizarías en un integrado para montaje por inserción? Solución: a) Si. Circuitos estabilizadores y amplificadores de corriente. b) El encapsulado PDIP (Plastic Dual in Line Package). 12 ¿Qué ventajas presenta la familia CMOS de circuitos integrados frente a los TTL? Solución: Menor consumo de potencia, mayor simpleza, y permite una mayor densidad de integración.

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13 ¿A qué puerta lógica simplificada corresponde la siguiente figura? Realiza la tabla de verdad y dibuja el símbolo de la puerta.

Solución: Puerta NOR

a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

s 1 0 0 0

e0 e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9

CODIFICADOR

14 Un ejemplo típico de circuito combinacional son los codificadores. Los codificadores son dispositivos que transforman números decimales (0, 1, 2, ..., 9), en sus correspondientes números digitales, a base de ceros '0' y unos '1'. El objetivo que cumplen los codificadores es proporcionar, a partir del lenguaje habitual, una información adecuada para que pueda ser procesada por nuestro sistema digital. Obtener la tabla de verdad de un codificador que traduzca de decimal a binario a partir del esquema adjunto.

S1 S2

(S4, S3, S2, S1)

S3 S4

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Solución: Para resolver con facilidad el problema planteado, se colocan como entradas los 10 dígitos del sistema decimal y como salida su correspondiente número binario.

e0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

e1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

e2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

e3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

ENTRADAS e4 e5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

e6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

e7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

e8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

e9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

S4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

SALIDAS S3 S2 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0

S1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

15 Diseña el circuito de una puerta AND simplificada a partir de transistores. Explica e interpreta el circuito para diferentes entradas. Solución:

Vamos a comprobar que éste circuito se comporta como una puerta and: a) Cuando no tenemos tensión en a ni en b, es decir ambas entradas son 0, la corriente solo entra por la base del transistor de la derecha que conduce dejando la salida s a tensión 0. b) Si no hay tensión en a, entrada=1 pero no hay en b, b=0, la corriente vuelve a entrar por la base del tercer transistor que conduce y deja la salida también a tensión 0. c) Para a=0 y b=1, estamos en el mismo caso anterior, donde solo conduce el transistor de la derecha, dejando la salida s=0. d) Si aplicamos tensión tanto en a como en b, es decir, ambas entradas son 0, los dos transistores en serie conducen impidiendo que la corriente vaya por las ramas de la derecha y dejando a la salida s a potencial, es decir, s=1.

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e1 e2 e3 e4

DE CO DIFICAD OR

16 Un decodificador es un dispositivo que traduce el “lenguaje máquina”, basado en ceros '0' y unos '1', al “lenguaje humano”. De esta manera las entradas del sistema se realizan en código binario y la salida debe permitir la identificación del número decimal correspondiente. Un dispositivo de salida habitual es un display de siete segmentos. Según la activación de dichos segmentos (a, b, c, ..., g) se visualizan los diferentes números digitales.

a b c d e f g h

a f

g

e

b

c d

Obtener la expresión analítica de la función lógica de un decodificador de binario a un código de siete segmentos a partir de su tabla de verdad.

Solución:

Valor ENTRADAS SALIDAS decimal e3 e2 e1 a b c d e f e4 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 6 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 a = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1

g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

b = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 c = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 d = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 e = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 f = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 g = e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 +e4 ⋅ e3 ⋅ e2 ⋅ e1 17 Diseña el circuito de una puerta OR simplificada a partir de transistores, realiza su tabla de verdad y dibuja el símbolo de dicha puerta lógica.

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Solución:

a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

s 0 1 1 1

e1 e2 e3 e4

DE CO DIFICAD OR

18 Un decodificador es un dispositivo que traduce el “lenguaje máquina”, basado en ceros '0' y unos '1', al “lenguaje humano”. De esta manera las entradas del sistema se realizan en código binario y la salida debe permitir la identificación del número decimal correspondiente. Un dispositivo de salida habitual es un display de siete segmentos. Según la activación de dichos segmentos (a, b, c, ..., g) se visualizan los diferentes números digitales. Realizar la tabla de verdad correspondiente a un decodificador de binario a un código de siete segmentos según el esquema adjunto.

a

a b c d e f g h

f

g

e

c d

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b

Solución: Para resolver con facilidad la tabla pedida, pondremos los valores digitales correspondientes a cada valor decimal, como entrada del sistema (e4, e3, e2, e1). La salida se corresponde con la activación (estado '1') o no (estado'0'), de cada uno de los segmentos del display.

Valor decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

e4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

ENTRADAS e3 e2 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0

e1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1

SALIDAS c d e 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0

b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1

9

f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1

g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1