Circuitos Integrados INDICE GENERAL
Índice de Figuras Introducción 1. Introducción a los Circuitos integrados 1.1. Que son los Circuitos Integrados 1.2. Historia de los Circuitos Integrados 2. Estructura de los Circuitos Integrados 2.1. Como se fabrican los Circuitos Integrados 2.2. De que están hechos los Circuitos Integrados 2.2.1. Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura 2.2.2. Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su función 2.2.2.1. Circuitos Integrados Analógicos18 2.2.2.1.1. 2.2.2.1.1. Amplific Amplificador ador Clase Clase A (Lineal) 19 2.2.2.1.2. Amplificador Clase AB 2.2.2.1.3. Amplificador Clase B 2.2.2.1.4. Amplificador Clase C 2.2.2.1.5. Amplificador de Corriente (Seguidor Lineal) 2.2.2.1.6. Amplificador diferencial 2.2.2.1.7. Amplificador de Aislamiento 2.2.2.2. Circuitos Integrados de Consumo 2.2.2.2.1. Circuito de Alarma 2.2.2.2.2. Amplificador de Potencia de Audio 2.2.2.2.3. Sistema de Radio AM/FM 2.2.2.2.4. Sistema de Recepción AM 2.2.2.2.5. Temporizador de Control para electrodomésticos 2.2.2.2.6. Procesador de Recicción de Ruido Dolby 2.2.2.2.7. Calculadora de Cinco Funciones 2.2.2.2.8. Circuitos de Reloj 1
2.2.2.3. Circuitos Integrados digitales 2.2.2.3.1. Microcomputador de 8 Bits 2.2.2.3.2. Microprocesador de 32 Bits 2.2.2.3.3. Microprocesador de 16 Bits 2.2.2.4. Circuitos Integrados de Interfase 2.2.2.4.1. Conversor Analógico-Digital 3. Funciones de los Circuitos Integrados 3.1. El uso de los Circuitos Integrados 3.1.1. Ramas que abarca el uso de los Circuitos Integrados 3.2. Funciones Principales de los Circuitos Integrados Conclusiones INDICE DE FIGURAS
Figura. 1.- Amplificador Clase A Figura. 2.- Amplificador Diferencial Figura. Figura. 3.3.- Amplifica Amplificador dor de de aisla aislamiento miento 25 Figura. 4.- Circuito de Alarma Figura. 5.- Sistema de Recepción AM Figura. 6.- Temporizador de Control Figura. 7.- Generador de sonidos múltiples. Figura Figura.. 8.- Mic Microco rocompu mputad tador or de 8 Bits. Bits. 45 Figura. Figura. 9.9.- Micropro Microprocesad cesador or de 16 Bits. Bits. 47 Figura. 10.- Diagrama de un Conversor A/D por aproximaciones Figura. 11.- Señal en Escalera Figura. 12.- Esquema de un conversor A/D de doble rampa Figura. 13.- Señales de doble rampa
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INTRODUCCIÓN
El presente trabajo trata sobre la estructura y función de los Circuitos Integrados.
En el desarrollo del presente trabajo se hizo uso de una Investigación bibliográfica en libros libros,, revista revistas, s, obras obras general generales es o Encicl Encicloped opedias ias,, Tesis Tesis e Interne Internet. t. Tambié También n se utiliz utilizó ó la elaboración de Mapas Conceptuales, figuras. Tablas, imágenes, etc.
Este proyecto de Investigación tiene como contenido los antecedentes históricos de los Circuitos Integrados, su definición, la forma en que son fabricados, el material del cual están hech hechos os,, clas clasif ific icac ació ión n de acue acuerd rdo o a su estr estruc uctu tura ra y func funció ión; n; func funcio ione ness de los los circ circui uito toss integrados, el uso de estos y las ramas que abarca el uso de los circuitos integrados.
La importancia de este trabajo radica en la gran utilización que presentan los Circuitos Integrados en la electrónica y en la fabricación de cualquier aparato nuevo. Otro detalle muy importante es que los Circuitos Integrados son uno de los dispositivos mas importantes en la electrónica ya que si no fuera por ellos; no contaríamos con la tecnología que actualmente poseemos. La razón de su uso es por su tamaño; ya que estos circuitos pueden contener mile miless de tran transi sist stor ores es y otro otross comp compon onen ente tess como como resi resist sten enci cias as,, diod diodos os,, resi resist stor ores es,, capacitadotes, etc; y medir solamente unos centímetros.
Los ordenadores comúnmente llamados computadoras o PCs utilizan esta característica de los Circuitos Integrados ya que todas las funciones lógicas y aritméticas de una computadora pueden ser procesadas por un solo chip a gran escala llamado Microprocesador o cerebro de la computadora. Los objetivos logrados con el desarrollo de este trabajo fueron Conocer la historia de los circuitos integrados, como y cuando surgieron, saber los materiales del cual están hechos, conocer un poco sobre como se construyen, saber para que sirven, donde son utilizados, conocer las funciones que realizan en los aparatos y/o sistemas.
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1.- INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
Como todos sabemos los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación, controladores, etc.
Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc
Se fabrican mediante la difusión difusión de impurezas impurezas en silicio silicio monocristalino monocristalino,, que sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.
La característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco mas de tres centímetros. Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.
1.1.- Que son los Circuitos Integrados Un circuito circuito integra integrado do o ( ci ) es aquel aquel en el cual todos todos los compon component entes, es, incluy incluyend endo o transi transisto stores, res, diodos diodos,, resist resistenc encia ias, s, conden condensad sadores ores y alambr alambres es de conexi conexión, ón, se fabrican fabrican e interconect interconectan an completamen completamente te sobre un chip o pastilla pastilla semiconductor semiconductor de silicio. Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de conexión a los circuitos externos. 4
Los chips digitales mas pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas, inversores y flip-tops. los mas grandes contienen circuitos y sistemas completos como contadores, memorias, microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales vienen en presentación tipo dip (dual in-line package ) o de doble hilera. Los ci mas comunes tipo dip son los de 8,14,16,24, 40 y 64 pines.
En la cápsula trae impresa la información respecto al fabricante, la referencia del dispositivo y la fecha de fabricación. Además del tipo dip, existen otras presentaciones comunes de los circuitos integrados digitales como la cápsula metálica, la plana y la " chip carrier". Existen circuitos integrados que utilizan cápsulas cápsulas smt o de montaje superficial superficial , smt son casi 4 veces mas pequeños que los dip . La tecnología smt (surface-mount technology ) es la que ha permitido obtener calculadoras del tamaño de una tarjeta de crédito.
1.2.- Historia de los Circuitos Integrados. La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarr desarroll ollo o de una amplia amplia varied variedad ad de tubos, tubos, diseña diseñados dos para para funcio funciones nes especi especiali alizad zadas, as, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella.
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Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vací vacío o en la mayo mayorí ríaa de sus sus apli aplica caci cion ones es.. Al inco incorp rpor orar ar un conj conjun unto to de mate materi rial ales es semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un costo, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progres progresos os subsig subsiguie uiente ntess en la tecnol tecnologí ogíaa de semico semicondu nducto ctores res,, atribu atribuibl iblee en parte parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarr desarroll ollo, o, en la década década de 1970, 1970, del circui circuito to integra integrado. do. Estos Estos dispos dispositi itivos vos pueden pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.
El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959; poco mas de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947.
A partir de 1966 los Circuitos Integrados comenzaron a fabricarse por millones y en la actualidad se considera una pieza esencial en los aparatos electrónicos.
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2.- ESTRUCTURA DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
En este capitulo se dará a conocer la forma en que los circuitos integrados son fabricados, así como los materiales de los cuales están constituidos; también veremos la clasificación de dichos circuitos de acuerdo a su estructura y la clasificación de acuerdo a su función.
2.1.- Como se fabrican los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados digitales digitales disponibles se fabrican fabrican a partir de pastillas pastillas de silicio. el procesamiento del silicio para obtener CI o chips es relativamente complicado . El sili silici cio o util utiliz izad ado o para para la fabr fabric icac ació ión n de chip chipss es de una una pure pureza za de orden orden del del 99.9999999% 99.9999999% . una vez sintetizad sintetizado, o, el silicio silicio se funde funde en una una atmósfera atmósfera inerte inerte y se cristaliza en forma de barras cilíndricas de hasta 10cm de diámetro y 1 m de largo . Cada barra se corta en pastillas de 0.25 a 0.50 mm de espesor y las superficies de estas ultimas se pulen hasta quedar brillantes. dependiendo de su tamaño, se obtienen varios cientos de circuitos idénticos (chips) sobre ambas superficies mediante un proceso llamado planar, el mismo utilizado para producir transistores transistores en masa.. masa.. Para fabricar un chip, las pastillas de silicio se procesan primero para hacer transistores. una una past pastililla la de sili silici cio o por si mism mismaa es aisl aislan ante te y no conduc conducee corr corrie ient nte. e.
los los
transistores se crean agregando impurezas como fósforo o arsénico a determinadas regiones de la pastilla. las conexiones se realizan a través de líneas metálicas. metálicas. Cada rasgo de forma sobre la pastilla rociando en las regiones seleccionadas un químico protector sensible a la luz llamado photoresist, el cual forma una película muy
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delgada sobre la superficie de la pastilla. la pastilla es entonces bombardeada bombardeada con luz, mediante un proyector deslizante de slizante muy preciso llamado alineador óptico. El alineador posee un dispositivo muy pequeño llamado mascara, que evita que la luz incida sobre puntos específicos específicos de la pastilla, pastilla, cuando la luz alcanza un área área determinada de la pastil pastilla la elimina elimina el photoresi photoresist st presente presente en esa zona. zona. a este proceso proceso se le denomina fotolitografía. Mediante un proceso de revelado, el químico se deposita en las regiones descubiertas por la luz e ignora las encubiertas por la mascara. estas ultimas zonas aun permanecen recubiertas de " photoresist". La precisió precisión n del alinead alineador or óptico óptico determi determina na que tan fino fino puede puede hacerse hacerse un rasto. rasto. A comienzos de los 70´s, era difícil hacer transistores de menos de 10 micras de tamaño. tamaño. Ahora, los transist transistores ores alcanzan alcanzan tamaños tamaños inferiores inferiores a una velocidad velocidad de respuesta de los dispositivos. A continuación, la pastilla se calienta a altas temperaturas; esto origina que el silicio no procesado de la superficie se convierta en oxido de silicio (SiO 2). El SiO2 se esparce sobre la superficie de la pastilla y forma sobre la misma una delgada película aislante de unas pocas micras de espesor. De este modo se obtiene el primer pr imer nivel de metalización de chips. Para obtener una nueva capa de metalización, el SiO 2 se trata nuevamente con "photoresist" y se expone al alineador óptico, repitiéndose el mismo procedimiento seguido con el silicio del primer nivel. Las diferentes capas van creciendo una sobre otra formando una estructura parecida a un sandwich, con el SiO 2 como el pan y el metal o el silicio dopado como la salchicha, la mayoría de Circuitos Integrados no se hacen con mas de tres capas de metalización. 2.2.-De que están hechos los Circuitos Integrados.
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Los Circuitos Integrados están hechos por silicio que sirve como base donde se fabrican transi transisto stores, res, diodos diodos y resiste resistenci ncias. as. Los circui circuitos tos Integra Integrados dos contie contienen nen ciento cientoss de estos estos componentes distribuidos de manera ordenada; esto se logra por medio de la técnica llamada fotolitografía la cual permite ordenar miles de componentes en una pequeña placa de silicio.
2.2.1.- Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura.
La clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura puede ser de acuerdo a la cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado (llamado Escalas Escalas de Integración) Integración) como sabemos, sabemos, las compuertas compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos digitales. Las escalas de Integración son 4: SSI, MSI, LSI, VLSI; a continuación veremos cada una de ellas.
SSI.- Significa Small Scale Integration ( integración en pequeña escala)y comprende los chips que contienen menos de 13 compuertas. ejemplos: compuertas y flip flops. los Circuitos Integrados SSI se fabrican empleando tecnologías ttl, ttl, cmos y ecl. ecl. los primeros Circuitos Integrados eran SSI . MSI.- Significan Medium Scale Integration ( integración en mediana escala), y comprende los chips que que contienen de 13 a 100 compuertas . ejemplos: codificadores, registros, contadores , multiplexores, de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías tecnologías ttl, cmos, y ecl.
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LSI.- significa Large-Scale Integration ( integración en alta escala) y comprende los chips que contienen de 100 a 1000 compuertas. ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's), microprocesadores de 8 y 16 bits . los Circuitos Circuitos Integrados LSI se fabrican fabrican principalmente empleando tecnologías i2l, nmos y pmos.
VLSI.- Significa Very Large Scale Integration ( integración en muy alta escala) e scala) y comprende los chips que contienen mas de 1000 compuertas ejemplos: microprocesadores de 32 bits, micro-controladores, sistemas de adquisición de datos. los Circuitos Integrados VSLI se fabrican también empleando e mpleando tecnologías ttl, cmos y pmos.
2.2.2.- Clasificación de los circuitos Integrados de acuerdo a su función.
Los Circuitos Integrados se clasifican en CI analógicos, digitales, de interfase y de consumo. A continuación veremos cada uno de estos.
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2.2.2.1.- Circuitos Integrados Analógicos.
Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de tecnologías de semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos y combinaciones de estas tres. En la mayoría de los casos el usuario no esta interesado en este aspecto aspecto de los Circuitos Circuitos Integrados, Integrados, ya que únicamente únicamente puede basar su trabajo en las especificaci especificaciones ones del fabricante fabricante.. La tecnología empleada empleada en la fabricación fabricación de los Circuitos Circuitos Integrados Integrados digitales es importante para el usuario, usuario, debido a que estos se emplean en “familias lógicas”, con características eléctricas comunes que garantizan su compatibilidad. Los Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo siguiendo criterios criterios individuales individuales,, y solo es importante importante
su compatibilid compatibilidad ad con los
requisitos de alimentación. Incluso en este aspecto, la mayoría de los Circuitos Integrados analógicos están disponibles con amplios márgenes de alimentación, por lo que su empleo no suele estar condicionado por su compatibilidad.
A continuación describiremos distintas clases de Circuitos Integrados analógicos: 2.2.2.1.1.- Amplificador Clase A (lineal) En este amplificador, la señal de entrada es reproducida, aumentada en amplitud, exactamente con la misma forma de onda a la salida. Para ello, el punto de reposo (Q) se sitúa en el centro de la curva de corriente del colector (I c), de forma que tanto la señal de entrada como la señal amplificada de salida trabajan solamente en la zona lineal de la misma. I c es siempre saliente (fig.1) Los amplificadores Clase A se emplean siempre que la forma de onda de salida haya de ser la misma, con una distorsión mínima, que la de la señal de entrada. Los amplificadores operacionales y los amplificadores “de pequeña señal”, como por ejemplo amplificadores de radio frecuencia, amplificadores de frecuencia intermedia, preamplificadores, etc., son básicamente amplificadores en Clase A. 11
Figura 1.- Amplificador clase A
2.2.2.1.2.- Amplificador Clase AB
En este tipo de amplificador el punto de trabajo (Q) se sitúa por debajo del punto central de la zona lineal de la curva I c. Como resultado se ello se tiene que una mitad de la salida será una reproducción lineal de una mitad de la entrada, pero la segunda mitad de la salida estará parcialmente suprimida. Existen dos versiones Clase AB1 y Clase AB2. En Clase AB2 el punto Q esta muy cerca del punto de corte; en Clase AB1 este se sitúa aproximad aproximadament amentee un 20% o 30% por encima del punto de corte. Ambas versiones de usan en circuitos
push-pull
minimizándose la distorsión de
cruce mediante, compensación mutua. Los amplificadores Clase AB1 y AB2 son ampliamente
utilizados
en
la
excitación
de
altavoces
y
motores ores
de
servomecanismos, aplicaciones en las que se requiere una amplificación sinusoidal lineal con potencias moderadas.
2.2.2.1.3.-Amplificador Clase B En este tipo de amplificador, el punto de trabajo (Q) se sitúa exactamente en el punto de cort cortee de la curv curvaa del circ circui uito to inte integra grado do,, teni tenien endo do esto esto como como resu result ltad ado o la ampl amplif ific icac ació ión n de solo solo medi medio o cicl ciclo o de la seña señall sinu sinuso soid idal al de entr entrad ada. a. Los Los ampl amplif ific icad adore oress Clas Clasee B son son sist sistem emát átic icam amen ente te empl emplea eado doss en conf config igur urac acio ione ness 12
complementarias push-pull . En esta configuración, uno de los amplificadores trabaja sobre los semiciclos positivos de la señal de entrada, mientras que el otro lo hace sobre el semiciclo negativo de la señal sinusoidal de entrada. Ampliamente utilizado como amplificadores de audio, amplificadores para servomecanismos y aplicaciones similares similares en las que es esencial una alta linealidad linealidad en la seña sinusoidal sinusoidal de salida, salida, los los ampl amplif ific icad adore oress en Clas Clasee B gozan gozan de una una exce excele lent ntee efic eficie ienc ncia ia y un buen buen comportamiento en lo relativo a la presencia de armónicos de segundo y tercer orden. Aparece cierta distorsión distorsión en el punto de cruce debido a la ligera alinealida alinealidad d de la curva I c en este punto. El componente representativo de estos amplificadores amplificadores es ek Fairchild TBA 810S.
2.2.2.1.4.- Amplificador Clase C. En los amplificadores Clase C, el punto de trabajo (Q) se sitúa al doble del punto de corte de la curva I c . Solo una mitad de un semiciclo de señal sinusoidal es amplificada a la salida. Los amplificadores Clase C son utilizados usualmente en osciladores de radio frecuen frecuencia cia y, en alguno algunoss casos casos en transm transmiso isores res de radio radio frecue frecuenci ncia. a. En estas estas aplicaciones el efecto del circuito resonante proporciona la otra mitad del ciclo. Alta eficiencia es la característica esencial para los amplificadores Clase C en circuitos de radio frecuencia adecuadamente diseñados y ajustados.
Los parámetros fundamentales son: a) Ganancia. En la mayoría de las aplicaciones, una ganancia en tensión de 20 es adecuada. b) Frecuencia. Para aplicaciones como osciladores o amplificadores la salida de transmisores RF, el límite de frecuencia del dispositivo deberá estar situado al menos un 10% por encima de la frecuencia de resonancia r esonancia esperada. c) Potencia de salida. La potencia de salida puede variar en función con la frecuencia de trabajo, pero es un criterio básico de diseño. 13
d) Disipación de potencia. Los amplificadores en Clase C trabajan normalmente cerca de sus límites especificados para la disipación de potencia, por lo que resulta critico el acoplo mecánico de sus características técnicas. 2.2.2.1.5.- Amplificador de corriente (seguidor lineal). Los amplificadores de corriente son básicamente amplificadores Clase A que tienen usualm usualment entee una ganancia ganancia en tensi tensión ón de 1 y funcio funcionan nan efe efecti ctivam vament entee como como en transformadores de impedancias*. Su característica principal es su capacidad de manejar importantes corrientes de salida. Algunas veces se denominan seguidores lineales por similitud con los circuitos seguidores de emisor con transistores. Los amplif amplifica icadore doress de corrien corriente te son frecue frecuente ntemen mente te utiliz utilizado ados, s, conjun conjuntam tament entee con amplificadores operacionales, dentro del lazo de realimentación para proporcionar una corriente de salida adicional.
2.2.2.1.6.- Amplificador diferencial. Los amplificadores diferenciales tienen dos terminales de entrada, aislados ambos respecto de masa masa a travé travéss de la mism mismaa impe impeda danc ncia ia como como se mues muestr traa en la figu figura ra 2. Bási Bá sica came ment ntee simi simila larr a los los ampl amplif ific icad adore oress de tens tensió ión n Clas Clasee A, el ampl amplif ific icad ador or diferencial amplifica solamente la diferencia de tensión entre sus dos terminales de entrad entrada. a. Las señale señaless
que aparecen aparecen en ambos ambos terminale terminaless no son amplif amplific icada adas, s,
permitiendo permitiendo el amplificador amplificador diferencia diferenciall extraer pequeñas señales señales en presencia de fuerte fuertess interf interferen erencia ciass
electr electroma omagné gnétic ticas. as. Esta capaci capacidad dad de rechaz rechazar ar señal señales es
comunes a ambos terminales de entrada se especifica en la relación de rechazo al modo común.
*
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Figura 2.- Amplificador Diferencial
2.2.2.1.7.- Amplificador de aislamiento. Consistente en varias etapas de amplificación, el amplificador de entrada está, bien eléctr eléctrica icamen mente te bien bien óptica ópticamen mente te aislad aislado o de la salida salida (fig.3) (fig.3).. El amplif amplifica icador dor de entrad entradaa es usualm usualment entee de tipo tipo diferen diferencia cial, l, modulá modulándo ndose se en radio radio frecuen frecuencia cia su salida, que se lleva a través de un transformador de RF hasta la segunda etapa, en la que que se demo demodu dula la y filt filtra ra.. La fuen fuente te de alim alimen enta taci ción ón para para la secc secció ión n del del amplificador de entrada también debe estar aislada de forma que no exista conexión en bajas frecuencias o en continua entre las secciones de entada y salida del amplificador . El funcionamiento de los amplificadores por aislamiento óptico es simi simila lar, r, sust sustit ituy uyén éndo dose se en tran transf sfor orma mador dor de RF por por un optoopto-ac acop opla lado dor. r. Los Los amplificadores de aislamiento aislamiento están generalmente generalmente encapsulados en una unidad y se emplean emplean en aquellas aquellas aplicaciones aplicaciones que requieren requieren muy bajos niveles de conducta conducta en continúa continúa o a través de alimentac alimentación. ión. Los amplifica amplificadores dores de aislamient aislamiento o siempre requier requieren en fuente fuentess de alimen alimentac tación ión aisla aisladas das así como como cables cables conven convenien ientem tement entee aislados entre la fuente alimentación y el amplificador. En algunos casos se emplean baterías para evadir el problema de aislamiento de la fuente de alimentación. El componente representativo es el Analog Devices AD293.
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2.2.2.2.- Circuitos Integrados de Consumo
Los circuitos integrados englobados en esta categoría son aquellos que ofrecen los fabr fabric ican ante tess para para uso uso en equi equipo poss clas clasif ific icad ados os como como de <> o>>.. Obviamente, los CI utilizados en los relojes de pulsera, detectores de humos, televisores y calc calcul ulad adora orass queda quedan n dentr dentro o de esta esta cate catego gorí ría. a. Los circ circui uito toss inte integra grado doss util utiliz izad ados os en tempori temporizad zadores ores de electr electrodom odomést éstico icoss son los mismos mismos que los emplea empleados dos en los relojes relojes industrial industriales, es, y el microprocesador microprocesador empleado empleado para el control de un horno de microondas microondas o un jue juego go elec electr trón ónic ico o tamb tambié ién n esta estará rá engl englob obad ado o como como CI de cons consum umo. o. Este Este probl problem emaa de clasificación viene marcado por el hecho de que para cualquier función dada, como por ejemplo ejemplo el CI de un reloj, de una calculad calculadora ora o un CI para un juego electrónico, electrónico, hay muchos modelos diferentes, algunos vendidos únicamente al fabricante del producto de consumo y otros disponibles para los distribuidores de electrónica. Algunos de estos CI son tan exclusivos que que ni siqu siquie iera ra se han han publ public icad ado o nunc nuncaa las las espec especif ific icac acio ione ness y algu alguno noss otro otross han han sido sido desarrollados en exclusividad para una calculadora, reloj o juego. Los circuitos integrados diseñados para las cámaras automáticas, por ejemplo, parecen pertenecer pertene cer mayoritariamente a esta categoría. Solo Solo unos unos cuan cuanto toss fabri fabrica cant ntes es publ public ican an los los dato datoss de sus sus circ circui uito toss inte integr grad ados os personaliza personalizados dos y solo para unos pocos tipos. La inmensa mayoría de los circuitos circuitos integrados utilizados en el mercado de gran consumo son aparentemente diseños personalizados y en el caso de necesidad de repuestos solo el fabricante original del equipo los tiene en stock.
Los CI de consumo son prácticamente siempre circuitos de gran escala de integración y contienen frecuentemente tanto los circuitos analógicos como digitales. En esta sección se 16
relacionara relacionaran n los circuitos circuitos integrados de consumo consumo conforme a los equipos de consumo consumo en que se emplea emplean. n. Cada Cada uno de ellos ellos es un ejempl ejemplo o represe representa ntativ tivo o tat tato o aquell aquellos os de caráct carácter er estándar como de los diseños personalizado que realizan una función determinada. En los casos en que su función se combina con otras, pueden encontrarse diferencias en cuanto a sus características u otras diferencias mínimas, pero la funcionalidad esencial aquí descrita es la propia de cada tipo de circuito integrado.
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2.2.2.2.1.-CIRCUITO DE ALARMA
Este circuito proporciona todas las funciones necesarias para alarmas antirrobo, de temperatura, de humedad y para otros tipos de sistemas de seguridad. Se incluyen entradas positivas como negativas junto a una señal de supresión de ruido como se muestra en la figura 4. Una de las características de este CI es su capacidad para detectar la descarga de la batería. La corriente de salida puede ajustarse para la excitación de bocinas altavoces o cualquier otro tipo de indicador sonoro o visual. Dispone de entradas separadas para los interru interrupto ptores res de conexi conexión ón y descon desconexi exión ón de alarma alarma.. Estos Estos interru interrupto ptores res general generalmen mente te trabajan alimentados a baterías, los requerimientos de consumo de este tipo de circuito integrado deberán ser mínimos posibles.
Figura 4.-Circuito de Alarma Los parámetros fundamentales son: a) a) Consumo de corriente en reposo. Es la máxima corriente consumida cuando no se
produce una señal de alarma. Entre 5 y 7 micro amperes es un valor típico. b) b) Consumo de corriente en funcionamiento. Es la máxima corriente consumida por el
CI cuando se produce la alarma. Valores típicos desde 5 a 15 mA. c) c) Umbral de la tensión de entrada. Es el nivel de la señal de entrada tanto negativa
como positiva que disparara la alarma. Valores típicos típicos desde 3,0 a 3,4 V. d) d) Umbral de detección de batería descargada. Es la tensión a la cual la alarma por
batería baja comenzara para indicar ese hecho. Valores típicos entre 1,7 y 2,0 V.
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e) e) Corriente máxima de salida. La corriente máxima en este tipo de CI es ajustable
para asegurar la interconexión correcta con circuitos lógicos o indicadores externos. La corriente máxima de salida típica es de 15mA.
El Componente representativo de este tipo de circuitos es el AMI S2561.
2.2.2.2.2.- AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE AUDIO
Estos dispositivos son amplificadores de potencia de baja frecuencia (generalmente desde 40Hz a 20.000Hz). internamente están diseñados como amplificadores de potencia en clase B y ofrecen una ganancia de potencia razonable (entre 5 y 10 W típicamente), así como bajos niveles de distorsión. Para manejar las potencias digitales, la mayoría de los integrados poseen varios terminales planos y grandes que se conectan a masa y actúan como radiadores térmicos. Estos integrados ofrecen además funciones adicionales, como por ejemplo shutdown térmico, protección contra sobre tensiones y compensaciones en frecuencia. La salida esta diseñada para trabajar sobre bajas impedancias (un altavoz de 4 ohmios es e s típico). Parámetros fundamentales a) a) Potencia de salida. Es la potencia de salida especificada del dispositivo. La potencia
se da para una carga y frecuencia especificada. La potencia de salida disminuye al hacerlo la tensión fuente. b) b) Distorsión armónica total. La distorsión armónica total es la distorsión causada por
el funcio funcionam namient iento o alinea alineall del amplif amplifica icador. dor. Este Este paráme parámetro tro se expres expresaa como como un porcentaje de la salida total, siendo el 0,3 % el valor normal. c) c)
Cons Consid idera eraci cion ones es térm térmic icas as.. Desd Desdee el mome moment nto o que que esto estoss disp dispos osit itiv ivos os está están n
diseñados para la entrega de una potencia significativa a la carga, los efectos del calor prod produc ucid ido o por por el inte integr grad ado o son son un crit criter erio io prim primar ario io para para la cons constr truc ucci ción ón y funcionamiento de los circuitos integrados situados en la alrededores del amplificador de potencia. Los puntos de atención prioritaria incluyen los detalles físicos del montaje y los datos de potencia térmica. Los terminales anchos del integrado se emplean para la conducción del calor fuera del integrado y serán muy eficaces si se utilizan con 19
propiedad. El fabricante entrega generalmente información mostrando la disipación de potencia frente a la temperatura indican como debe reducirse la disipación de potencia al aumentar la temperatura temperatura ambiente. ambiente. La disipació disipación n de potencia potencia especificada especificada para un integrado lo es para temperatura ambiente (25 grados Celsius).
2.2.2.2.3.- SISTEMA DE RADIO AM/FM Un integrado de este tipo combina la mayoría de los circuitos necesarios para un sistema completo de recepción de radio AM/FM. Los bloques internos que contiene el citado sistema incluyen un amplificador de potencia, un conversor AM (mezclador y oscilador local), la etapa de FI de AM, el detector, la etapa de FI de FM y el detector de FM. Son necesarios comp compon onen ente tess exte extern rnos os tale taless como como resi resist sten enci cias as,, bobi bobina nass y resi resist sten enci cias as para para hace hacerr completamente funcional el receptor. Estos componentes externos determinan algunas de las características funcionales del sistema, como pueden ser el ancho de banda y la ganancia. Además Además,, los compon component entes es externo externoss son necesa necesario rioss para para constr construir uir los circui circuitos tos tanque tanque necesarios para la sintonía de las etapas de FI. Funciones que pueden también estar incluidas en el inte integr grad ado o son son la fuen fuente te de alim alimen enta taci ción ón regu regula lada da,, el medi medido dorr de sali salida da y el silenciamiento de audio. Los parámetros fundamentales son: a) a) Margen de tensiones de alimentación del funcionamiento. Especifica el margen de
tensiones posibles de alimentación. Un amplio margen permite su uso en equipos portátiles con las baterías descargadas. Un típico margen de tensiones de alimentación cubre desde 4 a 15 V. b) b) Disipación del encapsulado. Esta es la especificación a temperatura ambiente de la
disipa disipació ción n de potenc potencia. ia. Un valor valor no muy inusual inusual con el amplif amplifica icador dor de potenc potencia ia incluido es 1,6 W. c) c) Potencia de salida. La potencia típica de salida sobre 8 ohmios a 1 kHz es de 325
mW, con una distorsión armónica igual al 10%. 1 0%.
El componente representativo es el National Semiconductor EM1868. 20
2.2.2.2.4.- SISTEMA DE RECEPCIÓN AM
Como muestra en la figura siguiente (fig. 5), todos los componentes activos de un receptor de AM típico están integrados en un solo CI. Solamente las redes de resonancia tienen que disponerse en el exterior. Este circuito integrado incluye el conversor de RF, el amplificador de FI, el detector y el circuito de control automático de ganancia (AGC), el diodo regulador zener integrado y la etapa de preamplificación de audio. En algunos sistemas de recepc recepción ión integra integrados dos de AM se incluy incluyen en tambié también n el amplif amplific icado adorr de RF, excluy excluyénd éndose ose el medidor de sintonía o el preamplificador de audio.
Los parámetros fundamentales son: a) a)
Sensib Sensibili ilidad. dad. Es la sensi sensibil bilida idad d total total del recept receptor, or, basada basada en una selecc selección ión
particular particular de bobinas de RF Y FI, usualmente usualmente a 1 MHz, con ondulació ondulación n AM del 30%, a una una frec frecuen uenci ciaa de audi audio o de 400H 400Hzz y para para un nive nivell de sali salida da espe especi cifi fica cado do.. Una Una sensibilidad típica para un nivel de salida de 10 mV podría ser de 10 microV. b) b) Relación señal de ruido. Medida en las mismas condiciones que para el parámetro
(a) anterior; un valor típico seria 4,5dB. c) c) Disipación máxima de potencia. Medida generalmente a temperatura ambiente. Un
sistema de recepción AM integrado puede disipar típicamente 600 mV.
21
Figura 5.- Sistema de Recepción AM
El componente representativo es el National Semiconductor LM3820.
2.2.2.2.5.- Temporizador de control para electrodomésticos Aunque los temporizadores de control difieren en su flexibilidad de aplicación, el temporizador típico, como el circuito integrado mostrado en la figura siguiente (fig. 6), puede emplearse con líneas tanto de 50 como de 60 Hz trabajando tanto sobre una base horaria de doce como de veinticuatro horas. Si se emplea una línea de alimentación, es necesario disponer de una entrada de reloj externo. Los terminales de control externo se emplean para inicializar los minutos y horas y poner en marcha o detener el temporizador. Existe además un control de <>, que provocara el retorno del temporizador a su hora original; un control de <>, que permitirá al temporizador la repetición de la operación tantas veces como este control se active, y un control de <>, que cancelara la alarma.
Los parámetros fundamentales son: a) a)
Niveles de control. Son los niveles para los estados lógicos 0 y 1 necesarios en
cualquiera cualquiera de las entradas entradas y salidas salidas de control. Valores Valores típicos típicos son + 0,3 V para el nivel lógico 0 y –6 V para el nivel lógico 1. 1 . esto se basa en una tensión de alimentación de –12V. 22
b) b)
Nivel de salida para el visualizador. Son los niveles de tensión necesarios para
conectar o desconectar el visualizador de segmentos. Depende del tipo de visualizador empleado, estando los valores típicos en el margen de 0 a +5V para LED y entre –2 y 0 V para visualizadores flouresentes. c) c)
Potencia máxima disipada. Dependiendo de la familia lógica, los calores típicos
están en torno a 100 mW.
Figura 6.- Temporizador de Control
2.2.2.2.6.- Procesador de recuccion de ruido dolby
Este circuito integrado ha sido diseñado específicamente para llevar a cabo la reducción de ruido según la norma Dolby-B para monocanales de audio. Además de un regulador interno de alimentación. Contiene un conjunto de amplificadores y precisa de algunas redes RC externas. Una de estas redes, que contiene cinco condensadores y tres resistencias, se conecta a cuatro terminales externos, mientras que la segunda, que constituye la vía de reali realime ment ntac ació ión, n, esta esta form formad adaa por por tres tres resis resiste tenc ncia iass y tres tres cond conden enad adore oress trab trabaj ajan ando do conjuntamente con un circuito rectificador interno. Estas redes RC están detalladamente especificadas por el fabricante para garantizar la obtención del sistema de reducción de ruido Dolby-B deseado.
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Los parámetros fundamentales son:
a) a)
Distorsión. La máxima distorsión provocada por este CI esta especificada en un
0,05% para 1 kHz y un nivel de entrada de 0 dB, pasando a ser de un 0,1% para 10kHz y 10 dB de un nivel de entrada. b) b)
Margen dinámico de señal. Determina el margen de entrada de la señal para
obtener una distorsión del 0,3% a 1 kHz. Un valor típico serian 14 dB. c) c)
Relación señal/ruido. En el modo de codificación, un valor típico es de 70 dB,
pasando a 80 dB cuando esta en el modo de decodificación. d) d) Resistencia de entrada. Valor típico 65 kiloohmios. e) e) Resistencia de salida. Valores típicos desde 80 a 100 ohmios.
El componente representativo es el Fairchild uA 7300.
2.2.2.2.7.- Calculadora de cinco funciones
Este circuito integrado lleva acabo las cuatro funciones básicas de calculo, así como el cargo y descargo de porcentajes. Funciona con un teclado simple que consta de las teclas CCE, las diez teclas numéricas y las seis teclas de función mas el punto decimal. Es el típico de las calculadoras de bolsillo económicas y contiene todas las funciones lógicas y de memoria en un único integrado de 28 terminales. En muchas calculadoras avanzadas se emplean muchos otros otros circ circui uito toss inte integra grados dos mas mas comp comple lejo joss que que prop proporc orcio iona nan n mas mas de ocho ocho dígi dígito toss en visualizador, mas funciones que las cinco básicas y cierta cantidad limitada de memoria, pero sus características básicas son las mismas.
Como se muestra en la figura siguiente, las nueve conexiones para los dígitos están compartida compartidass entre el teclado teclado y el visualiza visualizador. dor. Tres líneas líneas procedentes procedentes del teclado teclado indican indican al integrado que columna de teclas ha sido pulsada. Combinándose esta información con la de digito. Cuando se pulsa una tecla del teclado, el mismo conjunto de nueve líneas valida uno de
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los ocho dígitos del visualizador, iluminándose l digito de siete segmentos correspondiente. El resto de entradas son el oscilador externo y la señal de validación del oscilador. Los parámetros fundamentales son: a) a)
Tensión de alimentación. Depende del tipo de visualizador para el que se ha
diseñado el circuito integrado. Para visualizadores fluorescentes, la tensión típica es de –15V, siendo de –7,5V para tipos con visualizador de diodos electro luminiscentes. b) b) Niveles de entrada. Para circuitos integrados de –15 V, el margen del nivel lógico 1
va desde –15 hasta –6 V, y para el nivel lógico 0 desde –1,5 a 0 V. Para circuitos integrados alimentados a –7,5 V, el nivel lógico 0 ca desde –0,5 a 0 V. c) c) Resistencia de entrada del teclado. El valor típico es de 1.000 ohmios para todo
tipo de calculadoras. d) d) Consumo en reposo. Es la potencia consumida por el CI cuando todos los dígitos
del visualizador están apagados. Para CI de –15 V, el valor típico es de 75 uW para los alimentados a –7,5 mW. e) e)
Potenc Potencia ia disipa disipada da máxim máxima. a. A tempera temperatur turaa ambien ambiente te + 25 grados grados Celsiu Celsius, s, la
potencia máxima en cualquier tipo de calculadora puede disipar es de 500 mW.
El componente representativo es el Texas Instruments TMS1018.
2.2.2.2.8.- Circuitos de reloj
Este circuito integrado proporciona todas las funciones necesarias en un reloj electrónico alimentado tanto desde la red AC como desde la bateria de un automóvil, barco o avión. Dependiendo de la aplicación, puede funcionar a partir de un cristal de sintonía de color de TV de 3,58 MHz o de los 60Hz de la línea de alimentación. Estas señales se emplean en la cuanta de minutos, decenas de minutos y horas hor as del visualizador. Se dispone de una salida de 3,75 Hz para el parpadeo de gigitos específicos o de mensajes. En este circuito integrado se han dispuesto salidas independientes para los excitadores de segmentos del visualizador LED o indicadores numéricos fluorescentes. Solo son necesarias tres entradas de control. La entrada de <> o>> permite selecciona seleccionarr cualquier cualquier digito en particular, particular, bien sea el de horas, horas, 25
decenas de minutos o minutos, o la puesta en marcha de reloj. Una vez seleccionado el estado deseado, puede incrementarse el digito proporcionado un impulso mediante el cierre del pulsador. La entrada de <> provoca el retorno a 1:00 del reloj.
Los parámetros fundamentales son: a) a) Tensión de alimentación. Una tensión nominal de +5 es un valor típico. b) b) Niveles de control lógico. Para el nivel 1, entre 2,0 y 5,0 V es un margen típico.
Para el nivel 0, el margen típico suele ir desde 0 a 0,3 V. c) c)
Potencia máxima disipada. Se disipan aproximadamente 500mW cuando están
iluminados todos los segmentos.
El componente representativo es el Intersil ICM7223.
2.2.2.2.9.- Generador de sonidos múltiples
Los generadores de sonidos sonidos múltiples múltiples combinan ruido generado generado internamen internamente te y tonos para producir efectos sonoros sonoros especiales. especiales. El integrado integrado contiene contiene diversos diversos tipos de oscilador osciladores es que se selecciona seleccionan n y controlan controlan desde terminales terminales externos como se muestra muestra en la figura 7. A trav través és de esta estass termi termina nale less y bajo bajo cont control rol de seña señale less digi digita tale les, s, se puede pueden n sele selecc ccio iona narr diferentes combinaciones de señales de salida procedentes de osciladores controlados por tensión (VCO), osciladores de súper baja frecuencia (SLF) y generadores de ruido que se mezcla mezclaran ran entre si. Las frecuenc frecuencia iass de los oscil oscilado adores res se determ determina inan n por los valores valores de resistencias y condensadores conectados en terminales al efecto. El sonido resultante puede simular el de trenes de vapor, pistolas y otros sonidos propios de juegos.
Los parámetros fundamentales son:
a) a) Corriente de alimentación. Para Vcc igual a 9 V, 19 mA es un valor típico.
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b) b)
Potencia del amplificador de audio. Estos circuitos pueden incluir un pequeño
amplificador integrado para trabajar sobre carga de 8 0hmios. La potencia de salida es de 125 mW.
Figura 7.- Generador de Sonidos Múltiples
El componente representativo es el Texas Instruments SN94281.
2.2.2.3.- Circuitos Integrados Digitales.
Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Inicialmente, en circuitos digitales discretos con transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el que dicha tensión de colector pasaba a tener un nivel próximo al del emisor, emisor, usualmen usualmente te tierra tierra.. En sistem sistemas as de lógica lógica positi positiva, va, el nivel nivel próxim próximo o a tierra tierra se considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación se considera como nivel lógico (1). Consideraciones inversas se hacen por sistemas de lógica negativa. En las próximas explicaciones y ejemplos se utiliza la lógica positiva, y el termino nivel lógico (1) hará referencia al nivel de tensión alto, mientras que el termino nivel (0) lo hará el nivel de tensión bajo.
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Las Las func funcio ione ness digi digita tale less esen esenci cial ales es de todo todoss los los CI digi digita tale less son son igua iguale less independientemente de la familia de que se trate. Una puerta OR, un flip-flop o un registro de desplazamiento funcionan exactamente de la misma forma tanto si el CI pertenece a la familia ECL o se ha empleado tecnología CMOS en su fabricación.
2.2.2.3.1.- Microcomputador de 8 bits.
El microcomputador que se muestra en la figura 8. Constituye un sistema computador completo integrado en un único dispositivo. Contiene una memoria ROM/EPROM, una RAM y un microprocesador, que a su vez incluye el controlador, el programa de control, la ALU y algunos registros. El uso de un microcomputador de 8 bits en lugar de uno de 4 permite escribir el programa de control con el uso de un número menor de instrucciones. Además, un microcomputador integrado de 8 bits permite procesar números más grandes. Una vez escrito y depurado el programa de control se programa en la ROM o en la EPROM. Si se utiliza un microcomputador integrado con ROM, esta programación debe efectuarla el fabricante del CI. Si se emplea una EPROM, la programación puede hacerla el usuario con el dispositivo al efecto. La decisión relativa a que tipo emplear se basa en criterios de velocidad, costo, flexibilidad, etc.
Figura 8 .-Microcomputador de 8 bits. 28
2.2.2.3.2.- Microprocesador de 32 BITS
La potencia de procesamiento que puede obtenerse de un microprocesador de 32 bits es muy similar similar a la de los grandes ordenadores. ordenadores. Estos integrados integrados están diseñados para obtener altas prestaciones y su uso en entornos operativos multitarea. El funcionamiento de un microprocesador de 32 bits es demasiado complejo como para presentarlo aquí. Si desea sabe saberr mas mas debe deberá rá diri dirigi girs rsee a los los catá catálo logo goss de dato datoss del fabric fabrican ante te..
El comp compon onent entee
representativo es el Intel 80386.
2.2.2.3.3.- Microprocesador de 16 BITS.
El microprocesador que se muestra en la figura 9 es similar en cuanto a su estructura a los de 4 u 8 bits, pero existen algunas diferencias: a)
a)
Pueden manipularse números mayores en un único ciclo de instrucción. Pueden
procesarse procesarse valores valores numéricos de hasta 65 000 en un ciclo de suma, suma, mientras que un microprocesador de 8 bits tiene limitados sus valores numéricos en un máximo de 256 un un ciclo de suma. b)
b)
La mayoría de las instrucciones precisan de ciclos de búsqueda, pero en un MP de
8 bits son necesarios dos ciclos de búsqueda para leer una instrucción de 16 bits. c)
c)
En los microprocesadores de 16 bits se utilizan las más recientes técnicas de
dise diseño ño digi digita tal, l, como como por por ejem ejempl plo o oper operac acio ione ness memo memori riaa a memo memori ria, a, cola cola de instrucciones, permitiendo así una ejecución más rápida de los programas.
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Figura 9 .-Microprocesador de 16 bits.
2.2.2.4.- Circuitos Integrados de Interfase
Algunos textos consideran a los excitadores y receptores de línea, integrados empleados en aplicaciones de interconexión a través de buses, como dispositivos de interfase. Estos circuitos integrados se utilizan en general como parte de un controlador digital u ordenador, o bien de un periférico. El termino Interfase se refiere a que estos circuitos sirven de enlace entre otros componentes de un sistema.
2.2.2.4.1.- Conversor Analógico-Digital.
Existen en el mercado un gran numero de conversores analógicos-digitales (ADC) específicos para un gran variedad de aplicaciones. Prácticamente todos ellos trabajan en base a uno de los principios que se describirán a continuación, y si bien muchos están disponibles como circuitos circuitos integrados monolíticos, monolíticos, frecuentemen frecuentemente te se utilizan utilizan módulos módulos híbridos híbridos para aplicaciones de propósito especial de alta precisión. pr ecisión.
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El método de conversión por comparación se ilustra en la fig.10. El diagrama de bloques muestra un contador que ataca a una red resistiva en escalera. Obsérvese que la relación entre los valores resistivos en esta red sigue una secuencia de tipo binaria. La señal en escalera que demuestra la figura11 ilustra la comparación entre la señal analógica de entrada y la señal de salida generada a partir del contador en la red resistiva en escalera. Mientras la seña señall de entra entrada da sea sea super superio iorr al nive nivell de la seña señall en esca escale lera ra,, los los puls pulsos os de sali salida da,, correspondientes a los pulsos de entrada de reloj, pasan a través de los comparadores 1 y 2 y de las puertas NAND hacia el terminal de salida digital serie.
Figura 10.- Diagrama de bloques de un conversor A/D por aproximaciones
En numero de pulsos de salida representa, pues, el nivel de tensión de señal de entrada lógica. La mayoría de los conversores A/D por comparaciones poseen una circuitería más sofisticada que la mostrada en la figura 11.
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Figura 11.- Señal en escalera.
El segundo método de conversión analógico digital utiliza una rampa lineal para relacionar la tensión de entrada de la señal analógica con intervalos de tiempo. Como muestra el esquema de bloques del conversor de doble rampa de la figura 12. Para la generación de esta rampa se utiliza un integrador.
En el método de comparación, la exactitud del sistema viene limitada por el número de bits del contador y la exactitud de las referencias de tensión (fig. 13). En el conversor por inte integra graci ción ón,, la prec precis isió ión n está está limi limita tada da por por la prec precis isió ión n de la tens tensió ión n de refer referenc encia ia y la frecuencia de la señal interna de reloj.
Figura 12.- Esquema de bloques de un conversor A/D de doble rampa.
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Figura 13.- Señales de doble rampa
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3.- FUNCIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGADOS Las funciones de los circuitos integrados son muy variadas; ya que son utilizados en la mayoría de los aparatos electrónicos que existen y estas pueden variar mucho de acuerdo acuerdo con la finalidad finalidad con la que fueron creados dichos circuitos. circuitos. A continuaci continuación ón se presentaran algunos de los usos de los circuitos integrados. 3.1.- El uso de los Circuitos Integrados. Los Circuitos Integrados tienen una infinidad de usos; sin embargo veremos los usos de los Circuitos Integrados que hemos explicado anteriormente. Los Amplificadores en Clase A se utilizan como amplificadores de bajo nivel en circuitos de audio, en las etapas de radiofrecuencia y de frecuencia intermedia de receptores de todo tipo y en las etapas de video de receptores de televisión y monitores. Los Amplif Amplifica icadore doress Clase Clase C se encuen encuentra tran n usualm usualment entee en oscila oscilador dores es a frecue frecuenci ncias as super superio iores res a los los 100 100 kH kHz. z. Los Los Ampl Amplif ific icad adore oress de corri corrien ente te se empl emplea ean n como como exci excita tado dores res de cabl cables es coax coaxia iale les, s, serv servom omot otor ores es,, regis registr trad adore oress de preci precisi sión ón y tran transf sfor orma mado dore ress elev elevad ador ores es de alta alta tens tensió ión, n, sien siendo do tamb tambié ién n útil útiles es como como ampl amplif ific icad adore oress de sali salida da de audi audio o y en circ circui uito toss regul regulad adore oress de fuen fuente tess de alim alimen enta taci ción ón.. Los Los Ampl Amplif ific icad ador ores es line lineal ales es son son empl emplea eado doss en todo todo tipo tipo de ampl amplif ific icad ador ores es para para cabe cabeza zass de regi regist stro ro magn magnét étic ico, o, en gran gran cant cantid idad ad de instrument instrumentación ación industrial industrial,, laboratorios laboratorios científic científicos os y aplicacion aplicaciones es médicas médicas donde deben amplificarse pequeñas señales en presencia de interferencias externas. Los Amplificadores de Aislamiento son utilizados como amplificadores de entrada en electr electroca ocardi rdiogra ogramas mas,,
electr electroenc oencefa efalog logram ramas as
y
cualqu cualquier ier
otra otra
monito monitoriz rizaci ación ón
fisi fisiol ológi ógica ca.. Los Los ampl amplif ific icad adore oress de aisl aislam amie ient nto o son son util utiliz izad ados os tamb tambié ién n en la instrumentación de las plantas de energía nuclear y en el control de procesos industriales, en cualquier punto donde exista un problema de seguridad eléctrica. Entre los circuitos integrados de consumo que explicamos anteriormente se encuentran los circuitos de alarma que pueden utilizarse en diversos sistemas de seguridad y en otros 34
sistemas donde deben monitorizarse continuamente diversos parámetros físicos, como por ejemplo temperatura, flujo de aire, presión, iluminación, etc. Un cambio sustancial en el parámetro analógico externo que esta siendo monitorizado activara el dispositivo de alarma. Debido al sistema de detección de descarga de la bateria, este circuito es especialmente útil en aplicaciones alimentadas a baterías. El Amplificador de potencia de audio se usan en autoradios, equipos domésticos de audio económicos y parte de la sección de audio de receptores de televisión.
Los Sistemas de Radio AM/FM se emplea como receptor en radios portátiles de FM y AM de baja potencia, autoradios y otros o tros tipos similares. El sistema de recepción AM se emplea típicamente en receptores miniatura y subminiatura de AM de radi radiod odif ifus usió ión, n, del del tiem tiempo po y de otro otross tipo tipos. s. El temp tempor oriz izad ador or de cont contro roll para para electrodomésticos puede encontrarse en hornos de microondas, videos, cocinas eléctricas, lavadoras, etc. El procesador procesador de recucción de ruido dolby se usa en todo tipo de sistemas de audio HI-FI, dispositivos de grabación, receptores FM, etc., donde se desee disponer del sistema de reducción de ruido Dolby. El circuito de reloj se emplea en relojes de todo tipo. El generador de sonidos múltiples se emplean para producir sonido en video-juegos, alarmas, muñecas e indicadores de control.
Entre los circuitos digitales que vimos anteriormente se encuentra el microcomputador de 8 bits bits;; est este al igu igual que que los los micr microp opro roccesad esador ores es de 4, 8 y 16 bit bits, y los los micr microc ocom ompu puta tado dores res de 4 bits bits,, esto estoss de 8 bits bits puede pueden n empl emplea ears rsee en horno hornoss microondas, juegos de televisión, calculadoras, etc. Los Microprocesadores de 32 bits se emplean en el diseño de ordenadores con altas prestaciones y en sistemas controlados por ordenador. Los Microprocesador de 16 bits poseen unas prestaciones operativas superiores a las de los 4 y 8 bits. Sus actua ctualles apl aplicac icaciiones ones cubre ubren n los los jueg juegos os de TV, TV, sist sistem emas as de contr ontrol ol de 35
acondicionadores, aplicaciones de control de procesos, ordenadores personales y de pequeños ordenadores de gestión.
Unos de los Circuitos Integrados de Interfase que explicamos anteriormente son los conversores analógico-digitales; los cuales se usan en instrumentación, telemetría, utillaje controlado por ordenador y otros sistemas en los que una señal analógica de entrada debe emplearse en un dispositivo digital. La mayoría de las magnitudes físicas físicas como temperatura temperatura,, presión, presión, iluminaci iluminación, ón, radiación, radiación, etc., pueden medirse mediante su conversión a señales eléctricas analógicas y posteriormente en valores digitales para su uso en procesos digitales.
3.1.1.- Ramas que abarca el uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados actualmente son utilizados en casi todas las ramas como son la medicina, la industria, el comercio, etc. A diferencia de cuando surgieron; ya que eran utilizados principalmente en la astronáutica y en el ejercito.
3.2.- Funciones principales de los Circuitos Integrados.
Las funciones principales de los circuitos integrados son mejorar las funciones de los aparatos tanto electrónicos como electrodomésticos; así como reducir el tamaño, complejidad y por lo tanto el costo también disminuye.
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CONCLUSIONES
Como Conclusión podemos mencionar que los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que han ido evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su tamaño a disminuido considerablemente; la llamada “Miniaturización”.
Estos circuitos están formados por una delgada oblea de silicio sobre la cual se fabrican los transistores; la técnica llamada fotolitografía ha permitido a los diseñadores crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p.
Durant Durantee la fabric fabricaci ación, ón, estas estas region regiones es son interco interconec nectad tadas as median mediante te conduc conductor tores es minúsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales. En la actualidad, los pasos para fabricar un circuito integrado han cambiado, ya que han surgid surgido o nuevas nuevas indust industria riass que han asumid asumido o la respon responsab sabili ilidad dad de introdu introducir cir los último últimoss avances tecnológicos en el equipo de procesamiento. El resultado es que el fabricante puede concentrarse en el diseño, el control de calidad, en el mejoramiento de las características de funcionamiento y confiabilidad y en una todavía mayor miniaturización haciendo de esta forma a los circuitos integrados cada vez mas confiables y con una menor complejidad física y por lo tanto un menor costo.
Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. Se han utilizado 37
también para mejorar y rebajar el costo de muchos productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los equipos de alta fidelidad.
El desa desarr rrol ollo lo de los los circ circui uito toss inte integr grad ados os ha revol revoluc ucio iona nado do los los camp campos os de las las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido permitido reducir el tamaño tamaño de los dispositivos dispositivos con el consiguie consiguiente nte descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabil fiabilida idad. d. Los relojes relojes digita digitales les,, las comput computado adoras ras portáti portátiles les y los juegos juegos electr electróni ónicos cos son sistemas basados en microprocesadores.
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