Transistor como interruptor Un tran transi sist stor or func funcio iona na como como un inte interr rrup upto torr para para el circ circui uito to conectado al colector (Rc) si se hace pasar rápidamente de corte a saturación y viceversa. En corte es un interruptor abierto y en saturación es un interruptor cerrado. Los datos para calcular un circuito de transistor como interruptor son: el voltaje del circuito que se va a encender y la corriente que requiere con ese voltaje. El voltaje Vcc se hace igual al voltaje nominal del circuito, y la corriente corresponde a la corriente Icsat. Se calcula la corriente de saturación mínima, luego la resistencia de base mínima: IBSAT min = Icsat / b RBMax = Von/IBsat min Donde Von es el voltaje en la resistencia de base para encender el circuito, el circuito debe usar una R B por lo menos 4 veces menor que RBmax. Adicionalmente se debe asegurar un voltaje en R B de apagado Voff que haga que el circuito entre en corte.
Transistor IGBT
•
Símbolo más extendido del IGBT: Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E)
El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate
Bipolar
Transistor )
es
un
dispositivo
semiconductor que
gene genera ralm lmen ente te se apli aplica ca como como inte interr rrup upto torr cont contro rola lado do en circ circui uito toss de electrónica de potencia. potencia . Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta alta corr corrie ient nte e y volta voltaje je de baja baja satu satura raci ción ón del del trans transistor istor bipo bipolar lar , combin combinand ando o una puerta puerta aislad aislada a FET para la entrada e control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de exc excita itación ión del IGB IGBT es como como el del MOSF MOSFET ET,, mie mientra ntrass que las características de conducción son como las del BJT. Los transistores IGBT han permitido desarrollos hasta entonces no viables en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente consci conscient entes es de eso: eso: automóvil automóvil,, tren tren,, metro metro,, autobús autobús,, avión avión,, barco barco,, ascensor ,
electrodoméstico,, electrodoméstico
televisión,, televisión
domotica,, domotica
Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc. Características:
Sis Sistema temass
de
•
Sección de un IGBT
El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sust sustititui uido do al BJT BJT en much muchas as apli aplica caci cion ones es.. Es usad usado o en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada, conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. inducción . Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios voltios.. Se puede concebir el IGBT como un transistor darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corrie corriente nte de base base para para manten manteners erse e en condu conducci cción. ón. Sin embarg embargo o las corrientes transitorias de conmutacion de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electronica de potencia es intermedio entre los tiristores y los mosfet. Maneja más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.
•
Circuito equivalentede un IGBT
Este Este es un disp dispos ositi itivo vo para para la conm conmut utac ació ión n en sist sistem emas as de alta tensión.. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la tensión
ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.
Puerta lógica Una puerta puerta lógica lógica, o compue compuerta rta lógica lógica, e s u n dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica lógica de conmutación conmutación.. Cada Cada puer puerta ta lógi lógica ca cons consis iste te en una una red red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el oper operad ador or part partic icul ular ar.. Son Son esen esenci cial alme ment nte e ci circ rcui uito toss de co conm nmut utac ació ión n integrados en un chip chip.. Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores electromag electromagnétic néticos os para conseguir conseguir las condicion condiciones es de cada compuerta lógi lógica ca,, por por ejem ejempl plo, o, para para la func funció ión n bool boolea eana na Y (AND) (AND) coloc colocaba aba interruptores en circuito serie, serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo. paralelo. La tecn tecnol olog ogía ía
microelectrónica
actu ctual permi ermite te la elev levada ada
integración de transistores actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico. En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular , que haga posible la miniaturización de circuitos. Lógica directa Puerta SI o Buffer: Símbolo de la función lógica SI a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado La puerta lógica SI, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se suele utilizar como amplificador de corriente (buffer ( buffer en en inglés).
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta SI es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta SIEntrada ASalida A0011
Puerta Y (AND) :
•
Símbolo de la función lógica Y a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND, realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Tabla
de
verdad
000010 1010 1001 011 11Se 1Se AB0000
puerta AND En Entr trad ada a AEn Entr trad ada a
BSal BSalid ida a
pued puede e defi defini nirr la puer puerta ta AND, AND, como como aque aquelllla a
compuerta que entrega un 1 lógico sólo si todas las entradas están a nivel alto 1.
Puerta O (OR) :
Símbolo de la función lógica O a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR , realiza la operación de suma lógica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Entr trad ada a AEn Entr trad ada a BSal BSalid ida a A + Tabla abla de verd verdad ad puer puerta ta OREn
00001 11101 101111Pod 1Podem emos os B0000
defi defini nirr la puer puerta ta O como como aque aquelllla a que que
proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de sus entradas está a 1. Puerta OR-exclusiva (XOR) :
Símbo ímbolo lo de la fun funció ción
lóg lógica ica
O-e O-exclus clusiv iva a.
a) Cont Conta actos ctos,,
b)
Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR , realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica electrónica..
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla abla de verd verdad ad puer puerta ta XOR XOR En Entr trad ada a AEn Entr trad ada a BSal BSalid ida a A B000011101110Se puede definir esta puerta como aquella que da por
resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas).Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a (b c) o bien (a b) c. Su tabla de verdad sería:
XOR
de
tres
BEntrada
entradasEntrada CSalida
AEntrada
A
B
C00000011010101101001101011001111 Lógica negada Puerta NO (NOT):
Símbolo de la función lógica NO a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla abla de verdad verdad puerta puerta NOTEntrada Entrada ASalida ASalida
0110Se 0110Se puede puede
definir como una puerta que proporciona el estado inverso del que esté en su entrada. Puerta NO-Y (NAND) [editar [editar ]
Símbolo de
la
fun función
lóg lógica
NO-Y.
a)
Contactos tos,
b)
Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica NO-Y, más conocida por su nombre en inglés NAND, realiza la operación de producto lógico negado. En la figura de la
derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica electrónica.. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NAND es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verda erdad d puert uerta a NAND AND En Entra trada da AEntra Entrada da BSal BSalid ida a 0010 00101 11101 101110Po 10Pode demo moss defin definir ir la puer puerta ta NO NO-Y -Y como como aque aquelllla a que que prop propor orci cion ona a a su sali salida da un 0 lógico lógico única únicamen mente te cuando cuando todas todas sus entradas están a 1.
Puerta NO-O (NOR) :
Símbolo de
la función
Normalizado y c) No normalizado
lógica
NO-O.
a)
Contac tactos,
b)
La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR , realiza la operación de suma lógica negada. En la figura de la
derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica electrónica.. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla
de
verdad
puerta
NOREntrada
AEn Enttrad rada
BSalid lida
0010 001010 1010 1001 0110 10Po Pode demo moss defi defini nirr la puer puerta ta NO NO-O -O como como aque aquella lla que que proporciona a su salida un 1 lógico sólo cuando todas sus entradas están a 0. La puert uerta a lóg lógica ica NO NOR R cons consti titu tuyye un conjun njunto to compl omple eto de operadores.
Puerta equivalencia (XNOR) :
Símbol Símbolo o de la funció función n lógica lógica equiva equivalen lencia cia.. a) Contac Contactos tos,, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica equivalencia, más conocida por su nombre en inglés XNOR , realiza la función booleana AB+A'B'. Su símbolo es un punt punto o (·) (·) insc inscri rito to en un círc círcul ulo. o. En la figur figura a de la dere derech cha a pued pueden en observarse sus símbolos en electrónica electrónica.. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XNOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Tabla de verd verdad ad puert uerta a XNO NOR R En Entr trad ada a AEntra Entrada da BSal BSalid ida a 00101010011 001010100111Se puede definir esta puerta como aquella que proporciona un 1 lógico, sólo si las dos entradas son iguales, esto es, 0 y 0 ó 1 y 1
Familia lógica En inge ingeniería niería elec electrónic trónica a, se pued puede e refe referi rirr a uno uno de dos dos conc concep epto toss relaci relaciona onados dos;; una una famili familia a lógica lógica de dispos dispositiv itivos os circ circuitos uitos integ integrados rados digitales monolíticos, es un grupo de puert puertas as lógic lógicas as (o compuerta compuertas) s) construidas usando uno de varios diseños diferentes, usualmente con niveles lógicos compatibles y características de fuente de poder dentro de una fami famililia. a. Mucha uchass
fami famililia as
lógi lógiccas fue fueron ron
prod produ ucida cidass
como
componentes individuales, cada uno conteniendo una o algunas funciones bási básica cass rela relaci cion onad adas as,, las las cual cuales es se podr podría ían n ser ser util utiliz izad adas as como como “construcción de bloques” para crear sistemas o como por así llamarlo “pegamento” para interconectar circuitos integrados más complejos. Tambi ambién én pued puede e refe referi rirs rse e a un conj conjun unto to de técn técnic icas as usad usadas as para para la implem implement entaci ación ón de la lógica lógica dentro dentro de una larga larga escala escala de circui circuitos tos inte integr grad ados os tal tal como como un proc proces esad ador or cent centra ral,l, memo memori ria, a, u otra otra func funció ión n comp comple leja ja;; esta estass fami famililias as usan usan técn técnic icas as diná dinámi mica cass regi regist stra rada dass para para minimizar el consumo de energía y el retraso.
Tipos de Familias Lógicas : Dentro de las familias lógicas se encuentran: •
RTL (Lógica Resistencia-Transistor) Resistencia-Transistor)
•
DTL (Lógica Diodo-Transistor) Diodo-Transistor)
•
ECL (Lógica de Acoplamiento de Emisor)
•
TTL (Lógica Transistor-Transistor) Transistor-Transistor)
•
MOS (Semiconductor Oxido Metal)
o
PMOS (MOS tipo-P)
o
NMOS (MOS tipo-N)
o
CMOS (MOS Complementario)
o
BiCMOS (CMOS Bipolar)
•
IIL ó I2L (Lógica Inyección Integrada)
1. RTL es el acrónimo inglés de Resistor Transistor Logic o Lógica de resistencia--transistor . Fue la primera familia lógica en aparecer antes de resistencia
la tecnología de integración. Pertenece a la categoría de familias lógicas bipolares,, o que bipolares que impl implic ican an la exis existe tenc ncia ia de dos dos tipo tiposs de port portad ador ores es:: electrones y huecos huecos.. Este tipo de circuitos, presenta el fenómeno denominado acaparamiento que se prod produc uce e cuan cuando do vario varioss trans transis isto tore ress se acop acopla lan n de corrie corriente nte que directamente y sus características de entrada difieren ligeramente entre sí. En ese caso uno de ellos conducirá antes que los demás colocados en paralelo (acaparará la corriente), impidiendo el correcto funcionamiento del resto. En la Figura 1, se representa, a modo de ejemplo, una puerta lógica NOR y su correspondiente circuito electrónico en lógica RTL.
Figura 1.-Circuito 1.-Circuito electrónico de una puerta NOR en tecnología RTL
En ella se puede apreciar como en serie con la base de cada uno de los transistores se ha colocado una resistencia de compensación (Rc) de un valor lo suficientemente elevado para que la repartición de corrientes sea lo más igualada posible y no se produzca el fenómeno antes descrito. Esta disposición de circuito presenta el inconveniente de que con la adición de la resistencia Rc aumenta el retardo de conmutación, al tener que cargarse y descargarse a través de la misma la capacidad de entrada
de los transistores aunque, por otra parte, tiene la ventaja de un mayor factor de salida ( fan-out ). ). Por ello en el diseño de estos circuitos es necesario un compromiso entre factor de salida y retardo de conmutación. Valores normales son, un factor de salida de 4 ó 5, con un retardo de conmutación
de
50
nanosegundos.. nanosegundos
Por otra otra parte, parte, tiene tiene una inmuni inmunidad dad al ruido ruido relativ relativam ament ente e pobre pobre.. El margen de ruido de la tensión lógica 0 a la tensión del umbral es de unos 0.5 voltios, pero de la tensión lógica 1 a la tensión de umbral es de solamente unos 0.2 voltios. Es posible mejorar el tiempo de propagación añadiendo un condensador en paralelo con cada una de las resistencias Rc, con lo que obtendríamos una nueva familia lógica, que se denominaría RCTL. Sin embargo, el elevado número de resistencias y condensadores dificulta la integración por lo que tanto esta técnica, como la RTL, no se utiliza en los modernos diseños aunque pueda aún encontrarse en equipos muy antiguos.
2. DTL El DTL, o Diodo Transistor ransistor Logic es un diodo que trabaja con C tensiones de V base = − 2V y V C . Al tener una tensión de base de CC = 4V
-2V se necesitaba una fuente adicional y por ello aparece en 1964 la DTL modificada.. modificada Características típicas:
, V I IL = 1.2V , P DPuerta = 10mW , t P P = V OH = 4.8V , V OL = 0.2V , V I IH H = 1.5V 30ns, Fan − Out = 8.00, Alimentacion = 5V . 3. Tecnología TTL ransistor-Transistor Logic o "Lógic Acrónimo Inglés de Transistor-Transistor "Lógica a Transis ransistor tor a
Transistor". Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcc construcción ión de circuitos circuitos electrónic electrónicos os digitales digitales.. En los los comp compon onen ente tess
fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares. bipolares . Historia : Aunque la tecnología TTL tiene su origen en los estudios de Sylvania, fue Signetics la comp compañ añía ía que que la popu popula lariz rizó ó por por su mayor mayor velo veloci cida dad d e inmu inmuni nida dad d al ruid ruido o que que su pred predec eces esor ora a DTL DTL,, ofre ofreci cida da por por Fairchild Semiconductor y Texas Instruments, Instruments , principalmente. Texas Instruments inme inmedi diat atam amen ente te pasó pasó a fabr fabric icar ar TTL, TTL, con con su fami famililia a 74xx 74xx,, que que se convertiría en un estándar de la industria. Familias TTL: Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las series militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que representa la familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito. Con respecto a las familias cabe distinguir: •
TTL : Serie estándar
•
TTL-L (low power) : Serie de bajo consumo
•
TTL-S (schottky) : Serie rápida (usa diodos Schottky) Schottky)
•
TTL-AS (advanced shottky) : Versión mejorada de la serie anterior
•
TTL-LS (low power shottky) : Combinación de las tecnologías L y S (es la familia más extendida)
•
TTL-ALS (advanced low power shottky) : Versión mejorada de la serie AS
•
TTL-F (FAST : fairchild advanced schottky)
•
TTL-AF (advanced FAST) : Versión mejorada de la serie F
•
TTL-HC (high speed C-MOS) : Realmente no se trata de tecnología TTL bipolar sino CMOS
•
TTL-HC TTL-HCT T (high (high speed speed C-MOS) C-MOS) : Serie Serie HC dotad dotada a de nivele niveless lógico lógicoss compatibles con TTL
2. Puerta Puerta NAND NAND en tecnología tecnología TTL estándar estándar (N) (N)
Tecnología: La tecnología TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le nombre: •
Etapa de entrada por emisor. Se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la matriz de diodos de DTL.
•
Separador de fase. Es un transistor conectado en emisor común que produce en su colector y emisor señales emisor señales en contrafase. contrafase .
•
Driver. Está formada por varios transistores, separados en dos grupos. El prim primero ero va cone conect ctad ado o al emis emisor or del del sepa separa rado dorr de fase fase y dren drenan an la corriente para producir el nivel bajo a la salida. El segundo grupo va conectado al colector del divisor de fase y produce el nivel alto. Esta Esta config configura uració ción n genera generall varía varía ligera ligeramen mente te entre entre dispos dispositiv itivos os de cada familia, principalmente la etapa de salida, que depende de si son búferes o no y si son de colector abierto, abierto, tres estados (ThreeState), etc. Mayores variaciones se encuentran entre las distintas familias: 74N, 74L y 74H difieren principalmente en el valor de las resistencias de polarización, pero la mayoría de los 74LS (y no 74S) carecen del transistor multiemisor característico de TTL. En su lugar llevan una matríz de diodos Schottky (como DTL). Esto les permite aceptar un margen más amplio de tensiones de entrada, hasta 15V en algunos dispositivos, para facilitar su interface con CMOS. También es bastante común, en circuitos conectados a buses, colocar un transistor pnp a la entrada de cada línea, para disminuir la corriente de entrada y así la cargar menos el bus. Existen dispositivos de interface que integran impedancias de adaptación al bus para disminuir la reflexiones u aumentar la velocidad.
4. Tecnología CMOS
3. Un inv invers ersor or en tecnol tecnologí ogía a CMOS CMOS
CMOS (del (del ingl inglés és Complementary Metal Oxide Semiconductor ,
"Sem "Semic icon ondu duct ctor or Comp Comple leme ment ntar ario io de Óx Óxid ido o Metá Metálilico co") ") es una una de las las familias famili as lógic lógicas as empl emplea eada dass en la fabr fabric icac ació ión n de circu circuitos itos integ integrados rados (chips). 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. En la actualidad, la inmensa mayoría de los circuitos integrados que se fabric fabrican an son son de tecnol tecnologí ogía a CMOS. CMOS. Esto Esto incluy incluye e microp microproc rocesa esador dores, es, memorias, DSPs y muchos otros tipos de chips digitales.
Principio de funcionamiento:
4. Invers Inversor or está estátic tico o CMOS En un circuito CMOS, la función lógica a sintetizar se implementa por dupl duplic icad ado o medi median ante te dos dos circ circui uito tos: s: uno uno basa basado do excl exclus usiv ivam amen ente te en transistores pMOS, y otro basado exclusivamente en transistores nMOS. El circuito pMOS es empleado para propagar el valor binario 1 , y el
circ circui uito to nMOS nMOS para para prop propag agar ar el valo valorr bina binari rio o 0. Véase éase la fig figura. ura. Representa una puerta lógica NOT o inversor. •
Cuan Cuando do la entr entrad ada a es 1, el tra transis nsisto torr nMO nMOS está en estado tado de conducción. Al estar su fuente conectada a tierra ( 0), el valor 0 se propaga al drenador y por tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de no conducción
•
Cuan Cuando do la entr entrad ada a es 0, el tra transis nsisto torr pMO pMOS está en estado tado de conducción. Al estar su fuente conectada a la alimentación ( 1), el valor 1 se propaga al drenador y por tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor nMOS, por el contrario, está en estado de no conducción. 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 o 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido.
Ventajas e inconvenientes: 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, 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.
•
Gracia Graciass a su caráct carácter er regene regenerat rativo ivo,, los circui circuitos tos CMOS CMOS son robust robustos os frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión.
•
Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar.
•
La tecn tecnol olog ogía ía de fabr fabric icac ació ión n está está muy muy desa desarr rrol olla lada da,, y es posi posibl ble e conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías 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 vulner vulnerabl ables es a latch-up: Cons Consis iste te en la exis existe tenc ncia ia de un tiris tiristo tor r parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad debido a la comp compon onen ente te indu induct ctiv iva a de la red red de alim alimen enta taci ción ón de los los circ circui uito toss integrados integrados.. El latch-up prod produc uce e un cami camino no de baja baja resi resist sten enci cia a a la corrie corriente nte de alimen alimentac tación ión que acarre acarrea a la destru destrucci cción ón del dispos dispositiv itivo. o. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación.
•
Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes pará parási sita tass empi empiez ezan an a ser ser comp compar arab able less a las las corri corrien ente tess diná dinámi mica cass (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, condensador, por lo que no existe corriente de polarización. •
Reducida 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 Estas caract caracterí erísti sticas cas posibi posibilit litan an la fabric fabricaci ación ón de amplifi amplificad cadore oress operacionales "Rail-to-Rail "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 la rea realiza lizaci ción ón de reg regula uladore doress de tens tensió ión n " Low-Dropout Low-Dropout,, filtros de capacidades conmutadas, conmutadas , etc.
CMOS y Bipolar: Se empl emplea ean n circ circui uito toss mixt mixtos os bipo bipola larr y CMOS CMOS tant tanto o en circ circui uito toss analógicos como digitales, en un intento de aprovechar lo mejor de ambas tecnologías. En el ámbito analógico destaca la tecnología BiCMOS, que permite mantener la velocidad y precisión de los circuitos bipolares, pero con la alta impedancia de entrada y márgenes de tensión CMOS. En cuanto a las familias digitales, la idea es cortar las líneas de corriente entre alimentación y masa de un circuito bipolar, colocando transistores MOS. Esto debido a que un transistor bipolar se controla por corriente, mientras que uno MOS, por tensión. Características: •
Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75v y los 5,25V (como se ve un rango muy estrecho).
•
Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,2V 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).
5. ECL Emitter Coupled Logic (Lógica de emisores acoplados). Pertenece a la familia de circuitos MSI implementada con tecnología bipolar; es la más rápida disponible dentro de los circuitos de tipo MSI MSI.. Historia:
Puertas con diseños ECL se han implementado hasta con tubos de vacío, vacío, y por supuesto con transistores discretos. Y la primera familia con diseño ECL, la ECL I, apareció en el año 62 con las primeras familias de circuitos integrados.. Ya en aquella época se trataba de la familia más rápida (un integrados retardo de propagación típico de 8ns.), y también, era ya, la que más disipaba. En la actualidad puede parecer que 8ns es mucho cuando hay circuitos CMOS que con un consumo muy bajo (sobre todo estático) superan con creces esta prestación, pero en realidad la tecnología ECL también ha evolucionado tanto en diseño como en fabricación, y en la actual actualida idad d se consi consigue guen n retard retardos os netame netamente nte inferi inferiore oress al ns, con con un consumo alto pero no desorbitado.
Introducción: A pesar de su limitada utilización, se trata de unas de las familias lógicas de más raigambre, y rancio abolengo, dentro de las tecnologías digitales. Incluso se podría decir que dentro de la electrónica en general, pues el par diferencial, en el que se basa la familia, domina ampliamente los circuitos integrados analógicos. Como familia bipolar que es, el margen de ruido no es bueno. En este caso no sólo es reducido en margen a nivel bajo, sino que también lo es el margen a nivel alto. Esto es consecuencia de la reducida excursión lógica. Y la razón es que para conseguir velocidad deben variar poco los valores de tensión. El principio que guía a la familia es tratar de evitar a toda costa que los transistores que configuran el circuito entren en saturación. Por lo que las conmutaciones serán entre corte (o casi corte) y conducción. Por lo tanto siempre vamos a tener transistores conduciendo, con lo que el consumo es continuo. Es decir no sólo hay picos de corriente en las
transiciones, sino que siempre tendremos un consumo apreciable en el circuito. Por otro lado la presencia de corrientes significativas en el circuito en todo momento, hace que el fan-out sea bueno. Es la forma de lógica más rápida, ya que los dispositivos activos se las arreglan para trabajar fuera de la saturación. También se hace aun mucho más rápida haciendo que las variaciones de señal lógicas sean aun menores (Dt=800mV), eso hace que el tiempo de carga y descarga de C de carga y parasitas sean aun menores... El circuito ECL se basa en el uso de un interruptor de dirección de corriente, que se puede construir con un par diferencial, que se polariza con un voltaje Vr y de corriente I cte ambos. la naturaleza diferencial del circuito lo hace menos suceptible a captar ruido. Existen 2 formas conocidas, la ECL 100k y la ECL 10K, la 100k es más rápida pero consume mayor corriente.
Republica Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Instituto Universitario de Tecnología Pedro Emilio Coll Maracaibo-Edo Zulia
Br. Leonardo Garcia C.I 18.282.718 Br. Miguel Stand C.I 84.397.054
Br. Fernando Gonzales C.I 17.461.501 Tutor Academico: Atilio Barrios
Maracaibo, Abril de 2008