[MICROELECTRONICA – [MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL] DIGITAL]
[UPAC [UPA C - 2015]
MICROELECTRÓNICA 1. LA ELECTR ELECTRONIC ONICA A DIGITAL DIGITAL 1.1. INTRODUC INTRODUCCION CION A LA ELECTRO ELECTRONICA NICA DIGITAL DIGITAL La electrónica digital ha sido sido una una de las las revo revolu lucio cione nes s tecnológic tecnológicas as más imortante imortantes s ! decisivas de las "ltimas d#cadas$ %u evolución vert vertig igin inos osa a ha cam& cam&ia iado do el ritmo de nuestro tiemo ! reresenta el lidera'go tecnológico de la vida moderna$ Los avances alcan'ados en el camo de la electrónica digital han ermitido el desarrollo ! la (a& (a&ric ricació ación n masiva siva)) a &a*o a*o costo) de calculadoras de &olsillo) relo*es digitales) Fig. 1 comutado comutadores res ersonales ersonales)) ro&ots &ots)) ! toda toda una una gene genera raci ción ón de aar aarat atos os ! sist sistem emas as inte inteli lige gent ntes es de uso uso dom#stico) comercial industrial) automotri') cient+,co) m#dico) etc$ ,gura 1.$ /n gran arte) todo este desarrollo ha sido sido osi osi&l &le e grac gracia ias s al mila milagr gro o de la micro microele electr ctrón ónica ica$$ /sta /sta tecnol tecnolog+ og+a a le ha er ermiti mitido do al hom& hom&rre (a&r (a&ric icar ar)) so&r so&re e diminu diminutas tas astil astillas las de silici silicio o llamad llamadas as chi chis s o cir circuit cuitos os inte integr grad ados os)) sist sistem emas as comletos ue conti ntienen miles de comonentes electrónicos ,gura 2.$ /n sus comien'os) la electrónica digital era una ciencia eclusiva ara ingeni ingeniero eros s ! unos unos ocos ocos esecia esecialis listas tas ue la hac+an misteriosa e imenetra&le$ Por (ort (ortun una) a) las las cosa cosas s cam& cam&ia iarron ! la inve invenc nció ión n de los los circ circui uito tos s inte integr grad ados os digit igital ales es la hi'o i'o acces ccesi& i&le le a tod todo el mundo$ La electrónica digital tuvo un desarrollo inciiente durante la era de los tu&os de vac+o$ esu#s) con la invención del transistor) se (acilitó su rogreso ! avance$ Pero) de,nitivamente) el gran salto se logró cuando aarecieron los circuitos integrados ! revolucionaron el anorama tecnológico eistente) relegando los transistores a la&ores secundarias$
Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
UPAC 4 67/6/3A 67/6 /3A
1
[MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL]
[UPAC - 2015]
La introducción de los circuitos integrados hi'o osi&le la miniaturi'ación de los sistemas digitales) diversi,có sus alicaciones ! masi,có la roducción de aaratos con tecnolog+a digital$ Actualmente) la electrónica digital está en leno desarrollo ! los logros en este camo son cada ve' más sorrendentes$ As+ mismo) la tendencia de los (a&ricantes es o&tener circuitos integrados más comle*os) más eue:os) con menos consumó de energ+a ! a un menor costo ara el usuario$ La electrónica digital es mu! imortante ara todas las ersonas ue están relacionadas de una u otra (orma con el mundo de la electrónica) !a sea como ho&&! o como arte de su ro(esión o de su (ormación acad#mica$ ncluso los t#cnicos de roductos tradicionalmente ;análogos; como televisores) euios de sonido ! de comunicaciones se encontrarán cada d+a con más circuitos digitales en su tra&a*o diario$ Concetualmente) la electrónica digital es) en la teor+a ! en la ráctica) más sencilla ue la electrónica análoga$ /sto se de&e a ue los disositivos digitales tra&a*an solamente en dos condiciones o estados) comortándose en (orma similar a los s
1.2. QUÉ ES LA ELECTRÓNICA DIGITAL La electrónica digital uede de,nirse como la arte de la electrónica ue estudia los disositivos) circuitos ! sistemas digitales) &inarios o lógicos$ A di(erencia de la electrónica lineal o análoga) ue tra&a*a con se:ales ue ueden adotar una amlia gama de valores de volta*e) los volta*es en electrónica digital están restringidos a adotar uno de dos valores llamados niveles lógicos alto ! a!o o estados 1 ! 0$ 7eneralmente) un nivel lógico alto ó 1) corresonde a la resencia de volta*e ! un nivel lógico &a*o ó 0 corresonde a la ausencia del mismo$ Para comrender me*or el conceto de sistema digital tomemos como e*emlo un circuito el#ctrico simle (ormado or una &ater+a) una lámara ! un interrutor ,gura =.$ /n este caso) el nivel alto ó 1 lógico reresenta la situación cuando se cierra el interrutor ! se enciende la lámara) ,gura =A.$ /l nivel &a*o ó 0 se resenta cuando el interrutor está a&ierto ! la lámara está aagada) ,gura =>.$ /n la realidad) los circuitos digitales no son más ue una com&inación de muchos interrutores) etremadamente ráidos) ue se cierran o a&ren en un momento dado) (ormando determinados atrones de unos 1?s. ! ceros 0?s. ue se utili'an ara muchos roósitos dentro de los aaratos electrónicos$ Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
UPAC 4 67/6/3A
2
[MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL]
[UPAC - 2015]
/n los circuitos digitales rácticos) los estados lógicos 1 ! 0 corresonden a dos niveles o rangos de volta*e claramente de,nidos$ La salida de un cir cuito digital asume "nicamente uno de estos dos valores en resuesta a una o más entradas ue ueden estar indistintamente en alto o en &a*o$
1.". CONCE#TO DE $IT /n terminolog+a digital) los niveles o estados lógicos 1 ! 0 se denominan &its$ La ala&ra &it es una contracción de &inar! digit d+gito &inario.$ 8odos los sistemas digitales electrónicos mane*an in(ormación en (orma de &its) es decir) de 1?s ! 0?s$ Un &it 1 ó 0 uede reresentar la condición rendida o aagada de una lámara) el estado cerrado o a&ierto de un interrutor) la resencia o ausencia de un agu*ero en una tar*eta er(orada) una marca o un esacio en una comunicación telegrá,ca) el valor 1 ó 0. de un numero &inario) etc$ ,gura @.$
1.%. CIRCUITOS AN&LOGOS ' CIRCUITOS DIGITALES Los circuitos electrónicos en general se dividen en dos grandes categor+as circuitos análogos ! circuitos digitales$ /sta división se esta&lece de acuerdo con la (orma como controlan las se:ales ue circulan or ellos$ Los circuitos análogos tra&a*an con una amlia variedad de se:ales ue var+an en (orma continua dentro de valores ,gura 5A.$ Los circuitos análogos se denominan tam&i#n circuitos lineales$ Los circuitos digitales o lógicos tra&a*an con se:ales ue ueden adotar "nicamente uno de dos valores osi&les ,gura 5>.$ /n un instante dado) las entradas ! salidas de un circuito digital están en alto o en a!o( ero no en un valor intermedio$
Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
UPAC 4 67/6/3A
3
[MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL]
[UPAC - 2015]
Utili'ando otra ve' el circuito de la ,gura = como e*emlo ara aclarar estas ideas) odemos a,rmar ue se trata de un sistema digital orue el interrutor sólo uede estar a&ierto o cerrado ! la lámara sólo uede estar rendida o aagada$ %i en cam&io remla'amos el interrutor or un regulador de luminosidad como se muestra en la ,gura B) este circuito de*a de ser digital ! se tras(orma en un circuito lineal o análogo$ /sto se de&e a ue al girar la erilla lentamente odemos o&tener una variación continua en la iluminación) llevándola desde un valor m+nimo hasta un valor máimo$ /*emlos de aaratos electrónicos análogos son los radios) los televisores) los euios de sonido ! de comunicaciones$ e&ido a su caracter+stica de adotar solamente uno de dos osi&les valores) los circuitos digitales se utili'an con #ito en alicaciones donde se reuiere recisión ! con,a&ilidad$ /ntre los rinciales aaratos digitales tenemos relo*es) calculadoras) comutadoras e instrumentos de medida$ /stos sistemas entregan rocesos !o reci&en se:ales eactas) !a ue una se:al digital está o no está ! no admite osiciones intermedias$ /n general) los circuitos digitales se caracteri'an or mane*ar in(ormación en (orma de &its$ Como sa&emos) un &it o d+gito &inario reresenta el estado o condición 1 ó 0) alto o &a*o. de una se:al digital$ /l &it es la unidad &ásica de in(ormación de cualuier sistema digital) desde la más simle comuerta hasta el más so,sticado microcomutador$ Un circuito digital uede tener una o más entradas ! una o más salidas ,gura D.$ /l nivel o estado lógico de cada salida deende del estado de cada una de las entradas ! de la (unción esec+,ca ara la ue ha sido dise:ado el circuito$ 8anto los circuitos análogos como los digitales se ueden imlementar en la ráctica mediante comonentes discretos o en (orma integrada$
Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
UPAC 4 67/6/3A
4
[MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL]
[UPAC - 2015]
Los circuitos de comonentes discretos son los constituidos de transistores) resistencias) diodos) condensadores ! otros disositivos individuales interconectados so&re una tar*eta de circuito imreso ,gura E.$ /n un circuito integrado) todos los comonentes se (a&rican con*untamente so&re una astilla de silicio o chi$ ndeendientemente de su construcción) discreta o integrada) la di(erencia (undamental entre un circuito análogo ! uno digital radica en la (orma como cada uno utili'a o rocesa la corriente el#ctrica$ 9ientras los circuitos análogos &ásicamente amli,can la corriente) los circuitos digitales simlemente la conmutan entre un valor ! otro$ /sto les ermite reali'ar (unciones incre+&lemente comle*as) con toda con,a&ilidad) mu! ráidamente ! sin costos altos$ 9uchos sistemas actuales son h+&ridos) esto es) mane*an simultáneamente se:ales análogas ! se:ales digitales ! de&en rocesarlas tanto análoga como digitalmente ara o&tener in(ormación de entrada ! salida$ Los sistemas h+&ridos más conocidos son los ue se utili'an ara el control de rocesos industriales) en los cuales se miden ! controlan cantidades análogas como la temeratura) la velocidad) el tiemo) etc$ Una ve' o&tenida esta in(ormación) ue es análoga) se convierte en una in(ormación digital ara (acilitar su roceso mediante circuitos digitales como contadores) comaradores) microrocesadores) etc$ Ftros sistemas electrónicos mu! oulares actualmente ue tra&a*an con se:ales digitales ! análogas al mismo tiemo son los euios de reroducción de discos or láser o ;Comact isc;$ 8am&i#n en las videogra&adoras ! televisores modernos se han incororado t#cnicas ! circuitos digitales ue ermiten rocesar imágenes ! crear e(ectos visuales ! de video mu! interesantes$
Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
UPAC 4 67/6/3A
5
[MICROELECTRONICA – LA ELECTRONICA DIGITAL]
Lic$ Angel 3oue / %%8/9A%
[UPAC - 2015]
UPAC 4 67/6/3A
6
