INGENIERIA ELECTRICA
PRACTICA 2
TEMA:
COMPUERTAS LOGICAS NOMBRE:
PABLO GALARZA CONTRERAS
MATERIA:
LABORATORIO DE ANALOGICA II
FECHA:
Cuenca, 23 de Marzo del 2011
Ciclo 2011-2011
Práctica Nº 2 - Tema:
Compuertas Lógicas
- Objetivos:
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Explicar las diferencias entre un integrado TTL y un CMOS Explicar cómo se utiliza un catálogo para encontrar las especificaciones de los circuitos integrados. Verificar el funcionamiento de los siguientes operadores lógicos: 1
OR
2
NOR.
3
AND.
4
NAND
5
NOT
6
XOR
7
XNOR.
Diseñar y comprobar el funcionamiento de un circuito que cumpla con ciertas condiciones establecidas Si la entrada S=0 (0v) entonces la salida Q va a ser igual a la entrada A, y si la entrada S=1 (5v) las salida Q va a ser igual a .
- Marco teórico: Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las computadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto.
Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos. La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 volts para representar el binario "1" y 0.5 volts para el binario "0". La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.
Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviación aceptable del valor nominal. La región intermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la transición de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan señales binarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con señales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas. La lógica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido lógico. La manipulación de información binaria se hace por circuitos lógicos que se denominan Compuertas. Las compuertas son bloques del hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran comúnmente en sistemas de computadoras digitales. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones entrada salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad.
- Materiales Presupuesto:
Materiales
Valor
Presupuesto
Resistencias
1,2KΩ 330Ω HD74LS04P
8ctvs 8ctvs 45ctvs
1 Compuerta NOT
1 Compuerta OR 1 Compuerta AND 1 Compuerta NOR 1 Compuerta NAND 1 Compuerta X-OR 1 Compuerta X-NOR
HD74LS32P HD74LS08P HD74LS02P HD74LS00P HD74LS86P HD74LS266P
45ctvs 45ctvs 45ctvs 45ctvs 45ctvs 45ctvs Total: 3,30 dólares
- Desarrollo de la práctica: Circuitos Integrados
Un circuito integrado (CI), es una pastilla pequeña de material conductor , de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso
Para los circuitos integrados tenemos los siguientes tipos: Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente
de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, siliciogermanio, etc. Circuitos híbridos de capa fina : Son muy similares a los circuitos monolíticos,
pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida. Circuitos híbridos de capa gruesa : suelen contener circuitos monolíticos sin
cápsula, transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser . Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. Su clasificación se da por los siguientes: Atendiendo al nivel de integración - número de componentes - los circuitos integrados: SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores En cuanto a las funciones integradas Circuitos integrados analógicos : Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos. Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido. Reconocimiento de sus pines
Físicamente a un circuito integrado se le reconoce por una muesca o un punto (impreso en el integrado) y a partir de dicho punto se cuenta el orden de los pines en sentido anti horario, como se puede observar:
Para buscar en un catalogo:
Uno de los catálogos más comunes se denomina NTE Supongo que te refieres al Manual de Reemplazos NTE, es una especie de catálogo con un índice de muchas matrículas de componentes electrónicos en la parte del final y las características de los mismos en la parte media del libro. Se usa así: En el índice que se ubica en las últimas partes del catalogo se busca el código del componente electrónico a buscarse, para esto debemos fijarnos el código impreso en el componente. •
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En las primeras páginas busca el número que decía en el índice anterior, aquí puedes encontrar el tipo de componente y datos generales del componente a necesitar, al final dice l a página en la que lo encuentras y la página en la que encuentras su diagrama. En la página que decía buscas el componente por el número que revisaste al principio. Puedes observar diversas características como Voltaje máximo, Corriente máxima, etc. Ahí te dice el número de diagrama, y abajo de la página dice en qué página empiezan los diagramas correspondientes. Vas a la página en la que empiezan dichos diagramas y buscas el número del que deseas. Podrás ver, entre otras cosas, distribución de terminales y medidas.
Diferencias entre los circuitos integrados TTL y CMOS
Integrados TTL Lógica Transistor a Transistor
Integrados CMOS Semiconductor Complementario de Óxido Metálico
Para su fabricación usan transistores bipolares
Para su fabricación usan transistores MOSFET Son mas compactos dentro del circuito integrado Tiene menor consumo de potencia
En velocidad de operación son más rápidos. Tienen mayor inmunidad ante los ruidos. Tienen un mayor intervalo de voltaje y un factor de carga más elevado. En cuanto a precios son mas económicos Tensión de alimentación desde los 3V hasta los 15V.
Tensión de alimentación desde los 4.75V hasta los 5.25V
Precauciones de los integrados CMOS
Sensibilidad a las cargas estáticas Este problema se ha resuelto mediante protecciones en las entradas del circuito. Pueden ser diodos en inversa conectados a masa y a la alimentación, que, además de proteger el dispositivo, reducen los transitorios o zener conectados a masa. Este último método permite quitar la alimentación de un sólo dispositivo. Nuestro cuerpo humano es un excelente almacén de cargas electroestataticas, estas cargas son las responsables de billones de dólares de daños en equipos
electrónicos que se gastan por año por lo cual se a tomado algunas medidas como CI modernos tienen redes de resistencias-diodos dentro del chip, otra forma también es usar una tierra física en nuestro banco de trabajo, instrumentos, cautín, y para nosotros existen manilla con una resistencia de 1MΩ que limite la corriente descargándola a tierra. Tambien es recomendado que no se deje un PIN de conexión del CMOS sin usar es preferible conectarlo a tierra para ahorrarnos daños en los equipos. Latch-Up
Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura cmos que se dispara cuando la salida supera la alimentación. Esto se produce con relativa facilidad cuando existen transitorios por usar líneas largas mal adaptadas, excesiva impedancia en la alimentación o alimentación mal desacoplada. El Latch-Up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación, de modo que, si no se ha previsto, acarrea la destrucción del dispositivo. Las últimas tecnologías se anuncian como inmunes al latch-up.
COMPUERTAS LOGICAS Compuerta NOT (HD74LS04P)
Tabla de Verdad A
Q
0 1
4,79V 0,14V
Compuerta OR (HD74LS32P)
Tabla de verdad A
B
Q
0 0 1 1
0 1 0 1
0,15V 4,54V 4,54V 4,54V
Compuerta AND (HD74LS08P)
Tabla de verdad A
B
Q
0 0 1 1
0 1 0 1
0,16V 0,16V 0,16V 4,52V
Compuerta NOR (HD74LS02P)
Tabla de verdad A B Q
0 0 1 1
0 1 0 1
4,57V 0,15V 0,15V 4,57V
Compuerta NAND (HD74LS00P)
A
0 0 1 1
Tabla de verdad B Q
0 1 0 1
4,56V 4,56V 4,56V 0,17V
Compuerta XOR (HD74LS86P)
A
0 0 1 1
Tabla de verdad B Q
0 1 0 1
0,14V 4,52V 4,52V 0,14V
Compuerta XNOR (HD74LS266P)
A
0
Tabla de verdad B Q
0
4,54V
0 1 1
SIMULACIONES Compuerta NOT
Compuerta OR
Compuerta AND
1 0 1
0,12V 0,12V 4,54V
Compuerta NOR
Compuerta NAND
Compuerta XOR
Compuerta XNOR
Diseñar y comprobar el funcionamiento de un circuito que cumpla con ciertas condiciones establecidas
Si la entrada S= 0 o sea (0v) entonces la salida Q va a ser igual a la entrada A, y si la entrada S=1 (5v) las salida Q va a ser igual a . Por lo tanto revisando la tabla de verdad fácilmente observamos que para que se cumpla la sentencia debemos utilizar una compuerta XOR.
A
B
Q
0 0 1 1
0 1 0 1
0,13V 4,5V 4,5V 0,13V Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Tabla de verdad
Simulados
Medidos
0v 5v 5v 0v
0,14v 4,52v 4,52v 0,14v
- Análisis de Resultados Para realizar el análisis de resultados respectivo, de la presente practica realizaremos una comparación de los resultados medidos con los simulaciones mediante las tablas: Compuerta NOT Valores
1 0
Simulados
Medidos
Ov 5V
0,14v 4,79v
Compuerta OR Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Simulados
Medidos
0v 5v 5v 5v
0,15v 4,54v 4,54v 4,54v
Simulados
Medidos
0v 0v 0v 5v
0,16v 0,16v 0,16v 4,52v
Simulados
Medidos
5v 0v 0v 0v
4,57v 0,15v 0,15v 0,15v
Simulados
Medidos
5v 5v 5v 0v
4,56v 4,56v 4,56v 0,17v
Simulados
Medidos
0v 5v 5v 0v
0,14v 4,52v 4,52v 0,14v
Simulados
Medidos
5v 0v 0v 5v
4,56v 0,14v 0,14v 4,56v
Compuerta AND Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Compuerta NOR Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Compuerta NAND Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Compuerta XOR Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Compuerta XNOR Valores
0 0 1 1
0 1 0 1
Como vemos en las tablas anteriores los valores medidos y simulados de las diferentes circuitos integrados coinciden con un margen de error justificable por los cual se debe tomar en cuenta que los integrados TTL tiene niveles para tomar como un uno lógico y un cero lógico y vemos que están dentro de dichos requisitos por lo cual son validos los valores mostrados. - Conclusiones, Recomendaciones, Análisis:
Como conclusiones en esta práctica he determinado que: Cada circuito integrado tiene su disposición de pines y debemos respetarlos para su efectivo uso, porque pueden ocurrir daños en el circuito lógico o también destrucción del mismo. Cada circuito integrado tiene sus funciones respectivas por lo cual vienen numeradas con códigos y podemos ver sus disposiciones en los catálogos que se venden públicamente o en la web. Los circuitos integrados tienes diferentes tipos por lo cual debemos tener en cuanta con cuanto de voltaje se debe alimentar para su funcionamiento Vemos que la compuerta lógica asumen un valor lógico de uno cuando asume VCC y de un cero lógico cuando recibe cero voltios. Conclusions, Recommendations, Analysis: In conclusion in this practice I have determined that: Each chip has its pin arrangement and we respect them for their effective use, because there may be damage to the logic circuit or even destroyed. Each chip has its respective functions are numbered so with codes and we can see the provisions in the catalogs that are sold publicly or on the web. Integrated circuits have different types for which we must take into account how far voltage must be supplied for operation We assume that the logic gate a logic value of one when it takes VCC and a logical zero when it receives zero volts. - Bibliografía:
[1] www.electronicafacil.com [2] Electrónica de Boylestad
[3]www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2000477/lecciones/090101. htm [4] www.slideshare.net/federicoblanco2009/circuitos-integrados-1786290