ELECTRÓNICA

UNIDAD 4

PIERRE SERGEI ZUPPA AZÚA

LÓGICA COMBINACIONAL

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TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS

TTL: transistor.

CMOS: Es un tipo de memoria que contiene información sobre la configuración del sistema.

ECL: Lógica Emisores acoplados.

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TTL

Transistor-Transistor Logic es una tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL, los elementos de entrada y salida del dispositivo son transistores bipolares.

Características:Su tensión de alimentación comprende entre los 4.75 V y los 5.25 V. Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0.0 V y 0.8 V para el estado L (bajo) y los 2.4 V y Vcc para el estado H (alto).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).

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CARACTERÍSTICAS TTL POR SERIE

Serie 74 Voltaje nominal de 5 V. La serie 74 de 4.75 a 5.25 V. La serie 74 temperaturas de 0 ºC.

hasta 70 ºC.

Serie 54 La serie 54 de 4.5 hasta 5.5 V. La serie 54 temperaturas de -55 ºC a

125 ºC. La serie 54 tiene un costo mayor dada

su mayor tolerancia. Esta serie se emplea sólo en

aplicaciones donde debe mantenerse la operación confiable sobre un amplio margen de condiciones externas.

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ENTRADAS NO CONECTADAS(FLOTANTES)

Cualquier entrada en un circuito TTL que se deja desconectada, actúa como un 1 lógico aplicado a esa entrada, debido a que en cualquier caso la unión o diodo base-emisor de la entrada no será polarizado en sentido directo.

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DIFERENCIAS DE LA SERIE 74

  74 74S 74LS 74AS 74ALS 74F

PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO            

Retraso de Propagación (ns) 9 3 9.5 1.7 4 3

Disipación de Potencia (mW) 10 20 2 8 1.2 6

Producto Velocidad-Potencia(Pj) 90 60 19 13.6 4.8 18

Máxima Frecuencia de Reloj (MHz) 35 125 45 200 70 100

Factor de carga de la salida para la misma serie 10 20 20 40 20 33

PARÁMETROS DE VOLTAJE            

VOH (min) 2.4 2.7 2.7 2.5 2.5 2.5

VOL (máx) 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4 0.5

VIH (min) 2 2 2 2 2 2

VIL (máx) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

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CMOS

Complementary metal-oxide-semiconductor 

Se emplea la fabricación de circuitos integrados. 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.

Uno de los principales motivos del empleo de la lógica CMOS es su “muy bajo consumo de potencia”.

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CMOSVOLTAJE DE ALIMENTACIÓN

Las series 4000 y 74C funcionan con valores de VDD, que van de 3 a 15 V

Las series 74HC y 74RCT funcionan con un menor margen de 2 a 6 V.

Cuando se emplean dispositivos CMOS y TTL, juntos, es usual que el voltaje de alimentación sea de 5.

Cuando las salidas CMOS manejan sólo entradas CMOS, los niveles de voltaje de la salida pueden estar muy cercanos a 0 V para el estado bajo, y a VDD para el estado alto.

Los requerimientos de voltaje en la entrada para dos estados lógicos se expresa como un porcentaje del voltaje de alimentación.

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CMOSNIVELES DE VOLTAJE

VOL (MAX) 0V

VOH (MIN) VDD

VIL (MAX) 30% VDD

VIH (MIN) 70% VDD

De esta forma, cuando un CMOS funciona con VDD = 5 V, acepta voltaje de entrada menor que VIL(máx) = 1.5 V  como  BAJO,  y  cualquier  voltaje  de  entrada  mayor que VIH (mín) = 3.5 V como ALTO.

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CMOSINMUNIDAD AL RUIDO

Los márgenes de ruido son los mismos en ambos estados y dependen de VDD. En VDD = 5 V, los márgenes de ruido son 1.5 V. Observamos una mayor inmunidad al ruido que las TTL.

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CMOSSUSCEPTIBILIDAD A LA CARGA ESTÁTICAS

Las familias lógicas MOS son especialmente susceptibles a daños por carga electrostática a consecuencia directa de la alta impedancia de entrada de estos CI.

Una pequeña carga electrostática que circule por estas altas impedancias puede dar origen a voltajes peligrosos.

Están protegidos mediante la inclusión en sus entradas de diodos zéner de protección.

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SERIES CMOS

Series 4000/14000

Serie 74C Serie 74HC Serie 74HCT 74AC/ACT

Es la línea más usada. La disipación de potencia de estado estático de los circuitos lógicos es muy baja.Los niveles lógicos de voltaje son 0 V para 0 lógico y VDD para 1 lógico. VDD puede estar entre 3 V a 15 V.Todas las entradas deben estar conectadas a algún nivel de voltaje.

Es compatible terminal por terminal y función por función, con los dispositivos TTL que tienen el mismo número. Esto hace posible remplazar algunos circuitos TTL por un diseño equivalente CMOS. Por ejemplo, 74C74 puede remplazar al CI TTL 7474.

Alta velocidad de conmutación.Mejor de la serie 74C.Mayor capacidad de corriente en las salidas. 

Es una serie de alta velocidad, y está diseñada para ser compatible en lo que respecta a los voltajes con los dispositivos TTL, es decir, las entradas pueden provenir de salidas TTL.

Funcionalmente equivalente con las diversas series de TTL pero no es compatible con terminales con el TTL. La razón es que las ubicaciones de las terminales en los microcircuitos 74AC o 74ACT se han seleccionado para mejorar la inmunidad al ruido, con lo cual las entradas a dispositivos son menos sensibles  a los cambios de señal que las que ocurren en las terminales de otros  CI.

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DIFERENCIAS ENTRE LAS FAMILIAS CMOS Y TTL

TTL

Usan transistores bipolares

CMOS

Usan transistores MOSFET

Requieren de mucho menos espacio (área en el CI) debido a lo compacto de los transistores MOSFET.

Tiene menor consumo de potencia.

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PARÁMETRO TTL estándar TTL 74LTTL Schottky de baja 

potencia (LS)Fairchild 4000B CMOS 

(con Vc c= 5V)

Fairchild 4000B CMOS (con Vcc = 

10V)

Tiempo de propagación de puerta

10ns 33ns 5ns 40ns 20ns

Frecuencia máxima de 

funcionamiento35 MHz 3 MHz 45 MHz 8 MHz 16 MHz

Potencia disipada por 

puerta10 mW 1 mW 2 mW 10 nW 10 nW

Margen de ruido 

admisible1 V 1 V 0.8 V 2 V 4 V

Fan out 10 10 20 50* 50*

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COMPUERTAS LÓGICAS

Son circuitos que generan voltajes de salida en función de la combinación de entrada correspondientes a las Funciones Lógicas.

Trabajan con dos estados lógicos (0, 1), los cuales pueden asignarse de acuerdo con la lógica positiva, o a la lógica negativa.

Positiva Negativa

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FUNCIONES LÓGICAS BÁSICAS

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COMPUERTAS EN LA TECNOLOGÍA TTL

AND 74LS08 OR 74LS32 NOT 74LS04 NAND 74LS00 NOR 74LS02 XOR 74LS86 XNOR ---------

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FLIP - FLOPS

Es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas, las cuales son: Asíncronas: sólo tienen entradas de control.Sincrónicas: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj la cual puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada).

Biestables síncronos activados porNivel están los tipos RS y D. Flancos los tipos JK, T y D.

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TIPOS DE FLIP FLOP

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ÁLGEBRA DE BOOLE

Desarrollada inicialmente para representar las formas de razonamiento lógico.

Variable booleana: sólo puede tomar dos valores (V/F, 0 o 1)

Operaciones booleanas:

• Negación: complemento

• Suma booleana: 0 + 0 = 00 + 1 = 11 + 0 = 1 1 + 1 = 1

• Producto booleano: 0 · 0 = 00 · 1 = 01 · 0 = 01 · 1 = 1

Función booleana: variables booleanas operadas entre sí mediante operaciones booleanas.

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A A

0 1

1 0

A B A•B0 0

0 1

1 0

1 1

0

0

0

1

A B A+B0 0

0 1

1 0

1 1

0

1

1

1

Complemento

Suma Producto

TABLAS DE VERDAD

Muestran el resultado de una operación lógica para cada una de las combinaciones de entradas posibles.

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Teorema 1: Ley interna

El resultado de aplicar cualquiera de las tres operaciones del álgebra de Boole a variables booleanas es otra nueva variable booleana y el resultado es único.

Teorema 2: Ley de idempotencia

A+A=AA•A=A

Teorema 3: Ley de involución

Teorema 4: Ley conmutativa

Respecto de la suma: A+B=B+ARespecto del producto: A•B= B•A

AA

TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE

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Teorema 5: Ley asociativa

Respecto de la suma: A+(B+C)=(A+B)+C=A+B+CRespecto del producto: A•(B•C)=(A•B)•C=A•B•C

Teorema 6: Ley distributiva

Respecto de la suma: A+B•C= (A+B)•(A+C)Respecto del producto: A•(B+C)=A•B+A•C

Teorema 7: Ley de absorción

A+A•B=A

A•(A+B)=A

TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE

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TEOREMAS DEL ÁLGEBRA DE BOOLE

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Puertas lógicas: definen funciones booleanas básicas

Función NOT (COMPLEMENTO, NO)

A+BA

B Función OR (SUMA, O)

A

B

A·BFunción AND (PRODUCTO, Y)

AA

El número de variables de entrada no está limitado a dos:

FUNCIONES LÓGICAS ELEMENTALES

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A B S0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A B S0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Función XOR (O exclusiva)

A B S0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Función NOR(no O)

Función NAND(no Y)

Función XNOR (equivalencia)

A B S0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

FUNCIONES LÓGICAS ELEMENTALES

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Complemento

Suma

Producto

A B S

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

)BA()BA(BA

)BA(BA

FUNCIONES LÓGICAS: COMPUERTAS NAND

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Complemento

Suma

Producto

A B S

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

)BA()BA(BA

)BA(BA

FUNCIONES LÓGICAS COMPUERTAS NOR