Resistor-transistor logic

RTLes elacrnimoingls deresistor transistor logicolgica deresistencia-transistor. Fue la primerafamilia lgicaen aparecer antes de la tecnologa de integracin. Pertenece a la categora de familias lgicasbipolares, o que implican la existencia de dos tipos de portadores:electronesyhuecos.

Este tipo de red, presenta el fenmeno denominadoacaparamiento de corrienteque se produce cuando varios transistores se acoplan directamente y sus caractersticas de entrada difieren ligeramente entre s. En ese caso uno de ellos conducir antes que los dems colocados en paralelo (acaparar la corriente), impidiendo el correcto funcionamiento del resto.

En la Figura 1, se representa, a modo de ejemplo, unapuerta lgicaNOR y su correspondiente circuito electrnico en lgica RTL.

Figura 1.-Circuito electrnico de una puerta NOR en tecnologa RTL.

En ella se puede apreciar como en serie con la base de cada uno de los transistores se ha colocado una resistencia de compensacin(Rc)de un valor lo suficientemente elevado para que la reparticin de corrientes sea lo ms igualada posible y no se produzca el fenmeno antes descrito.Esta disposicin de circuito presenta el inconveniente de que con la adicin de la resistenciaRcaumenta el retardo de conmutacin, al tener que cargarse y descargarse a travs de la misma lacapacidadde entrada de los transistores aunque, por otra parte, tiene la ventaja de un mayor factor de salida (fan-out). Por ello en el diseo de estos circuitos es necesario un compromiso entre factor de salida y retardo de conmutacin. Valores normales son, un factor de salida de 4 5, con un retardo de conmutacin de 50nanosegundos.Por otra parte, tiene una inmunidad al ruido relativamente pobre. El margen de ruido de la tensin lgica 0 a la tensin del umbral es de unos 0.5 voltios, pero de la tensin lgica 1 a la tensin de umbral es de solamente unos 0.2 voltios.

Es posible mejorar el tiempo de propagacin aadiendo uncondensadoren paralelo con cada una de las resistenciasRc, con lo que obtendramos una nueva familia lgica, que se denominara RCTL. Sin embargo, el elevado nmero de resistencias y condensadores dificulta la integracin por lo que tanto esta tcnica, como la RTL, no se utiliza en los modernos diseos aunque pueda an encontrarse en equipos muy antiguos.

La aparicin de los circuitos DTL, con su mayor vel

Diode-transistor logic

(Redirigido desde DTL)

Esquema de una puerta NAND DTL bsica de dos entradas. R3, R4 y V- desplazan el voltaje de salida positivo de la etapa de entrada a un valor por debajo de tierra (para dejar en corte al transistor con un voltaje de entrada bajo).

LaDiode-transistor logic(DTL), olgica diodo-transistor, es una categora decircuitos digitalesinmediatamente anterior a laTTL(lgica transistor-transistor). Recibe ese nombre porque la funcin de la puerta lgica (p.e., AND) la realiza una red de diodos mientras que la funcin de amplificacin es realizada por un transistor (esto contrasta con la lgicaRTLy laTTL).

Es un diodo que trabaja con tensiones dey. Al tener una tensin de base de -2V se necesitaba una fuente adicional y por ello aparece en1964laDTL modificada.

Caractersticas tpicas:

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Tecnologa TTL

TTLes la sigla en ingls detransistor-transistor logic, es decir, lgica transistor a transistor. Es una tecnologa de construccin de circuitos electrnicosdigitales. En los componentes fabricados con tecnologa TTLRS los elementos de entrada y salida del dispositivo son [[Transistor de unin bipolar|transistores bipolares//

ndice

[ocultar] 1Caractersticas 2Historia 3Familias 4Versiones 5Tecnologa 6Aplicaciones 7Vase tambin 8Enlaces externosCaractersticas[editar] Sutensinde alimentacin caracterstica se halla comprendida entre los 4,75V y los 8,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.

Los niveles lgicos vienen definidos por el rango de tensin comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 5,4V y Vcc para el estado H (alto).

La velocidad de transmisin entre los estados lgicos es su mejor base, si bien esta caracterstica 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 ltimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco ms de los 400 MHz.

Las seales de salida TTL se degradan rpidamente si no se transmiten a travs de circuitos adicionales de transmisin (no pueden viajar ms de 2 m por cable sin graves prdidas).

Historia[editar]Aunque la tecnologa TTL tiene su origen en los estudios de Sylvania, fueSigneticsla compaa que la populariz por su mayor velocidad e inmunidad al ruido que su predecesoraDTL, ofrecida porFairchild SemiconductoryTexas Instruments, principalmente. Texas Instruments inmediatamente pas a fabricar TTL,con su familia 74xx que se convertira en un estndar de la industria.

Familias[editar]Los circuitos de tecnologa TTL se prefijan normalmente con el nmero 74 (54 en las series militares e industriales). A continuacin un cdigo 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 estndar.

TTL-L (low power): serie de bajo consumo.

TTL-S (schottky): serie rpida (usadiodos Schottky).

TTL-AS (advanced schottky): versin mejorada de la serie anterior.

TTL-LS (low power schottky): combinacin de las tecnologas L y S (es la familia ms extendida).

TTL-ALS (advanced low power schottky): versin mejorada de la serie LSS.

TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky).

TTL-AF (advanced FAST): versin mejorada de la serie F.

TTL-HCT (high speed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lgicos compatibles con TTL.

TTL-G (GHz C-MOS): GHz (From lbkj).

Versiones[editar]A la familia inicial 7400, o 74N, pronto se aadi una versin ms lenta pero de bajo consumo, la 74L y su contrapartida rpida, la 74H, que tena la base de los transistores dopada con oro para producir centros de recombinacin y disminuir la vida media de los portadores minoritarios en la base. Pero el problema de la velocidad proviene de que es unafamilia saturada, es decir, los transistores pasan decorteasaturacin. Pero un transistor saturado contiene un exceso de carga en su base que hay que eliminar antes de que comience a cortarse, prolongando su tiempo de respuesta. El estado de saturacin se caracteriza por tener el colector a menos tensin que la base. Entonces un diodo entre base y colector, desva el exceso de corriente impidiendo la introduccin de un exceso de cargas en la base. Por su bajatensin directase utilizan diodos de barreraSchottky. As se tienen las familias 74S y 74LS, Schottky y Schottky de baja potencia. Las 74S y 74LS desplazaron por completo las 74L y 74H, debido a su mejor producto retardoconsumo. Mejoras en el proceso de fabricacin condujeron a la reduccin del tamao de los transistores que permiti el desarrollo de tres familias nuevas: 74F (FAST: Fairchild Advanced Schottky Technology) de Fairchild y 74AS (Advanced Schottky) y 74ALS (Advanced Low Power Schottky) de Texas Instruments. Posteriormente,National Semiconductorredefini la 74F para el caso de bferes e interfaces, pasando a ser 74F(r).

Puerta NAND en tecnologa TTL estndar (N).

Tecnologa[editar]La tecnologa TTL se caracteriza por tener tres etapas, siendo la primera la que le nombra:

Etapa de entrada por emisor: se utiliza un transistor multiemisor en lugar de la matriz de diodos deDTL.

Separador de fase: es un transistor conectado enemisor comnque produce en su colector y emisorseales en contrafase.

Driver: est formada por varios transistores, separados en dos grupos. El primero va conectado al emisor del separador de fase y drenan 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 configuracin general vara ligeramente entre dispositivos de cada familia, principalmente la etapa de salida, que depende de si son bferes o no y si son decolector abierto,tres estados(ThreeState), etc.

Se presentan mayores variaciones entre las distintas familias: 74N, 74L y 74H que difieren principalmente en el valor de las resistencias de polarizacin, pero los 74LS (y no 74S) carecen del transistor multiemisor caracterstico de TTL. En su lugar llevan una matriz de diodos Schottky (como DTL). Esto les permite aceptar un margen ms amplio de tensiones de entrada, hasta 15V en algunos dispositivos, para facilitar su interfaz con CMOS.

Tambin es bastante comn, en circuitos conectados a buses, colocar un transistor PNP a la entrada de cada lnea para disminuir la corriente de entrada y as cargar menos el bus. Existen dispositivos de interfaz que integran impedancias de adaptacin al bus para disminuir la reflexiones o aumentar la velocidad.

Aplicaciones[editar]Adems de los circuitos LSI y MSI descritos aqu, las tecnologas LS y S tambin se han empleado en:

Microprocesadores, como el8X300, deSignetics, la familia2900deAMDy otros.

Memorias RAM.

Memorias PROM.

Programmable array logic, oPAL, consistente en una PROM que interconecta las entradas y cierto nmero de puertas lgicas.

Emitter-coupled logic

(Redirigido desde ECL)Emitter Coupled Logic(lgica de emisores acoplados) pertenece a la familia de circuitosMSIimplementada con tecnologa bipolar; es la ms rpida disponible dentro de los circuitos de tipoMSI.

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[ocultar] 1Historia 2Introduccin 3Estructura 4Aplicaciones 5Vase tambinHistoria[editar]Puertas con diseos ECL se han implementado hasta contubos de vaco, y por supuesto contransistoresdiscretos. Y la primera familia con diseo ECL, la ECL I, apareci en el ao 62 con las primeras familias decircuitos integrados. Ya en aquella poca se trataba de la familia ms rpida (un retardo de propagacin tpico de 8ns.), y tambin, era ya, la que ms disipaba.

En la actualidad puede parecer que 8 ns es mucho cuando hay circuitosCMOSque con un consumo muy bajo (sobre todo esttico) superan con creces esta prestacin, pero en realidad la tecnologa ECL tambin ha evolucionado tanto en diseo como en fabricacin, y en la actualidad se consiguen retardos netamente inferiores al nanosegundo, con un consumo alto pero no desorbitado.

Introduccin[editar]A pesar de su limitada utilizacin, se trata de unas de las familias lgicas de ms raigambre, y rancio abolengo, dentro de las tecnologas digitales. Incluso se podra decir que dentro de la electrnica en general, pues el par diferencial, en el que se basa la familia, domina ampliamente los circuitos integrados analgicos.

Como familia bipolar que es, elmargen de ruidono es bueno. En este caso no slo es reducido en margen a nivel bajo, sino que tambin lo es el margen a nivel alto. Esto es consecuencia de la reducida excursin lgica. Y la razn es que para conseguir velocidad deben variar poco los valores de tensin.

El principio que gua a la familia es tratar de evitar a toda costa que lostransistoresque configuran el circuito entren en saturacin. Por lo que las conmutaciones sern entre corte (o casi corte) y conduccin. Por lo tanto siempre vamos a tenertransistoresconduciendo, con lo que el consumo es continuo. Es decir no slo 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 elfan-outsea bueno.

Es la forma de lgica ms rpida, ya que los dispositivos activos se las arreglan para trabajar fuera de la saturacin. Tambin se hace aun mucho ms rpida haciendo que las variaciones de seal lgicas sean aun menores (Dt=800mV), eso hace que el tiempo de carga y descarga de C de carga y parsitas sean aun menores...

El circuito ECL se basa en el uso de un interruptor de direccin 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 susceptible a captar ruido.

Existen 2 formas conocidas, la ECL 100k y la ECL 10K, la 100k es ms rpida pero consume mayor corriente.

Estructura[editar]

Circuito tpico de una puerta de la familia ECL 10,000 de Motorola.

La estructura ECL se basa en un par diferencial (Q1-Q2 y Q3) en el que una rama se conecta a una tensin de referencia, que determina el umbral ALTO / BAJO y la otra rama conntransistores en paralelo a lasnentradas. Del diferencial se pueden obtiener simultneamente dos salidas con la salida y la salida negada y muy bajojitterentre ellas. Estas salidas se llevan, finalmente, a sendos seguidores de emisor para proporcionar ganancia en corriente y elfan-outadecuado, que en muchos casos pueden alimentar lneas de 50 directamente. Es comn la presencia de pines de alimentacin separados para estos ltimos transistores ya que, a diferencia del par diferencial, su corriente varia con la seal si no estn los dos transistores conectados a impedancias iguales. Alimentndolos separadamente se evita que estas variaciones alcancen el par diferencial.

Esta estructura produce simultneamente la salidaOR/NOR: cualquier entrada a nivel alto provoca que el emisor de Q5 pase a nivel alto y el de Q6 a nivel alto. Por comparacin, la estructuraTTLslo produce la funcinNAND.

A diferencia de otras tecnologas (TTL, NMOS, CMOS), la ECL se alimenta con el positivo (Vcc) conectado a masa, siendo la alimentacin entre 0 y -5,2V, habitualmente. Algunas familias permiten que VEEsea -5V, para compartir la alimentacin con circuitos TTL.

Aplicaciones[editar]Adems de las familias lgicas ECL I, ECL II, ECL III, ECL10K y ECL100K, la tecnologa ECL se ha utilizando en circuitos LSI:

Matrices lgicas

Memorias (Motorola, Fairchild)

Microprocesadores (Motorola, F100 de Ferranti)

Para mejorar las prestaciones de la tecnologa CMOS, la ECL se incorpora en ciertas funciones crticas en circuitos CMOS, aumentando la velocidad, pero manteniendo bajo el consumo total.

Complementary metal oxide semiconductor

(Redirigido desde CMOS)

Un inversor en tecnologa CMOS.

Complementary metal-oxide-semiconductoroCMOS (semiconductor complementario de xido metlico)es una de lasfamilias lgicasempleadas en la fabricacin decircuitos integrados. Su principal caracterstica consiste en la utilizacin conjunta detransistoresde tipopMOSy tiponMOSconfigurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energa es nicamente el debido a las corrientes parsitas, colocado obviamente en la placa base.

En la actualidad, la mayora de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnologa CMOS. Esto incluyemicroprocesadores,memorias,procesadores digitales de sealesy muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

Drenador (D) conectada a tierra (Vss) (0), el valor0no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lgica. El transistor pMOS, por el contrario, est en estado de conduccin y es el que propaga un '1'(Vdd) a la salida.

Otra de las caractersticas importantes de los circuitos CMOS es que sonregenerativos: una seal degradada que acometa una puerta lgica CMOS se ver restaurada a su valor lgico inicial 0 1, siempre y cuando an est dentro de los mrgenes de ruido que el circuito pueda tolerar.

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[ocultar] 1Ventajas e inconvenientes 1.1Ventajas 1.2Inconvenientes 2Historia 3CMOS analgicos 3.1Alta impedancia de entrada 3.2Baja resistencia de canal 4CMOS y bipolar 5Problemas 5.1Sensibilidad a las cargas estticas 5.2Latch-up 5.3Resistencia a la radiacin 6Referencias 7Enlaces externosVentajas e inconvenientes[editar]Ventajas[editar]La familia lgica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricacin de circuitos integrados digitales:

El bajo consumo de potencia esttica, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipoMOSFETy a que, en estado de reposo, un circuito CMOS slo experimentar corrientes parsitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lgicos existe un camino directo entre la fuente de alimentacin y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS bsico se encuentra en la regin de corte en estado estacionario.

Gracias a su carcter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradacin de seal debido a laimpedanciadel metal de interconexin.

Los circuitos CMOS son sencillos de disear.

La tecnologa de fabricacin est muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integracin muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologas.

Inconvenientes[editar]Algunos de los inconvenientes son los siguientes:

Debido al carcter 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 lgicas.

Son vulnerables alatch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parsito en la estructura CMOS que entra en conduccin cuando la salida supera la alimentacin. Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentacin de los circuitos integrados. Ellatch-upproduce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentacin que acarrea la destruccin del dispositivo. Siguiendo las tcnicas de diseo adecuadas este riesgo es prcticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusin con suficiente regularidad, para asegurarse de que est slidamente conectado a masa o alimentacin.

Segn se va reduciendo el tamao de los transistores, las corrientes parsitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinmicas (debidas a la conmutacin de los dispositivos).

Historia[editar]La tecnologa CMOS fue desarrollada porWanlassySah,1deFairchild Semiconductor, a principios de los aos 60. Sin embargo, su introduccin comercial se debe aRCA, con su famosa familia lgica CD4000.

Posteriormente, la introduccin de un bfer y mejoras en el proceso deoxidacin localcondujeron a la introduccin de la serie 4000B, de gran xito debido a su bajo consumo (prcticamente cero, en condiciones estticas) y gran margen de alimentacin (de 3 a 18 V).

RCA tambin fabricLSIen esta tecnologa, como su familiaCOSMACde amplia aceptacin en determinados sectores, a pesar de ser un producto caro, debido a la mayor dificultad de fabricacin frente a dispositivosNMOS.

Pero su taln de Aquiles consista en su reducida velocidad. Cuando se aumenta la frecuencia de reloj, su consumo sube proporcionalmente, hacindose mayor que el de otras tecnologas. Esto se debe a dos factores:

Lacapacidad MOS, intrnseca a los transistores MOS

La utilizacin de MOS de canal P, ms lentos que los de canal N, por ser lamovilidadde loshuecosmenor que la de loselectrones.

El otro factor negativo era la complejidad que conlleva el fabricar los dos tipos de transistores, que obliga a utilizar un mayor nmero de mscaras.

Por estos motivos, a comienzos de los 80, algunos autores pronosticaban el final de la tecnologa CMOS, que sera sustituida por la novedosaI2L, entonces prometedora.

Esta fue la situacin durante una dcada, para, en los ochenta, cambia el escenario rpidamente:

Por un lado, las mejoras en los materiales, tcnicas de litografa y fabricacin, permitan reducir el tamao de los transistores, con lo que la capacidad MOS resultaba cada vez menor.

Por otro, la integracin de dispositivos cada vez ms complejos obligaba a la introduccin de un mayor nmero de mscaras para asegurar el aislamiento entre transistores, de modo que no era ms difcil la fabricacin de CMOS que de NMOS.

En este momento empez un eclosin de memorias CMOS, pasando de 256x4 bits de la 5101 a 2kx8 de la 6116 y 8Kx8 en la 6264, superando, tanto en capacidad como consumo reducido y velocidad a sus contrapartidas NMOS. Tambin los microprocesadores, NMOS hasta la fecha, comenzaron a aparecer en versiones CMOS (80C85, 80C88, 65C02, etc.).

Y aparecieron nuevas familias lgicas,HCyHCTen competencia directa con laTTL-LS, dominadora del sector digital hasta el momento.

Para entender la velocidad de estos nuevos CMOS, hay que considerar la arquitectura de los circuitos NMOS:

Uso de cargas activas. Esto es, un transistor se polariza con otros transistores y no con resistencias debido al menor tamao de aquellos. Adems, el transistor MOS funciona fcilmente como fuente de corriente constante. Entonces un inversor se hace conectando el transistor inversor a la carga activa. Cuando se satura el transistor, drena toda la corriente de la carga y el nivel da salida baja. Cuando se corta, la carga activa inyecta corriente hasta que el nivel de salida sube. Y aqu est el compromiso: es deseable una corriente pequea porque reduce la necesidad de superficie en el silicio (transistores ms pequeos) y la disipacin (menor consumo). Pero las transiciones de nivel bajo a nivel alto se realizan porque la carga activa carga la capacidad MOS del siguiente transistor, adems de las capacidades parsitas que existan, por lo que una corriente elevada es mejor, pues se cargan las capacidades rpidamente.

Estructuras de almacenamiento dinmicas. La propia capacidad MOS se puede utilizar para retener la informacin durante cortos periodos de tiempo. Este medio ahorra transistores frente albiestableesttico. Como la capacidad MOS es relativamente pequea, en esta aplicacin hay que usar transistores grandes y corrientes reducidas, lo que lleva a un dispositivo lento.

La tecnologa CMOS mejora estos dos factores:

Elimina la carga activa. La estructura complementaria hace que slo se consuma corriente en las transiciones, de modo que el transistor de canal P puede aportar la corriente necesaria para cargar rpidamente las capacidades parsitas, con un transistor de canal N ms pequeo, de modo que la clula resulta ms pequea que su contrapartida en NMOS.

En CMOS se suelen sustituir los registros dinmicos por estticos, debido a que as se puede bajar el reloj hasta cero y las reducidas dimensiones y bajo consumo de la celda CMOS ya no hacen tan atractivos los registros dinmicos.

Por ltimo, se suelen emplear transistores pequeos, poniendo una celda mayor para la interfaz con las patillas, ya que las necesidades de corriente son mucho mayores en las lneas de salida del chip.

La disminucin del tamao de los transistores y otras mejoras condujo a nuevas familias CMOS:AC,ACT,ACQ, etc.

CMOS analgicos[editar]Los transistores MOS tambin se emplean en circuitos analgicos, debido a dos caractersticas importantes:

Alta impedancia de entrada[editar]La puerta de un transistor MOS viene a ser un pequeo condensador, por lo que no existecorriente de polarizacin. Un transistor, para que pueda funcionar, necesita tensin de polarizacin.

Baja resistencia de canal[editar]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 cada de tensin en el transistor llega a ser muy reducida.

Estas caractersticas posibilitan la fabricacin de amplificadores operacionales "Rail-to-Rail", en los que el margen de la tensin de salida abarca desde la alimentacin negativa a la positiva. Tambin es til en el diseo dereguladores de tensin linealesyfuentes conmutadas.

CMOS y bipolar[editar]Se emplean circuitos mixtos bipolar y CMOS tanto en circuitos analgicos como digitales, en un intento de aprovechar lo mejor de ambas tecnologas. En el mbito analgico destaca la tecnologa BiCMOS, que permite mantener la velocidad y precisin de los circuitos bipolares, pero con la alta impedancia de entrada y mrgenes de tensin CMOS. En cuanto a las familias digitales, la idea es cortar las lneas de corriente entre alimentacin 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 tensin.

La relevancia de estos inconvenientes es muy baja en el diseo microelectrnico actual.

Problemas[editar]Hay tres problemas principales relacionados con la tecnologa CMOS, aunque no son exclusivos de ella:

Sensibilidad a las cargas estticas[editar]Histricamente, este problema se ha resuelto mediante protecciones en las entradas del circuito. Pueden ser diodos en inversa conectados a masa y a la alimentacin, que, adems de proteger el dispositivo, reducen lostransitoriosozenerconectados a masa. Este ltimo mtodo permite quitar la alimentacin de un slo dispositivo.

Latch-up[editar]Consiste en la existencia de untiristorparsito en la estructura cmos que se dispara cuando la salida supera la alimentacin. Esto se produce con relativa facilidad cuando existentransitoriospor usar lneas largas mal adaptadas, excesiva impedancia en la alimentacin o alimentacin mal desacoplada. El Latch-Up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentacin, de modo que, si no se ha previsto, acarrea la destruccin del dispositivo. Las ltimas tecnologas se anuncian como inmunes al latch-up.

LGICA EMITTER-COUPLEDLa lgica Emitter Coupled esta basada en el uso de amplificadores diferenciales de mltiples entradas para amplificar y combinar las seales digitales y de seguidores de emisor para ajustar los niveles de voltaje de corriente directa. Como resultado, ninguno de los transistores en la compuerta entra nunca en saturacin, as como tampoco llegan a apagarse totalmente. Los transistores permanecen enteramente en sus regiones de operacin en cualquier momento. Como resultado de esto los transistores no tienen un tiempo de almacenamiento de carga, y as pueden cambiar de estado mucho mas rpidamente. Por lo tanto la mayor ventaja de este tipo de lgica es su gran velocidad de transicin.

El diagrama esquemtico mostrado aqu esta tomado del manual de la series1000/10 000 de Motorola e dispositivos MECL. Este circuito en particular es de una compuerta OR/NOR de cuatro entradas. Los voltajes estndar para este circuito son -5.2 Volts (VEE) y tierra (VCC).Las entradas no utilizadas estn conectadas a VEE. El circuito del lado derecho, consistente de un transistor y sus respectivas resistencias y diodos, pueden manejar cualquier nmero de compuertas en un solo encapsulado de Circuito integrado. Los circuitos integrados tpicos incluyen compuertas dobles de 4 entradas, triples de 3 entradas y cudruples de 2 entradas. En cada caso, las compuertas solo difieren en cuantos transistores de entrada poseen.

En operacin, una salida lgica cambia de estado con solamente 0.85 Volts, desde -1.60 Volts para el cero hasta -0.75 para el uno. El circuito interno suministra un voltaje fijo de -1.175 Volts al transistor en el amplificador diferencia. Si todas las entradas estn en -1.6 Volts ( o unidas a VEE) todos los transistores de entrada se apagarn y solamente el transistor diferenciador interno conducir corriente. Esto reduce el voltaje de base del transistor de salida de la compuerta OR, bajando su voltaje de salida a -1.60 Volts. Al mismo tiempo ningn transistor de entrada esta afectando la base del transistor de salida de la compuerta NOR, as que su salida se dispara hasta -0.75 Volts. Esto es simplemente el voltaje base - emisor del propio transistor. Todos los transistores son parecidos dentro del circuito integrado y estn designados para tener un voltaje de base - emisor de 0.75 Volts.

Cuando cualquiera de las entradas se eleva a -0.75 Volts ese transistor presenta corriente en el emisor causando que las salidas cambien de estado.

Los cambios de estado en este tipo de circuitos son pequeos, y estn dictados por el voltaje base - emisor de los transistores involucrados cuando estn encendidos. De mayor importancia para la operacin del circuito es la cantidad de corriente fluyendo a travs de varios transistores, esto es mas importante aun que los voltajes involucrados. Por lo tanto la lgica de emisor acoplado es tambin conocida como CML(current mode logic). Esto nos lleva a una desventaja de este tipo de compuertas: obtiene una gran corriente de la fuente de energa y sin embargo tiende a disipar una cantidad de calor significativa.

Para minimizar este problema, algunos dispositivos como los contadores de frecuencias usan contadores de dcadas ECL en la entrada de circuito, seguida por TTL o contadores CMOS de alta velocidad en las posiciones digitales posteriores. Esto pone a los circuos integrados rpidos y caros donde son absolutamente necesarios y nos permite utilizar circuitos integrados mas baratos en lugares donde las seales nunca sern de tan alta frecuencia.

LGICA TRANSISTOR TRANSISTOR (TTL)

Con el desarrollo rpido de los circuitos integrados (ICs), fueron encontrados nuevos problemas fueron y las nuevas soluciones fueron desarrolladas. Uno de los problemas con los circuitos de DTL era que tomaba mucho mas espacio en la estructura del IC construir un diodo que un transistor. Puesto que las "propiedades inmobiliarias" son excesivamente importantes en ICs, era deseable encontrar una manera de evitar de requerir una gran cantidad de diodos en la entrada. Pero qu se poda utilizar para sustituir muchos diodos? Bien, mirando la compuerta de DTL NAND en la parte de arriba, puede ser que observemos que los diodos opuestos se asemejan bastante a las dos ensambladuras de un transistor. De hecho, si tuviramos un inversor, tendra un solo diodo de la entrada, y puede ser que se puedan sustituir los dos diodos opuestos por un transistor de NPN para hacer el mismo trabajo.

De hecho, esto trabaja absolutamente bien. La figura a la arriba demuestra el inversor que resulta. Adems, podemos agregar emisores mltiples al transistor de la entrada sin preocuparnos del aumento de la cantidad de espacio necesaria en la viruta. Esto permite que construyamos una compuerta de mltiples entradas en el mismo espacio que un inversor. Los ahorros que resultan en propiedades inmobiliarias traducen al ahorros significativos en costes de la fabricacin, que alternadamente reduce el coste al usuario del dispositivo.

Un problema compartido por todas las compuertas de la lgica con un solo transistor de la salida del colector es que el resistor es la velocidad de la conmutacin. El transistor tira hacia abajo activamente la salida a la lgica 0, pero el resistor no est activo en tirar de la salida hasta la lgica 1. debido a los factores inevitables tales como capacitancias del circuito y una caracterstica de transistores bipolares llamado "almacenaje de la carga," llevar cierta cantidad de tiempo al el transistor para dar vuelta totalmente a apagado y la salida se eleve a un nivel lgica 1. Esto limita la frecuencia en la cual la compuerta puede funcionar. Los diseadores de las puertas comerciales del IC de la TTL redujeron ese problema modificando el circuito de salida. El resultado era "el circuito de salida del poste del totem" usado en la mayora de la 7400/5400 serie TTL ICs. El circuito final usado en la mayora en el estndar TTL se demuestra en la parte supeior. El nmero de entradas puede variar? un paquete comercial del IC pudo tener seis inversores, cuatro compuertas 2-input, tres compuertas 3-input, o dos compuertas 4-input. Una compuerta 8-input en un paquete est tambin disponible. Pero en cada caso, la estructura del circuito sigue siendo la misma, difiriendo solamente el nmero de entradas.

LGICA DIODO - TRANSISTORComo dijimos en la pgina de lgica del diodo, el problema bsico con las puertas del DL es que deterioran rpidamente la seal lgica. Sin embargo, trabajan para una etapa a la vez, si la seal re-se amplifica entre las puertas. La lgica del Diodo-Transistor (DTL) logra esa meta.

La puerta a la parte superior es un DL o puerta seguida por un inversor tal como se vio en la pgina en lgica del resistor-transistor. La funcin OR todava es realizado por los diodos. Sin embargo, sin importar el nmero de las entradas de la lgica 1, es seguramente bastante voltaje de entrada para conducir el transistor a la saturacin. Solamente si todas las entradas estn en 0 lgico entonces el transistor permanecer apagado. La ventaja de este circuito sobre su equivalente de RTL es que la OR lgica es realizada por los diodos, al lado de los resistores. Por lo tanto no hay interaccin entre diversas entradas, y cualquier nmero de diodos puede ser utilizado. Una desventaja de este circuito es el resistor de entrada al transistor. Su presencia tiende para retardar el circuito el estado bajo, limitando as la velocidad a la cual el transistor puede cambiar estados.

En el primer vistazo, la versin del NAND demostrada arriba debe eliminar este problema. Cualquier 0 lgico de entrada tirar hacia abajo inmediatamente la base del transistor y cambiar al transistor al estado de apagado? Bien, no absolutamente. Recuerda ese voltaje de entrada de la base de 0,65 voltios para el transistor? Los diodos exhiben un voltaje de polarizacin directa muy similar cuando estn conduciendo la corriente. Por lo tanto, uniforme con todas las entradas en la tierra, la base del transistor estar en cerca de 0,65 voltios, y el transistor puede conducir.

Para solucionar este problema, podemos agregar un diodo en serie con la base del transistor, segn lo demostrado arriba. Ahora el voltaje de polarizacin directa que se necesit para polarizar al transistor directamente es 1,3 voltios. Para an ms seguro, podramos agregar un segundo diodo de la serie y requerir 1,95 voltios para hacer conducir el transistor. De esta manera podemos tambin estar seguros que los cambios de temperatura no afectarn perceptiblemente la operacin del circuito. Cualquier manera, este circuito trabajar como compuerta del NAND. Adems, podemos utilizar tantos diodos en la entrada como podemos desear sin levantar el umbral del voltaje. Adems, sin el resistor en serie en el circuito de entrada, hay menos efecto de retardado, as que la puerta puede cambiar estados ms rpidamente y manejar frecuencias ms altas.

RESISTOR-TRANSISTOR LOGIC

Considere el circuito ms bsico del transistor, tal como el que esta demostrado arriba. Aplicaremos solamente uno de dos voltajes a la entrada: 0 voltios (lgica 0) 0 5 voltios de +V (lgica 1). El voltaje exacto usado como +V depende de los parmetros de diseo de circuito; en RTL los circuitos integrados, el voltaje generalmente son +3.6v. que asumiremos un transistor ordinario de NPN aqu, con un aumento actual razonable de C.C. Un voltaje de polarizacin directa de la unin emisor-base de 0,65 voltios, y un voltaje de saturacin del colector-emisor no ms arriba de 0,3 voltios. En los IC RTL estndar, el resistor bajo es 470 ohmios y el resistor del colector es 640 ohmios.

Cuando el voltaje de entrada es cero voltios (realmente, cualquier cosa bajo 0,5 voltios), no existe polarizacin directa a la unin de emisor-base, y el transistor no conduce. Por lo tanto ninguna corriente atraviesa el resistor del colector, y el voltaje de la salida es 0 voltios de +V. Por lo tanto, una 0 lgico entr, resultando en una lgica 1 hecha salir. Cuando el voltaje de entrada es voltios de +V, la ensambladura de la emisor-base del transistor ser polarizada directamente claramente. Nosotros asumimos un circuito de salida similar conectado con esta entrada. As, tendremos un voltaje de 3,6 - 0,65 = 2,95 voltios aplicados a travs de una combinacin de la serie de la salida de 640 ohmios un resistor y un resistor de entrada de 470 ohmios. Esto nos da una corriente de la base de:

2.95v / 1110= 0.0026576577 amperes = 2.66 mA.

RTL es relativamente una vieja tecnologa, y los transistores usados en los IC's RTL tienen un aumento actual de la C.C. de polarizacin directa de alrededor 30. Si asumimos un aumento actual de 30, la corriente baja de 2,66 mA apoyar un mximo de la corriente de colector de 79,8 mA. Sin embargo, si caemos todos sino 0,3 voltios a travs del resistor de 640 colectores, llevar 3,3/640 = 5,1 mA. Por lo tanto este transistor de hecho se satura completamente. Con un 1 lgico de entrada, este circuito produce una lgica 0 a la salida. Hemos visto ya que una 0 lgico en la entrada producir un 1 lgico a la salida. Por lo tanto, esto es un circuito bsico del inversor.

Como podemos ver de los clculos antedichos, la cantidad de corriente proporcionada a la base del transistor es lejana y es mas que necesario para poner en conduccin el transistor en la saturacin. Por lo tanto, tenemos la posibilidad de usar uno para conducir las entradas mltiples de otras puertas, y as tener compuertas con los resistores de entrada mltiples. Tal circuito se demuestra en la figura de la parte superior. En este circuito, tenemos cuatro resistores de entrada. Levantar la entrada a +3,6 voltios ser suficiente hacer conmutar al transistor, y la aplicacin de entradas de la lgica adicional 1 (+3,6 voltios) realmente no tendr ningn efecto apreciable en el voltaje de la salida. Recuerde que el voltaje del polarizacin directa en la base del transistor no exceder 0,65 voltios, as que la corriente a travs de un resistor de entrada puesto a tierra no se exceder 0.65v/470 = 1,383 mA.

Esto nos provee a nosotros un lmite prctico en el nmero de los resistores de entrada permisibles a un solo transistor, pero no causa ningunos problemas serios dentro de ese lmite.

La puerta de RTL demostrada arriba funcionar, pero tendr un problema debido a las interacciones posibles de la seal a travs de los resistores de entrada mltiples. Una manera mejor de poner la funcin en ejecucin se demuestra arriba. Aqu, cada transistor tiene solamente un resistor de entrada, Asegurando as que no exista ninguna interaccin entre las entradas. La funcin se realiza en la conexin del colector comn de todos los transistores, que comparten un solo resistor de la carga del colector. ste es en hecho el patrn para todo IC RTL estndar. Se clasifica para dibujar , 12 mA de la corriente de la fuente de alimentacin 3.6V cuando ambas salidas estn en la lgica 0. Esto corresponde absolutamente bien con los clculos que hemos hecho ya.

El fan-out estndar para las puertas de RTL es clasificado en 16. Sin embargo, el fan-in para una entrada de puerta estndar de RTL es 3. As, una puerta puede producir 16 unidades de corriente de impulsin de la salida, pero requiere 3 unidades conducir una entrada. Hay versiones de baja potencia de estas compuertas que aumenten los valores de los resistores de la base y del colector 1.5K y 3.6K, respectivamente. Tales compuertas exigen menos, y tienen tpicamente un fan-in de 1 y un fan-out de 2 o 3. Tambin han reducido respuesta de frecuencia, as que no pueden funcionar tan rpidamente como las compuertas estndares.

Para conseguir mayores hacer salir capacidades de impulsin, los almacenadores intermediarios se utilizan. stos son tpicamente los inversores que se han diseado con un fan-out de 80. Tambin tienen un requisito del fan-in de 6, puesto que utilizan pares de transistores de la entrada para conseguir la impulsin creciente.

Podemos conseguir una funcin NAND de cualquiera de las dos maneras. Podemos invertir simplemente las entradas a la puerta de NOR/OR, hacindolo conmutar en una compuerta de AND/NAND, o se puede utilizar el circuito demostrado arriba. En este circuito, cada transistor tiene su propio resistor de entrada separado, as que cada uno es controlada por una diversa seal de entrada. Sin embargo, la nica manera que la salida se puede fijar hacia abajo a la lgica 0 es si ambos transistores son conmutados por las entradas por un 1 lgico. El problema con este circuito del NAND proviene el hecho de que los transistores no son dispositivos ideales. Recuerde ese voltaje de la saturacin del colector de 0,3 voltios? Idealmente debe ser cero. Puesto que no es, necesitamos mirar qu sucede cuando "apilamos" los transistores. Con dos, el voltaje combinado de la saturacin del colector es 0,6 voltios solamente levemente menos que el voltaje de la base de 0,65 voltios que har conmutar al transistor.

LGICA DE DIODOLa lgica del diodo hace uso del hecho de que el dispositivo electrnico conocido como diodo conducir una corriente elctrica en una direccin, pero no en la otra. De este modo, el diodo acta como interruptor electrnico.

A la izquierda usted ve una lgica bsica OR del diodo. Asumiremos que una lgica 1 es representada por +5 voltios, y una lgica 0 es representada por la tierra, o cero voltios. En esta figura, si ambas entradas se dejan no relacionadas o son ambas en la lgica 0, la salida Z tambin ser llevada a cabo en cero voltios por el resistor, y ser as un 0 lgico tambin. Sin embargo, si cualquier entrada se levanta a +5 voltios, su diodo se polarizar directamente y por lo tanto conducir. Esto alternadamente forzar para hacer salir hasta el 1 lgico. Si ambas entradas son un 1, la salida todava ser 1. Por lo tanto, esta compuerta realiza correctamente una funcin lgica OR. A la derecha est el equivalente a la compuerta AND. Utilizamos los mismos niveles de la lgica, pero se invierten los diodos y el resistor se fija para tirar del voltaje de la salida hasta un 1 lgico. Para este ejemplo, se utilizan +V = +5 voltios, aunque otros voltajes pueden hacerlo fcilmente. Ahora, si ambas entradas son no relacionadas o si son ambas en 1, la salida Z estar en 1 tambin. Si se pone a tierra cualquier entrada (0 lgico), ese diodo conducir y tirar hacia abajo la salida a un 0 lgico tambin. Ambas entradas deben ser 1 en la orden para que la salida sea la lgica 1, as que este circuito realiza la funcin lgica AND.

En ambas compuertas, hemos asumido que los diodos no introducen ningunos errores o prdidas en el circuito. ste no es realmente el caso; un diodo de silicio experimentar una cada de voltaje de polarizacin directa de alrededor 0.65v a 0.7v mientras que conduce. Pero podemos remediar esto especificando que cualquier voltaje sobre +3,5 voltios sea la lgica 1, y cualquier voltaje debajo de +1,5 voltios ser la lgica 0. Es ilegal en este sistema que un voltaje de la salida est entre +1,5 y +3,5 voltios; sta es la regin indefinida de voltaje en la cual el sistema no sabe de que manera responder.

Las puertas individuales como las dos de arriba se pueden utilizar circunstancias especficas. Sin embargo, cuando se conectan en cascada las puertas del DL, segn lo demostrado arriba, algunos problemas adicionales ocurren. Aqu tenemos dos compuertas AND, cuyas salidas estn conectadas con las entradas de una compuerta AND. Si fijamos hacia abajo las entradas a un 0 lgico, seguramente la salida ser llevada a 0. Sin embargo, si en ambas entradas de cualquier compuerta AND estn en +5 voltios, cules ser el voltaje de salida? El diodo en la compuerta OR ser polarizado directamente inmediatamente, y la corriente atravesar el resistor de la puerta AND, a travs del diodo, y a travs del resistor de la compuerta OR. Si asumimos que todos los resistores son de valores igual (tpicamente), actuarn como divisor del voltaje y compartirn igualmente el voltaje de fuente de +5 voltios. El diodo de la compuerta OR insertar su pequea prdida en el sistema, y el voltaje de la salida ser cerca de 2,1 a 2,2 voltios. Si ambas compuertas AND tienen entradas en 1, el voltaje de la salida puede levantarse hasta cerca de 2,8 a 2,9 voltios. Claramente, esto est en la "zona prohibida," que no se supone no est permitida.

Si vamos un paso ms lejos y conectamos las salidas de dos o ms de estas estructuras con otra compuerta AND, habremos perdido todo el control sobre el voltaje de la salida; habr siempre un diodo polarizado inversamente en alguna parte que bloquea las seales de entrada y que evita que el circuito funcione correctamente. Esta es la razn por la cual la lgica del diodo se utiliza solamente para las compuertas solas, y solamente en circunstancias especficas.

LOGICA CMOSLa lgica del CMOS es una ms nueva tecnologa, basada en el uso de los transistores complementarios del MOS de realizar funciones de la lgica con casi ningn componente. Esto hace estas puertas muy tiles en usos con pilas. El hecho de que trabajarn con los voltajes de fuente de hasta slo 3 voltios y tan arriba como 15 voltios son tambin muy provechosos

Todas las compuertas del CMOS se basan en el circuito fundamental del inversor demostrado arriba. Observe que ambos transistores son MOSFET's del enriquecimiento; un canal N con su fuente puesto a tierra, y un canal P con su fuente conectada a +V. Sus compuertas estn conectados juntos para formar la entrada, y sus drenajes estn conectados juntos para formar la salida. Los dos MOSFET's se disean para tener caractersticas semejantes.

As, son complementarios el uno al otro. Cuando est apagado, su resistencia es con infinita; cuando est encendido, su resistencia del canal es cerca de 200 ohmios. Puesto que la puerta es esencialmente un circuito abierto por el cual no circula ninguna corriente, y el voltaje de la salida ser igual al voltaje de la fuente de alimentacin, dependiendo de el cual el transistor est conduciendo.

Cuando se pone a tierra la entrada A (0 lgico), el MOSFET del canal N es imparcial, y por lo tanto no tiene ningn canal de enriquecimiento dentro de s mismo. Es un circuito abierto, y por lo tanto sale de la lnea de salida desconectada de la tierra.

En el mismo tiempo, se polariza directamente el MOSFET del canal P, as que tiene un canal de enriquecimiento dentro de s mismo. Este canal tiene una resistencia de cerca de 200 ohmios, conectando la lnea de salida con la fuente de +V. Esto fija la salida hasta +V (1 lgica). Cuando la entrada A est en +V (1 lgico), el MOSFET del canal P est apagado y el MOSFET del canal N encendido, as est fijando la salida a la tierra (0 lgico).

Este concepto se puede ampliar en las estructuras AND y NAND combinando los inversores parcialmente en una serie, en estructura parcialmente paralela. El circuito de arriba es un ejemplo prctico de un CMOS 2 entradas. En este circuito, si ambas entradas son bajas, ambos MOSFET's del canal P sern conmutados, as al abastecimiento de una conexin a +V. Ambos MOSFET's del canal N estarn apagados, Asegurando as que no exista ninguna conexin de tierra. Sin embargo, si pasa a ALTO cualquier entrada, ese MOSFET del canal P conmutar a apagado y desconectar a la salida de +V, mientras que ese MOSFET del canal N conmutar, as poniendo a tierra la salida.

La estructura se puede invertir, segn lo demostrado en la parte superior. Aqu tenemos una compuerta NAND de dos entradas, donde una 0 lgico en cualquier entrada forzar la salida a un 1 lgico, pero toma ambas entradas en 1 para permitir que la salida vaya a 0. Esta estructura es menos limitada de lo que sera el equivalente bipolar, pero todava hay algunos lmites prcticos. Uno de stos es la resistencia combinada de los MOSFET's en serie. Consecuentemente, los postes del CMOS no se hacen de ms de cuatro entradas altas. Las compuertas con ms de cuatro entradas se construyen como las estructuras de conexin en cascada preferentemente que estructuras solas. Sin embargo, la lgica sigue siendo vlida. Incluso con este lmite, la estructura del poste todava causa algunos problemas en ciertos usos.

LGICA CTL (COMPLEMENTARY TRANSISTOR LOGIC)Significa Lgica de complementacin de transistor y sus caractersticas son las siguientes.

Retraso de propagacin por compuertaConsumo promedio por compuerta

5 nano-segundos50 nano-Watts

LGICA I 2 L ( INTEGRATED INJECTION LOGIC)Significa lgica de inyeccin integrada y la principal ventaja de este tipo de integrados es que permite una alta densidad de integracin, similar a la de los dispositivos MOS, y tambin un bajo consumo de potencia.

Retraso de propagacin por compuertaConsumo promedio por compuerta

40 nano-segundosMenor que 1 mili-Watt

LGICA MOS (METAL OXIDE SEMICONDUCTOR)Significa lgica de oxido de semiconductor metlico, se caracteriza porque emplean transistores de efecto de campo que tienen las ventajas de mayor facilidad de fabricacin, tamao mas pequeo (1/50 de transistores bipolares)y muy baja disipacin de potencia. Las desventajas son baja velocidad de respuesta, mayor delicadeza en el manejo y poca capacidad de manejo de corriente.

LGICA PMOS (P CHANNEL METAL OXIDE SEMICONDUCTOR)La caracterstica de esta familia es que requieren solo la tercera parte de pasos necesarios de produccin de su contraparte con transistores bipolares estndar de doble difusin.

LGICA NMOS (N CHANNEL MOS)Permiten el doble de densidad de integracin que los P-MOS, adems de ser casi dos veces mas rpidos debido a que en NMOS los portadores de carga son los electrones libres (mientras que en PMOS los portadores de carga son los huecos que son mas lentos).

Retraso de propagacin por compuertaConsumo promedio por compuerta

40 nano-segundosMenor que 1 mili-Watt

LGICA HMOS (HIG DENSITY MOS)Tienen la caracterstica de que permiten una alta capacidad de integracin.

LGICA SOSMOS (SILICON ON SAPHIRE MOS)Est lgica se caracteriza por emplear un sustrato de aislante en lugar del sustrato semiconductor tradicional con lo que logran frecuencias mayores de 50 Mega Hertz con un consumo de potencia del orden de un nano-Watt. Las caractersticas del material aislante que utilizan estos circuitos integrados agrava su precio de manera considerable, siendo utilizado solamente en circuitos de conmutacin de alta velocidad.

LGICA RTLRetraso de propagacin por compuertaVoltaje de alimentacinMargen de RuidoConsumo promedio por compuerta

50 nano-segundos3 Volts0.2 Volts10 mili-Watts

LGICA DTLRetraso de propagacin por compuertaVoltaje de alimentacinMargen de RuidoConsumo promedio por compuerta

25 nano-segundos5 VoltsBajo15 mili-Watts

LGICA TTL (En general)Voltaje de alimentacinMargen de Ruido

5 Volts0.4 Volts

TTL ESTANDAR (SERIE 54 / 74)Retraso de propagacin por compuerta de 10 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 10 miliwatts.

TTL ALTA VELOCIDAD (SERIE 54 / 74H)Retraso de propagacin por compuerta de 6 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 22 miliwatts.

TTL BAJO CONSUMO (SERIE 54 / 74L)Retraso de propagacin por compuerta de 33 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 1 miliwatt.

TTL SCHOTTKY (SERIE 54 / 74S)Retraso de propagacin por compuerta de 3 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 19 miliwatts.

TTL SCHOTTKY DE ABJO CONSUMO (SERIE 54 / 74LS)Retraso de propagacin por compuerta de 9.5 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 2 miliwatts.

EMITTER COUPLED LOGICPuede operar a frecuencias mayores de 500 Mhz.

Retraso de propagacin por compuerta de 0.3 nano segundos.

Disipacin por compuerta de 60 miliwatts.

Estructura MOS

Estructura Metal-xido-semiconductor construida con un sustrato de silicio tipo p (estructura PMOS).

Unaestructura MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) es un dispositivo electrnico formado por un sustrato desilicio

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)" \o "Dopaje (semiconductores)" dopado, sobre el cual se hace crecer una capa de xido (SiO2). Los elementos se contactan con dos terminales metlicas llamadas sustrato y compuerta. La estructura se compara con uncondensadorde placas paralelas, en donde se reemplaza una de las placas por el silicio semiconductor del sustrato, y la otra por un metal, aunque en la prctica se usa polisilicio, es decir, unpolicristaldesilicio.

ndice

[ocultar] 1Funcionamiento 1.1Acumulacin 1.2Agotamiento 1.3Inversin 2Capacidad MOS 2.1Cargas en el xido 2.2Variaciones 3Aplicaciones 4Vase tambin 5ReferenciasFuncionamiento[editar]Laestructura NMOSest formada por un sustrato de silicio dopado con huecos. Al aplicar un potencial de compuerta positivo, los electrones presentes en el sustrato (portadores minoritarios) son atrados hacia la capa de xido de compuerta. Al mismo tiempo, los huecos son repelidos de la capa de xido de compuerta debido a que el potencial positivo los aleja. Esto ocasiona una acumulacin de electrones en la cercana del xido, en donde el silicio presenta un exceso de electrones y por lo tanto es de tipo n. La inversin del dopado en el silicio (que antes era de tipo p) es lo que le da origen al nombre de esta regin. Tambin se produce una regin de agotamiento de portadores en las cercanas del xido, debido a que los huecos del sustrato se recombinan con los electrones atrados.

De manera anloga, unaestructura PMOSest formada por un sustrato de silicio dopado con electrones. Al aplicar un potencial de compuerta negativo, los huecos presentes en el sustrato (portadores minoritarios) son atrados hacia la capa de xido de compuerta. Los electrones son repelidos del xido de compuerta debido a que el potencial negativo los aleja. Los huecos se acumulan en la cercana del xido, en donde el silicio acumula un exceso de huecos y por lo tanto se comporta como un material de tipo p. La recombinacin de huecos y electrones produce una regin de agotamiento.

La tensin positiva aplicada en la compuerta de una estructura PMOS se distribuye a travs de las capas de materiales de acuerdo con la siguiente ecuacin1

En donde

es la tensin de compuerta,

es la diferencia de lasfunciones de trabajoentre el metal y el semiconductor:,

es la cada de tensin en el xido,

es la cada de tensin en el semiconductor

Capacitancia normalizada de la estructura MOS en funcin de la tensin de compuerta.2En ambos tipos de estructuras se acumulan cargas elctricas en el xido y en el semiconductor, de modo que el dispositivo se comporta como uncondensador elctrico. Se distinguen tres regiones de funcionamiento, dependiendo del nivel de tensin que se aplica en la terminal de la compuerta.

Acumulacin[editar]En la etapa deacumulacinlas cargas se almacenan en el xido por el mismo principio de operacin de un condensador, en donde el dielctrico se polariza de forma proporcional al campo elctrico aplicado.

Realmente lo que ocurre es lo siguiente:

Caso pMOS:

Aplicamos un potencial negativo en la compuerta. Esto induce electrones, atrayendo huecos a la interfase y creando un campo elctrico. De ah el nombre de acumulacin.

Caso nMOS:

Aplicamos un potencial positivo en la compuerta. Esto induce huecos, atrayendo electrones a la interfase y creando un campo elctrico.

Recordemos que el campo elctrico va siempre de carga positiva a carga negativa

Agotamiento[editar]Al incrementar el potencial de compuerta, los electrones y los huecos se comienzan a recombinar en el semiconductor para formar la regin deagotamiento.

Caso pMOS:

Aplicamos potencial positivo a la puerta, con lo que se acumula carga positiva en el metal. El Semiconductor es tipo N, con lo que se atraen electrones a la interfase y se apartan los huecos que haba antes en la interfase. Se produce un campo elctrico en el sentido contrario al caso de Acumulacin, en este caso desde el metal al semiconductor. Como consecuencia, hay una recombinacin de electrones y huecos que produce el agotamiento del canal.

Caso nMOS:

Aplicamos potencial negativo a la puerta. Como consecuencia se atraen huecos a la interfase y se crea un campo elctrico. Del Semiconductor al metal. Electrones y huecos se recombinan

Inversin[editar]Si se contina aumentando la tensin de compuerta, se logra lainversindel tipo de dopado del semiconductor.

Caso pMOS:

En este caso inducimos una tensin muy positiva, lo que induce muchos huecos en el metal. Como el semiconductor es tipo N, lo que se consigue es un campo elctrico grande que va del metal al semiconductor, y por tanto una Intensidad grande, debido a los electrones que se acercan a la interfase atrado por el exceso de huecos del metal

Caso nMOS:

Aplicamos una tensin muy negativa que hace que el metal se llene de electrones. Como consecuencia, los huecos del semiconductor, se ven atrados hacia la interfase crendose un campo elctrico del semiconductor al metal.

Capacidad MOS[editar]En un condensador de capacidad C, aparece una carga Q, dada por la expresin:Q=CV, donde V es la tensin entre armaduras. En el condensador MOS, la tensin entre la puerta y el sustrato hace que adquiera la carga Q, que aparece a ambos lados del xido. Pero en el caso del semiconductor esto significa que la concentracin de portadores bajo la puerta vara en funcin de la tensin aplicada a sta.

Imaginemos que tenemos el sustrato de siliciotipo p, es decir, conteniendo un exceso de huecos. Lo conectamos a 0 V, y tenemos la puerta tambin conectada a 0 V. En estas condiciones, no existe una variacin en la concentracin de huecos. Cuando vamos aumentando la tensin de puerta, el condensador se va cargando, con carga positiva en la parte de la puerta y negativa en el sustrato que, en nuestro caso de semiconductor p, significa que el nmero de huecos va disminuyendo hasta alcanzar la carga correspondiente a la tensin de puerta. Este modo de funcionamiento se llamadeplexin, vaciamiento oempobrecimiento. Podemos continuar aumentando la tensin de puerta hasta que ya no queden huecos en la banda de conduccin y el sustrato bajo la puerta se vuelve aislante.

Pero, si continuamos aumentando todava ms la tensin, el condensador MOS necesita ms carga, que los huecos ya no pueden proporcionarle, por lo que aparecen electrones en la banda de conduccin, a pesar de ser el sustrato tipo p. Este fenmeno se llamainversiny permite formar canales tipo n dentro de semiconductores p. Cuanto ms aumentamos la tensin, mayor carga introducimos y ms avanza la capa de inversin dentro del sustrato, con lo que la zona bajo la puerta se va haciendo cada vez ms conductora.

Volvamos a poner la puerta a 0 V y vayamos polarizndola con valores negativos. Ahora la carga en el sustrato es positiva y el nmero de huecos aumenta, con lo que la conductividad, tambin. Este modo de funcionamiento se llama deacumulacinoenriquecimiento, pues se aumenta el nmero de portadores.

Cargas en el xido[editar]La descripcin anterior es terica y no se ajusta al caso real, debido a que durante el proceso de fabricacin diversas cargas quedan atrapadas en el xido que forma la estructura MOS. Esta carga es independiente de la tensin que se aplique a la puerta, pero influye sobre el comportamiento de la estructura, ya que se debe polarizar la puerta para compensar esta carga antes de que el condensador MOS se comporte como se ha descrito en el prrafo anterior.

Estas cargas han sido un quebradero de cabeza para los diseadores de circuitos integrados MOS, pues varan incontroladamente sus condiciones de funcionamiento. En circuitos digitales, se suaviza el problema usando tensiones de alimentacin elevadas, que se han ido reduciendo al poder controlar mejor la cantidad de carga atrapada.

Modificando esta carga se vara la tensin a la que se produce la inversin, de forma que se tiene estructuras que a cero voltios tienen resistencia elevada, mientras que otras la tienen reducida.

Variaciones[editar]Aunque eldixido de silicioes un buen dielctrico y se obtiene oxidando el sustrato, existen otras estructuras similares con otros aislantes, constituyendo la estructuraMIS(Metal-Insulator-Semiconductor). Tambin puede haber varias capas de dielctricos diferentes, como en el caso de las celdasMIOS.

Aplicaciones[editar]La estructura MOS es de gran importancia dentro de los dispositivos de estado slido pues forma los transistoresMOSFET, base de laelectrnica digitalactual. Pero, adems, es el pilar fundamental de los dispositivos de carga acoplada,CCD, tan comunes en fotografa. As mismo, funcionando como condensador es responsable de almacenar la carga correspondiente a los bits de lasmemorias dinmicas.

Tambin se utilizan como con

res conseguidos:

MaterialLongitud de OndaColorVdTpica

AsGa904 nmIR1 V

InGaAsP1300 nmIR1 V

AsGaAl750-850 nmRojo1,5 V

AsGaP590 nmAmarillo1,6 V

InGaAlP560 nmVerde2,7 V

CSi480 nmAzul3 V

FOTODIODOSLos fotodiodos. Son diodos sensibles a la luz. Generan un voltaje de corriente continua proporcional a la cantidad de luz que incide sobre su superficie, es decir, son diodos de unin PN cuyas caractersticas elctricas dependen de la cantidad de luz que incide sobre la unin. Se utilizan como medidores y sensores de luz y en receptores pticos de comunicaciones.

Representacin grfica de un Fotodiodo y su correspondientes curvas caractersticasEl efecto fundamental bajo el cual opera un fotodiodo es la generacin de pares electrn - hueco debido a la energa luminosa. Este hecho es lo que le diferencia del diodo rectificador de silicio en el que, solamente existe generacin trmica de portadores de carga. La generacin luminosa, tiene una mayor incidencia en los portadores minoritarios, que son los responsables de que el diodo conduzca ligeramente en inversa.

El comportamiento del fotodiodo en inversa se ve claramente influenciado por la incidencia de luz. Conviene recordar que el diodo real presenta unas pequeas corrientes de fugas de valor IS. Las corrientes de fugas son debidas a los portadores minoritarios, electrones en la zona P y huecos en la zona N. La generacin de portadores debido a la luz provoca un aumento sustancial de portadores minoritarios, lo que se traduce en un aumento de la corriente de fuga en inversa tal y como se ve en la figura anterior.

El comportamiento del fotodiodo en directa apenas se ve alterado por la generacin luminosa de portadores. Esto es debido a que los portadores provenientes del dopado (portadores mayoritarios) son mucho ms numerosos que los portadores de generacin luminosa.

Corte transversal de un fotodiodo comercialDIODOS DE EFECTO TUNELLos diodos de efecto tnel. Son dispositivos muy verstiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una regin de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarizacin directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado.

Representacin grfica de un diodo TUNEL y su correspondiente grficaLOS VARACTORESSon diodos de silicio perfeccionados para operar con capacitancia variable, que se utilizan como sintonizadores en sistemas de comunicaciones, especialmente en FM.

A mxima capacitancia del varactor se presenta con voltajes de polarizacin cero, cuando la capa de agotamiento es ms delgada. Cuanto ms alto es el voltaje inverso aplicado, ms estrecha es la capa de agotamiento y por lo tanto, la capacitancia disminuye. Estos diodos tambin reciben el nombre de diodos Varicap.

El smbolo del diodo varactor se muestra abajo con una representacin del diagrama.Cuando un voltaje inverso es aplicado a la juncin PN, los agujeros en la regin P se atraen a la terminal del nodo y los electrones en la regin N se atraen a la terminal del ctodo, creando una regin de poca corriente. Esta es la regin de agotamiento, son esencialmente desprovistos de portadores y se comportan como el dielctrico de un condensador.

La regin de agotamiento aumenta mientras que el voltaje inverso aplicado a l aumenta; y puesto que la capacitancia vara inversamente con el espesor dielctrico, la capacitancia de la juntura disminuir cuando el voltaje aplicado a la juntura PN aumenta. En la grfica, se observa la variacin de la capacidad con respecto al voltaje.

En la grfica se puede observar el aumento no lineal en la capacitancia cuando se disminuye el voltaje inverso. Esta no linealidad, permite que el varactor sea utilizado tambin como generador armnico.

Las consideraciones importantes del varactor son: Valor de la capacitancia.

Voltaje.

Variacin en capacitancia con voltaje.

Voltaje de funcionamiento mximo.

Corriente de la salida.

LOS DIODOS VARISTORO supresor de transientes, es un dispositivo semiconductor utilizado para absorber picos de alto voltaje desarrollados en las redes de alimentacin elctrica. Cuando aparece un transitorio, el varistor cambia su resistencia de un valor alto a otro valor muy bajo. El transitorio es absorbido por el varistor, protegiendo de esa manera los componentes sensibles del circuito. Los varistors se fabrican con un material no-homogneo.(Carburo de silicio).

CARACTERISTICAS: Amplia gama de voltajes - desde 14 V a 550 V (RMS). Esto permite una seleccin fcil del componente correcto para una aplicacin especfica.

Alta capacidad de absorcin de energa respecto a las dimensiones del componente.

Tiempo de respuesta de menos de 20 ns, absorbiendo el transitorio en el instante que ocurre.

Bajo consumo (en stabd-by) - virtualmente nada.

Valores bajos de capacidad, lo que hace al varistor apropiado para la proteccin de circuitera en conmutacin digital.

Alto grado de aislamiento.

Mximo impulso de corriente no repetitiva El pico mximo de corriente permitido a travs del varistor depende de la forma del impulso, del duty cycle y del nmero de pulsos.

Con el fin de caracterizar la capacidad del varistor para resistir impulsos de corriente, se permite generalmente que garantice un `mximo impulso de corriente no repetitiva'. Este viene dado por un impulso caracterizado por la forma del impulso de corriente desde 8 microsegundos a 20 microsegundos siguiendo la norma IEC 60-2, con tal que la amplitud del voltaje del varistor medido a 1 mA no lo hace cambiar ms del 10% como mximo.

Un impulso mayor que el especificado puede ocasionar cortocircuitos o ruptura del propio componente; se recomienda por lo tanto instalar un fusible en el circuito que utiliza el varistor, o utilizar una caja protectora.

Si se aplica ms de un de impulso o el impulso es de una duracin mas larga, habra que estudiar las curvas que al efecto nos proporcionan los fabricantes, estas curvas garantizan la mxima variacin de voltaje (10%) en el varistor con 1 mA.

Energa mximaDurante la aplicacin de un impulso de corriente, una determinada energa ser disipada por el varistor. La cantidad de la energa de disipacin es una funcin de:

La amplitud de la corriente.

El voltaje correspondiente al pico de corriente.

La duracin del impulso.

El tiempo de bajada del impulso; la energa que se disipa durante el tiempo entre 100% y 50% del pico de corriente.

La no linealidad del varistor.

A fin de calcular la energa disipada durante un impulso, se hace con la referencia generalmente a una onda normalizada de la corriente. Esta onda esta prescrita por la norma IEC 60-2 secciona 6 tiene una forma que aumenta desde cero al valor de pico en un el tiempo corto, disminuyendo hasta cero o de una manera exponencial, o bien sinusoidal.

Esta curva es definida por el tiempo principal virtual (t1) y el tiempo virtual al valor medio (t2)DIODO SCHOTTKY (DIODO DE BARRERA)Los diodos Schottky. Son dispositivos que tienen una cada de voltaje directa (VF) muy pequea, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben tambin el nombre de diodos de recuperacin rpida (Fast recovery) o de portadores calientes.

Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metlica se hace un material semiconductor, el contacto tiene, tpicamente, un comportamiento hmico, cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una regin semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto debe ser el resistivo, comenzando tambin a tener un efecto de rectificacin. Un diodo Schottky, se forma colocando una pelcula metlica en contacto directo con un semiconductor, segn lo indicado en la figura N05. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad ms grande de los portadores en este tipo de material. La parte metlica ser el nodo y el semiconductor, el ctodo.

En una deposicin de aluminio(3 electrones en la capa de valencia), los electrones del semiconductor tipo N migran haca el metal, creando una regin de transicin en la ensambladura.

Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos materiales) estn en trnsito. Su conmutacin es mucho ms rpida que la de los diodos bipolares, una vez que no existan cargas en la regin tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial (tpicamente de 0,3V). La Regin N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la prdida de conduccin, por esto, la tensin mxima soportable para este tipo de diodo est alrededor de los 100V.

La principal aplicacin de este tipo de diodos, se realiza en fuentes de baja tensin, en las cuales las cadas en los rectificadores son significativas.

Figura N05(Diodo Schottky construido a travs de la tcnica de CIs.)

Curva caracterstica de un diodo SCHOTTKYEL DIODO LASERLos diodos lser son constructivamente diferentes a los diodos LED normales. Las caractersticas de un diodo lser son:

La emisin de luz es dirigida en una sola direccin: Un diodo LED emite fotones en muchas direcciones. Un diodo lser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz preferencial una sola direccin.

Corte esquemtico de la emisin de luz en diodos LED y lser

Intensidad de luz en funcin de la longitud de onda para diodos LED y lserDebido a estas dos propiedades, con el lser se pueden conseguir rayos de luz monocromtica dirigidos en una direccin determinada. Como adems tambin puede controlarse la potencia emitida, el lser resulta un dispositivo ideal para aquellas operaciones en las que sea necesario entregar energa con precisin.

Ejemplo de aplicacin: El lector de discos compactos:Una de las muchas aplicaciones de los diodos lser es la de lectura de informacin digital de soportes de datos tipo CD-ROM o la reproduccin de discos compactos musicales. El principio de operacin de uno y otro es idntico.

Esquema del funcionamiento del CD-ROMUn haz lser es guiado mediante lentes hasta la superficie del CD. A efectos prcticos, se puede suponer dicha superficie formada por zonas reflectantes y zonas absorbentes de luz. Al incidir el haz lser en una zona reflectante, la luz ser guiada hasta un detector de luz: el sistema ha detectado un uno digital. Si el haz no es reflejado, al detector no le llega ninguna luz: el sistema ha detectado un cero digital.

Un conjunto de unos y ceros es una informacin digital, que puede ser convertida en informacin analgica en un convertidor digital-analgico. Pero esa es otra historia que debe de ser contada en otra ocasin.

SIMBOLOGA

Grfica Simbologa Tipos de DiodosTRANSISTORES.Antes de 1950 todo equipo electrnico utilizaba vlvulas al vaco, que son bulbos con un brillo tenue, que predominaban en la industria. El calefactor de una vlvula al vaco normal consuma un par de watts, por lo que el equipo requera una fuente de alimentacin voluminosa que generaba una cantidad considerable de calor, lo cual preocupaba sobremanera a los diseadores. El resultado era un equipo anticuado y pesado. En 1951 Shockley invent el primer transistor de unin, que fue todo un acontecimiento porque signific un gran cambio. El impacto del transistor en la electrnica ha sido enorme, pues adems de iniciar la industria multinllonaria de los semiconductores, ha sido el precursor de otros inventos como son los circuitos integrados, los dispositivos optoelectrnicos y los microprocesadores. Actualmente, casi todo equipo electrnico utiliza dispositivos semiconductores. Los cambios han sido ms notables en la industria de las computadoras.

Un transistor puede considerarse formado por dos diodos semiconductores con una zona comn. En un transistor existen, por consiguiente, tres terminales. La zona comn se denomina base y las dos zonas exteriores en contacto con la base son el emisor y el colector.

Para que el transistor funcione correctamente, la unin correspondiente al diodo emisor-base debe polarizarse en sentido directo, mientras que la unin correspondiente al colector-base ha de estar polarizada en sentido inverso.

Si se conecta nicamente el circuito emisor-base, con dolarizacin directa, se establece una circulacin elctrica desde el emisor a la base a travs de la unin. Desconectando la alimentacin en el circuito emisor-base y comunicando el conector-base con dolarizacin en sentido inverso, la circulacin ser prcticamente ambas uniones emisor-base y colector-base, se establecer una corriente entre el emisor y el colector. Dicha corriente esta determinada por la tensin positiva del emisor y la negativa del colector, siempre con relacin a la base.

El factor de amplificacin de corriente de in transistor es la relacin entre la corriente de colector y la del emisor.

La caracterstica del transistor en virtud de la cual, al vaciar la tensin del emisor, se pueden obtener variaciones en la corriente del colector, comporta que pueda comparrsele con una vlvula termoinica. El emisor, la base y el colector del transistor pueden identificarse con el ctodo, rejilla y nodo de trodo, respectivamente.

Hay dos tipos de transistores:

ESTUDIO DEL TRANSISTOR BIPOLAREl transistor convencional o bipolar se denomina as porque en su funcionamiento intervienen corrientes de huecos, o de carga positiva, y de electrones, o de carga negativa. Otros dispositivos como los FET se denominan monopolares porque slo hay corrientes de un tipo.

Los terminales del transistor reciben el nombre deemisor,colectorybase. La base es el terminal que est unido a la zona intermedia del transistor. Las tres partes del transistor se diferencian por el distinto nivel de dopaje; la zona de menor dopaje es la base, a continuacin se encuentra el colector y por ltimo el emisor.

Estudio de las corrientesEl anlisis del transistor se realizar para una estructura NPN, y es anlogo para el PNP.

Un transistor sin polarizar se comporta como dos diodos en contraposicin, y no existen corrientes notables circulantes por l. Si se polariza, aparecen tres corrientes distintas, la corriente de base, IB, corriente de emisor, IE, y por ltimo la corriente de colector, IC. En la figura siguiente estn dibujadas estas corrientes segn convenio, positivas hacia adentro:

Corriente en un transistor.

De estas tres corrientes, la del emisor es la ms grande, puesto que ste se comporta como fuente de electrones. La corriente de base es muy pequea, no suele llegar al 1% de la corriente de colector.

Aplicando la ley de Kirchhoff se tiene la siguiente relacin:

IB + IC - IE = 0 ; IE = IB + IC

Existen dos parmetros que relacionan las distintas corrientes, el coeficiente alfa para continua, a, y la ganancia de corriente beta, b.

El factor Alfa. Es el cociente entre la intensidad de colector y la de emisor. Su valor nunca ser superior a la unidad y da idea de hasta qu punto son iguales estas corrientes.

a = IC / IE

El valor de a suele ser superior a 0,95, y en muchos casos es mayor de 0,99, por ello para mayor simplicidad

de clculos se suele tomar a = 1.

El factor Beta.La ganancia de corriente b se define como el cociente entre la corriente de colector y la de base.

b = IC / IB

Para transistores de baja potencia b tiene valores entre 100 y 300.

Relacin entre a y b. Partiendo de la ecuacin de las corrientes, IE = IB + IC, si se divide ambos trminos por IC, se tiene que:

IE / IC = 1 + (IB / IC) teniendo en cuenta que IC / IB = b y IC / IE = a se tiene 1 / a = 1 + 1 / b

despejando b de la ecuacin anterior:

b = a / 1-a

ConfiguracionesDependiendo de cul sea el terminal comn a la entrada y a la salida del transistor, se distinguen tres tipos de configuraciones:

Configuracin en base comn. La base constituye el terminal comn a la entrada y a la salida, se encuentra unida a masa. La ganancia en corriente de este circuito es la unidad, pero sin embargo la ganancia en tensin puede ser muy alta y, por lo tanto, tambin la ganancia en potencia. Esta configuracin presenta muy poca realimentacin entre la entrada y la salida, por lo que se emplea especialmente en circuitos de frecuencias altas o muy altas.

Configuracin en emisor comn. El emisor est unido a tierra. La ganancia en corriente es alta (la Beta del transistor), la ganancia en tensin y en potencia (dependiente de la carga de colector) es igualmente alta. Es la configuracin ms utilizada.

Configuracin en colector comn. En este caso, el terminal que est conectado a masa es el colector. La entrada se aplica a la base, como en las configuraciones anteriores y la carga entre el emisor y masa. Esta configuracin tiene una ganancia en corriente de la beta del transistor, la ganancia en tensin es muy parecida, pero inferior a la unidad, y la ganancia en potencia es aproximadamente la beta del transistor. Esta configuracin se llama tambinseguidor de emisor; se emplea para aislar o adaptar impedancias, ya que el circuito de base ofrece a la seal una impedancia beta veces inferior a la que se encuentra en el emisor. Se conoce como seguidor de emisor porque la tensin en el emisor "sigue" a la de base.

Configuraciones bsicas de empleo de un transistor.

Curvas caractersticasUn transistor en rgimen esttico se encuentra, solamente, bajo la accin de las tensiones continuas que se le aplican para polarizarle. Una forma de resumir este funcionamiento es utilizar las curvas caractersticas del transistor, que relacionan las tensiones y las corrientes. Las tensiones y corrientes que se utilizan dependen de la configuracin del transistor, pero independientemente de sta, se distinguen dos tipos de curvas: la caracterstica de entrada y la caracterstica de salida.

a)Caractersticas de entradaLa caracterstica de entrada relaciona dos magnitudes de entrada con una de salida. En el caso de la configuracin en emisor comn se tiene la corriente de base en funcin de la tensin base-emisor, para distintos valores de tensin colector- emisor. La corriente de base y la tensin base-emisor son variables de entrada, mientras que la tensin colector-emisor es una magnitud de salida.

Si se tiene una configuracin en base comn, su caracterstica de entrada relacionar la corriente del emisor con la tensin emisor-base, utilizando la tensin colector-base como parmetro. La corriente de emisor y la tensin emisor-base con las magnitudes de entrada.

La figura muestra las diferentes caractersticas de entrada de dos transistores NPN de germanio y silicio respectivamente en funcin del voltaje base-emisor para dos valores del voltaje colector. emisor.

Caractersticas tpicas de transistores.

b)Caractersticas de salidaLa caracterstica de salida tiene dos de las tres magnitudes pertenecientes al circuito de salida. Las curvas que relacionan la corriente de colector, la de base y la tensin emisor-colector son caractersticas de salida en configuracin emisor-comn, mientras que las que relacionan la corriente de emisor, la de colector y la tensin colector-base son las curvas correspondientes a una configuracin en base comn.

Familia de curvas de corriente colector.

Zonas de funcionamientoUn transistor bipolar puede funcionar de tres formas diferentes dependiendo de la polarizacin que tengan las dos uniones, base-emisor y base-colector. Estas zonas se pueden observar en la familia de curvas caractersticas de salida de un transistor como se muestra en la figura.

Zona de corte.Para un transistor de silicio, Vbe es inferior a 0,6 V ( para germanio 0,2 V), ambas uniones estn polarizadas en sentido inverso y las intensidades en los terminales se pueden considerar despreciables. En otras palabras, la tensin de base no es lo suficientemente alta para que circule corriente por la unin base emisor, por lo que la corriente de colector es igualmente despreciable.

Zona activa. La unin base-emisor est polarizada en sentido directo ( Vbe > 0,6 V) y la unin colectora lo est en sentido inverso, la corriente inversa que circula en la unin de colector es beta veces la corriente que circula en sentido directo base emisor. Esta zona es muy importante, puesto que el transistor funciona en ella cuando se utiliza para amplificar seales.

Zona de saturacin. Ambas uniones, emisora y colectora, estn polarizadas en sentido directo. La corriente base-emisor es muy grande, por lo que la corriente de colector lo es igualmente grande. Se dice que ha entrado en saturacin si el voltaje del colector es inferior a la tensin base-emisor.

Limites de los transistoresEn la hoja de caractersticas de un transistor aparecen una serie de valores que deben ser respetados si no se quiere que el transistor se destruya o pierda sus propiedades. Aunque estas caractersticas estn comentadas para los transistores bipolares, las de los transistores unipolares son muy similares.

Corriente mxima de colectorEsta corriente viene limitada por la superficie de la unin y por los conductores que conectan los terminales del transistor con los terminales exteriores. En algunos componentes se especifican los valores que puede soportar un dispositivo de manera continua. Estos valores que estn condicionados por problemas trmicos pueden excederse durante tiempos muy cortos si exceder los valores promedio sin grandes contratiempos.

Mxima potencia disipadaLa potencia que puede disipar un transistor esta condicionada por la mxima temperatura que puede soportar la unin semiconductora colector-base, ya que como en todo diodo la corriente inversa crece con la temperatura. Para que la temperatura de esta unin no supere los valores permitidos, que suele estar hacia 125 C en el silicio y los 85 C en el germanio, debe proveerse de dispositivos que extraigan al exterior el calor generado en las uniones. Los pequeos transistores discretos de silicio que se utilizan en circuitera electrnica, tienen una superficie semiconductora de 1 o 2 mm2 y pueden llegar a disipar 0,25 W de calor sin que la temperatura de la unin supere los valores permitidos. Acoplando un pequeo radiador unido trmicamente a la carcasa del transistor puede llegarse hasta 1 W. Los transistores de media potencia (de 1 a 25 w) suelen ser de mayor tamao ( 4 a lo mm2 ) y disponen de tornillos para acoplarse trmicamente a radiadores. Los transistores de altas potencias (125 W y ms) tienen superficies de semiconductor del orden de 25 mm2, soldadas a gruesas lminas de cobre con tornillos para una robusta fijacin al radiador.

El las caractersticas de los transistores de potencia se suele sealar una curva llamadarea segura de trabajo, una combinacin de voltaje y corriente colector emisor que en caso de superarse supone la destruccin del dispositivo.

Tensin mximaEs la mxima tensin de polarizacin inversa que puede aplicarse al transistor. Este valor tiene que estar indicado para evitar que el transistor entre en la zona de ruptura, en la cual el dispositivo sera destruido por un exceso de tensin. Antes de que el transistor entre en la zona de ruptura, algunos transistores manifiestan un fenmeno singular conocido comoavalancha. El transistor soporta sin grandes fugas una alta tensin mientras no circula corriente de base. Pero en el momento que comienza a circular una pequea corriente por la base el transistor entra en conduccin total. Si no existe limitacin el la corriente de colector el transistor es destruido. Por el contrario, este fenmeno con limitacin de corriente puede aprovecharse para obtener altos valores de corriente en generadores de pulsos para diodos lser y otras aplicaciones sofisticadas.

Frecuencia de transicin (Ft)Es una caracterstica del comportamiento del transistor respecto a la frecuencia. La frecuencia de transicin tambin llamado producto deganancia por ancho de banda, determina el punto al cual la ganancia en corriente del transistor para esa frecuencia (bf) es la unidad. En otras palabras la frecuencia hasta la cual puede obtenerse ganancia de potencia del transistor cuando se emplea como amplificador. Con este parmetro se especifica la capacidad del transistor para trabajar a altas frecuencias.

Tiempo de conmutacinEn circuitos lgicos o digitales, el transistor generalmente se encuentra en uno de dos estados, corte (no conduce) y saturacin (conduce totalmente). El paso de un estado a otro no es instantneo porque el transistor no es un dispositivo ideal, sino que requiere un tiempo. Cuanto menores son los tiempos para cambiar de estado, mas rpido es el transistor.

TRANSISTORES UNIPOLARESEl funcionamiento de los transistores bipolares expuesto anteriormente est basado en el movimiento de dos tipos de cargas, electrones y huecos, de ah el prefijo bi-; adems, las uniones PN se polarizan en sentido directo e inverso. Otro tipo de transistores muy importante son los unipolares que se basan en el movimiento de un solo tipo de cargas, electrones o huecos, por ello el prefijo uni-. En este tipo de transistor, las uniones PN se polarizan siempre en inverso. El funcionamiento de estos transistores es significativamente diferente a los bipolares.

Los transistores unipolares se dividen en dos grupos, los transistores de unin de efecto de campo, JFET o FET, que a su vez se dividen en transistores de canal N y transistores de canal P, y los transistores metal-xido-semiconductor de efecto de campo o MOSFET. Dentro de este grupo se distinguen dos subgrupos, MOSFET de enriquecimiento y MOSFET de empobrecimiento, que se dividen al igual que los FET en canal N y canal P. La figura a continuacin muestra la simbologa para los diferentes tipos de transistores.

Smbolos de diferentes transistores de efecto de campo.

Transistores JFETEste transistor est formado por una pastilla de semiconductor tipo N, en la cual se difunden dos zonas de semiconductor tipo P. La difusin puede hacerse utilizando una sola cara, o bien, utilizando ambas. En la figura siguiente se observa la estructura esquemtica de este transistor. Si en lugar de utilizar una pastilla de semiconductor tipo N se utiliza una de P y se difunden dos zonas N, se obtiene un transistor FET de canal P.

Esquema de un transistor de efecto de campo.

Este transistor posee, al igual que el bipolar, 3 terminales, que se denominanfuente(source),drenaje(drain) ypuerta(gate).

Drenajeyfuente: Son los terminales que estn unidos a la pastilla de semiconductor (N o P). Los portadores mayoritarios salen por el drenaje y entran por la fuente. Se denominan por las letras D y S respectivamente. La conduccin entre estos dos terminales se comporta como la de una resistencia cuyo valor esta controlado por la tensin de puerta.

Puerta: Se corresponde con las zonas difundidas. Se comporta como la de un diodo polarizado en inverso, por lo tanto presenta una alta resistencia de entrada y casi no circula corriente por ella. Si estn las dos unidas interiormente y se tiene accesible un solo terminal, se tiene un FET de una puerta, y si estn separadas, un transistor FET de dos puertas. La puerta se representa por la letra G del inglsgate.

Los transistores FET tienen un comportamiento muy similar a las vlvulas de vaco; se suele decir que son dispositivos de transconductancia en los que la corriente esta controlada por la tensin de puerta. Los componentes discretos se emplean en etapas de entrada de amplificadores operacionales por su alta impedancia de entrada, linealidad y bajo ruido. Los dispositivos de potencia se usan ventajosamente para sustituir transistores convencionales en las etapas de potencia ya que son mas rpidos, mas robustos y carentes de fenmenos de embalamiento trmico. Se emplean en conmutacin de potencia debido a sus bajas resistencias internas de conduccin.

Transistores MOSFETLa construccin y estructura de estos dispositivos es muy similar al FET e igualmente sus electrodos se denominan puerta, drenaje y fuente. La diferencia se encuentra en que la puerta est aislada del canal mediante una capa de xido de silicio (SiO2). Estos transistores reciben, tambin, el nombre de IGFET (del inglsinsulated gate, puerta aislada).

MOSFET de empobrecimiento. La estructura de este tipo de MOSFET est representada en la siguiente figura. En una pastilla de material N, se difunde una zona p denominada sustrato. En este caso se tiene un MOSFET canal P, si se hace a la inversa se obtendr un MOSFET canal N. Este tipo de transistor apenas se utiliza, pero su importancia radica en que fue el primer paso para el MOSFET de enriquecimiento, de gran importancia en electrnica digital y en los ordenadores.

Mosfet de empobrecimiento.

MOSFET de enriquecimiento. La diferencia con el transistor de empobrecimiento esta en que en la pastilla de semiconductor N se difunden dos zonas tipo P, para el transistor de canal P.

Corte esquemtico de un transistor Mosfet.

Los transistores MOSFET, se emplean ventajosamente en etapas amplificadoras y mezcladoras de radiofrecuencia. Dispositivos construidos con arseniuro de galio como material base se emplean en amplificadores de potencia en radiofrecuencia hasta frecuencias de ms de 35 Ghz. Los pares complementarios CMOS constituyen el elemento bsico d