Ingeniero

Diseño electrónico II
Conferencia #16: Compuertas lógicas.
Sumario:
Introducción.
Parámetros más importantes en el trabajo con las familias lógicas.
Compuerta básica TTL.
Variación de la salida según la carga conectada.
Lógica cableada.
Compuerta AOI.
Compuerta de tercer estado.

Bibliografía:
1- Sedra, Adel S. y Kenneth C. Smith. Circuitos microelectrónicos. 4ª edición, Oxford,2002.
2- Millman, Jacob and Arvin Grabel. Microelectronics. 2nd edition, McGraw-Hill, 1987.Compuertas TTL
Introducción
La Electrónica Digital constituye una de las disciplinas que más avance ha experimentado, desde la aparición de las primeras componentes diseñadas con materiales semiconductores. Un tanto lejanas, pero aún referenciadas por algunos autores, aparecen las familias lógicas RTL, DTL,ECL y TTL, que marcaron años de investigaciones, diseños y producción de muy sencillos hasta complejos sistemas electrónicos. La TTL, ya aventajada por la lógica unipolar, todavía se aborda en muchos cursos de electrónica y es utilizada en diseños y laboratorios de dichos cursos. Un aporte sustancial lo dio el transistor de efecto de campo y las tecnologías que de este se derivaron: los MOSFET ylos JFET. Posteriormente y a partir de los MOSFET se originó la hoy muy importante familia CMOS, base de la Microelectrónica actual y de su fruto más prominente: el microprocesador, sin olvidar otro dispositivo indispensable en la vida moderna: el microcontrolador.
En este trabajo se abordará el estudio de la familia lógica TTL (tiene como base al transistor bipolar) y de algunas de sus variantes,que brindarán al estudiante la oportunidad de conocer el interior de esas “cajitas negras” a las que en Circuitos Lógicos se les llamó compuertas lógicas.
Parámetros más importantes en el trabajo con las familias lógicas
Lo primero que se analizará es de suma importancia a la hora de estudiar cualquier familia lógica. Son sus parámetros de trabajo, los cuales las caracterizan, se brindan por losfabricantes en las hojas de trabajo (data sheets) y son datos de uso obligatorio por parte de los diseñadores. Dentro de estos parámetros se encuentran:
1- Niveles lógicos: representan los valores de voltaje y corriente permisibles para el “0” y “1” lógicos de una familia. Existen tanto para la entrada como para la salida de la compuerta asociada con la familia. Se denominan como:
VIH, voltajedel uno de entrada y VIL, voltaje del cero de entrada.
VOH, voltaje del uno de salida y VOL, voltaje del cero de salida.
IIH, corriente del uno de entrada y IIL, corriente del cero de entrada.
IOH, corriente del uno de salida y IOL, corriente del cero de salida.
2- Márgenes de ruido: definen los niveles de voltaje límites que se pueden aplicar a la entrada de una compuerta, sin que la salidacaiga en la región analógica o de transición. Son dos, uno para el cero y otro para el uno y se calculan como:
Δ0= NM0= VILmáx – VOLmáx Δ1= NM1= VOHmín – VIHmín
La característica transferencial (vea la figura 2.1) de una compuerta relaciona su voltaje de salida Vo con el voltaje de entrada que recibe. En la misma se reflejan con claridad los márgenes de ruido. Por ejemplo, en el caso del Δ1se aprecia cuánto más puede variar el voltaje del cero de entrada (VILmáx), para que el voltaje del uno de salida no caiga por debajo de su valor mínimo (VOHmín), lo cual conllevaría a que la salida entrara en la región Analógica o de Transición. Un análisis similar se puede hacer para el Δ0.

3- Voltaje umbral (VT ó VTO): voltaje que es necesario aplicar a la entrada de la compuerta para queesta cambie de estado.
4- Factor de carga (N0 y N1): es el número máximo de compuertas que se le pueden conectar a la salida de una compuerta, sin que se afecten los niveles lógicos ni los márgenes de ruido. Se le conoce también como FAN OUT. Se calculan como:
5- N0= IOLmáx/IILmáx N1= IOHmáx/IIHmáx
6- Velocidad de operación de la familia lógica: la componen tres elementos que describen...