Introducción
La electrónica digital es la tecnología que hace posible la creación de dispositivos “digitales” como relojes, calculadoras y computadoras, entre otros.
Interruptores lógicos
Los circuitos lógicos digitales son redes complejas de interruptores hechos con transistores. Éstos circuitos lógicos simples se llaman compuertas. Como ejemplo tenemos:
(Gp:) La lámpara enciende siA Y B están cerrados
(Gp:) A B
(Gp:) La lámpara enciende siA O B están cerrados
(Gp:) A
B
Circuitos lógicos con transistores
Las siguientes pantallas mostrarán como los interruptores hechos con base a transistores se utilizan para formar cuatro circuitos de decisión o compuertas lógicas básicas, se muestra la tabla de verdad, la cual muestra la salida de todas las combinaciones posibles.
Compuerta AND
(Gp:) A
B
(Gp:) 10kW
(Gp:) 10kW
(Gp:) 4.7kW
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 6V
(Gp:) Salida
(Gp:) A
Tierra
Tierra
+6V
+6V
(Gp:) B
Tierra
+6V
Tierra
+6V
(Gp:) Salida
Tierra
Tierra
Tierra
+6V
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
Compuerta NAND
(Gp:) A
B
(Gp:) 10kW
(Gp:) 10kW
(Gp:) 4.7kW
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 6V
(Gp:) Salida
(Gp:) A
Tierra
Tierra
+6V
+6V
(Gp:) B
Tierra
+6V
Tierra
+6V
(Gp:) Salida
+6V
+6V
+6V
Tierra
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
Compuerta OR
(Gp:) A
Tierra
Tierra
+6V
+6V
(Gp:) B
Tierra
+6V
Tierra
+6V
(Gp:) Salida
Tierra
+6V
+6V
+6V
(Gp:) A
B
(Gp:) 10kW
(Gp:) 10kW
(Gp:) 4.7kW
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 6V
(Gp:) Salida
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
Compuerta NOR
(Gp:) A
Tierra
Tierra
+6V
+6V
(Gp:) B
Tierra
+6V
Tierra
+6V
(Gp:) Salida
+6V
Tierra
Tierra
Tierra
(Gp:) A
B
(Gp:) 10kW
(Gp:) 10kW
(Gp:) 4.7kW
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 2N2222
(Gp:) 6V
(Gp:) Salida
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
Resumen
(Gp:) A
0
0
1
1
(Gp:) B
0
1
0
1
(Gp:) A or B
0
1
1
1
(Gp:) A nor B
1
0
0
0
(Gp:) A nand B
1
1
1
0
(Gp:) A and B
0
0
0
1
(Gp:) A xor B
0
1
1
0
(Gp:) A xnor B
1
0
0
1
Sustituyendo los voltajes y las “tierras” por los dígitos binarios tenemos:
La secuencia de las entradas corresponden a los cuatro primeros números expresados en el sistema binario
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
(Gp:) Compuerta XNOR
(Gp:) AB
(Gp:) Salida
(Gp:) Compuerta XOR
Tipos de transistores
TTL (Transistor Transistor Logic): Son circuitos fáciles de usar, requieren pocos cuidados en su manejo, soportan 20 MHz o más. Cada transistor gasta mucha energía: 3 mA. La versión LowPower Schottky utiliza 80% de voltaje y es más veloz. Requiere 5 V. Las entradas no conectadas las asume como 1. Colocar las salidas no utilizadas al voltaje de alimentación para ahorrar energía.
(éstos son los que vamos a usar, podemos conectar un capacitor de 0.01 a 0.1 mF)
Tipos de transistores
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Silicon): Son circuitos muy sensibles a la estática y no son tan rápidos como los TTL. Gastan poca energía: 0.1 mA. Pueden energizarse con voltajes de 3 a 18V. Las entradas pueden provocar ruido. No conectar las entradas cuando el circuito no tenga corriente.
Estructura Interna Circuito Integrado LS7400
Vcc
1 2 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
Uso de la tableta protoboard
(Gp:) Tableta protoboard
(Gp:) Cable telefónicoblindado
(Gp:) Circuitos integrados
(Gp:) Resistencias
(Gp:) Puedes agregar otros componentes, como
LEDs, o enganchar otras tabletas de experimentación
(Gp:) Al insertar cualquier patita de un componente, automáticamente queda conectada toda la columna
(Gp:) La alimentación del circuito se coloca en los extremos a lo largo de la tableta
(Gp:) – +
(Gp:) Todos las entradas comparten
la misma información, los
grupos se mantienen
independientes
Los puentes o interconexiones se hacen con un cable de cobre protegido con plástico aislante
(Gp:) Energizamos una línea para alimentar al circuito integrado
(Gp:) Energizamos una línea para alimentar al circuito integrado
Éstos puentes permiten hacer interconexiones en nuestra tarjeta y poder reutilizarse.
Hay otro tipo de tarjetas para probar circuitos
(Gp:) Las líneas energizadas corren alrededor del circuito
Área de trabajoparalos circuitos
Área de interfaz con otros circuitos
(Gp:) Alrededor de cada agujero existe un recubrimiento metálico para las conexiones de soldadura
Uso de resistencias
(Gp:) X1 W
X10 W
X100 W
X1,000 W
X10,000 W
X100,000 W
X1’000,000 W
X10’000,000 W
X100’000,000 W
(Gp:) 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(Gp:) 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
(Gp:) Negro
(Gp:) Café
(Gp:) Rojo
(Gp:) Naranja
(Gp:) Amarillo
(Gp:) Verde
(Gp:) Azul
(Gp:) Violeta
(Gp:) Gris
(Gp:) Blanco
(Gp:) Ninguno: ±20%
(Gp:) Dorado: ±5%
(Gp:) Plateado: ±10%
(Gp:) Tolerancia
Configuración de los LED’s
Ya que utilizaremos circuitos TTL, buscar preferentemente aquellos que soporten 5 V
Si no se consiguen de éste tipo, agregar una resistencia de 330 W entre el LED y tierra
Proceso de diseño de circuitos
Define el problema que quieres resolver, los estados, las variables de entrada y las variables de salida
2. Resuelve el problema reduciendo el circuito a su mínima expresión utilizando circuitos comerciales conocidos
3. Documenta adecuadamente la solución
4. Implementa la solución en la tableta revisando las especificaciones de los circuitos integrados que utilices, verifica la operación correcta del circuito. Documenta los problemas que tuviste al armar el circuito e inclúyelos en la documentación inicial