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informacion sobre circuitos electronicos basados en diodos y transistores
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LÓGICA CON DIODOS Los primeros circuitos Lógicos se construyeron usando Diodos, pero no eran integrados. El funcionamiento era el siguiente: Si Vi = V(0) ⇒ D ON Entonces Vo = Vγ + V(0) Si Vi = V(1) ⇒ D OFF Entonces Vo = VCC R2 / (R1 + R2) Con más entradas: Si V1 = V2 = V3 = V(1) ⇒ D OFF Entonces Vo = VCC R2 / (R1 + R2) Si alguna entrada es V(0) ⇒ D ON Entonces Vo = Vγ + V(0) ⇒ 0 Lógico Estamos ante una operación AND Si “damos la vuelta” a los diodos la función que se realiza es una OR. Si Vi = V(0) ⇒ D OFF y Vo = 0 Si Vi = V(1) ⇒ D ON y Vo = V(1) - Vγ Si V1 = V2 = V3 = V(0) ⇒ D OFF Entonces Vo = 0 Si alguna entrada es V(1) ⇒ D ON Entonces Vo = V(1) - Vγ ⇒ 1 Lógico Es una lógica NO inversora, incapaz de implementar todas las funciones.
VCC
R1
R2
Vi Vo
- VD +
VCC
R1
R2
V1
Vo V2
V3
R
Vi Vo
+ VD -
R
V1
Vo V2
V3
LÓGICA RTL INVERSOR BIPOLAR: Si: RC = 1K, RB = 10K, βF = 70, VCC = 5V; Entonces: VOH = 5V; VOL = 0.2V; VIH =1.5V; VIL = 0.7V, y los márgenes de ruido NMH = 3.5V y NML = 0.5V. Para poder realizar funciones lógicas se necesita un conjunto completo, y con esta estructura podemos construir puertas NOR. Funcionamiento: • V1= 0 y V2= 0 ⇒ T1 OFF y T2 OFF ⇒ Vo ≅ VCC • V1= VCC y V2= 0 ⇒ T1 SAT y T2 OFF ⇒ Vo = VCE(SAT)≅0.2V • V1= VCC y V2= VCC ⇒ T1 SAT y T2 SAT ⇒ Vo = VCE(SAT)≅0.2V Esta primera familia integrada cayó en desuso por lentos.
Vi Vo
VCC
RC
RB Vi
Vo
Característica de Transferencia
Vo
Vi
VOH
VOL
VIL VIH
OFF
ZAD
SAT
VCC
RC
RB V1
Vo
RB V2
Características RTL: (Valores típicos de Cat.) VCC = 3.6 V; Fan-out: 3; Tp= 12ns; VOH = 1.03V; VOL = 0.2V; VIH =0.8V; VIL = 0.65V; Pm = 12mW
LÓGICA DTL Ideada en 1962, ya en desuso. Se trata de un circuito AND de diodos y resistencias con un inversor a la salida. Caso práctico: R1 = 2K, R2 = 5K, R3 = 4K, VCC = 4V, VBB = -2V; Se comprueba que:
• Vi = V(0) ⇒ D1 ON y T OFF ⇒ Vo ≅ VCC • Vi = V(1) ⇒ D1 OFF y T SAT ⇒ Vo = VCE(SAT)≅0.2V
En 1964 aparece una modificación: Aquí T funciona entre ZAD y OFF y T entre SAT y OFF
VCC
R1
D2 Vi
Vo
- VD +
VCC
R2
R3
VBB
D3 D1
A
B
2K
D2 Vi
Vo
VCC=5V
5K
6K D1
1.75K
T1
T2
VCC=5V
NAND DTL
Características DTL: (Valores típicos de Cat.) VCC = 5 V; Fan-out: 8; Tp= 65ns; VOH = 2.6V; VOL = 0.2V; VIH =2V; VIL = 0.4V; Pm = 15mW
LÓGICA TTL Entre 1966 y 1985 la más usada. Aparece para corregir problemas de retraso en las operaciones de las DTL: § Retraso de propagación en el cambio 0-1 a la salida.
En dicha transición T2 debe pasar de saturación a corte, para ello se descarga la base a través de la resistencia de 5K.
§ El tiempo de subida es mayor que el tiempo de bajada: TLH (grande) > THL
TLH (transición de subida) (Transición de bajada) THL La Lógica TTL corrige el problema con dos etapas, Circuito de Entrada Circuito de salida En la entrada ponemos un transistor que hará la transición más rápida y en la salida se colocan dos transistores para que en ambas transiciones de salida conduzca un transistor.
Vo 6K
T2 CL I
Vo 6K
T2 CL
I
Vi T1
Vo
CL I
I
TTL BÁSICA Si Vi = V(0)
⇒ T1 ZAD o SAT ⇒ T2 CORTE ⇒ Vo ≅ VCC = V(1) Si Vi = V(1)
⇒ T1 ZAI (¡ATENCIÓN!) ⇒ T2 SAT ⇒ Vo ≅ VCE(SAT) = V(0) TTL STANDARD (NAND) Se introduce una etapa de salida denominada TOTEM-POLE. La etapa Tótem-pole hace que en la salida se den estas situaciones: § Vo = V(0) ⇒ T3 SAT y T4 OFF § Vo = V(1) ⇒ T3 OFF y T4 ZAD
Con el diodo se asegura que T4 esté en corte en la situación del cero lógico de salida
Vi T1
NAND TTL
T2
R1 R2
Vo
V1 T1
T2
R1 R3
Vo V2
R2
R4
T3
T4
4K 1.6K 130
1K
Características TTL (54/74): (Valores típicos de Cat.) VCC = 5 V; Fan-out: 10; Tp= 10ns; VOH = 3.5V; VOL = 0.2V; VIH =1.5V; VIL = 0.5V; Pm = 10mW
CARACTERÍSTICA DE TRANSFERENCIA TTL
T1 SAT ZAD SAT ZAI
T2 OFF ZAD ZAD SAT
T3 OFF OFF ZAD SAT
T4 ZAD ZAD ZAD OFF
PUERTAS EN TECNOLIGÍA TTL PUERTA AND PUERTA NOR
Vo
Vi
VOH
VOL
VIL VIH
A
B F=A⋅B
A
B
F=A+B
ETAPAS DE SALIDA TTL Frente a capacidad de interconexión de distintas salidas en las familias RTL y DTL, la TTL presenta un gran inconveniente. La etapa de salida de una RTL o una DTL consiste básicamente en un transistor y una R, esto permite conectar la salida de dos puertas sin degradación de estados: Con salida 00 ⇒ T1 SAT y T2 SAT ⇒ Vo = V(0) Con salida 01 (10) ⇒ T1 SAT y T2 OFF ⇒ Vo = V(0) Con salida 11 ⇒ T1 OFF y T2 OFF ⇒ Vo = V(1) La operación lógica que realiza es una AND. A esto se le denomina cableado lógico y ahorra un considerable número de puertas. En la standard TTL no es posible hacerlo, se proponen dos soluciones: COLECTOR ABIERTO: Se prescinde del Totem-pole, perdiendo sus ventajas. Hay que usar una resistencia entre VCC y la unión de los Colectores. PUERTA TRI-ESTADO: Para aprovechar las ventajas de la etapa Totem-pole, se introduce una señal de control de manera que inhiba el funcionamiento de la puerta: Si E=V(1) no funciona. Si E=V(0) toda la corriente fluye por el nuevo diodo y corta los transistores de Salida.
Vo 6K
T1
6K
T2
V1 T1
T2
R1 R3
Vo V2
R2
R4
T3
T4
1K
E
LÓGICA ECL Son los circuitos Lógicos Bipolares más rápidos debido a:
§ Los transistores no se saturan § Existe poca diferencia entre los niveles lógicos de tensión
ESTRUCTURA BÁSICA DE UNA PUERTA ECL Operación lógica: Si alguna entrada i está a nivel alto:
Vi > VR ⇒ Ti ON y T2 OFF ⇒ Vo1 = V(0) y Vo2 = V(1). Si todas las entradas están a nivel bajo: Vi < VR ⇒ Ti OFF y T2 ON ⇒ Vo1 = V(1) y Vo2 = V(0). En la salida Vo1 se realiza la operación NOR y en la Vo2 la operación OR. La operación lógica se fundamenta en la conmutación de intensidad entre ambos lados del par diferencial.
V1 T1 T2
RC1
Vo2
VN
IEE
RC2
Vo1
VR
-VEE
VCC
IE1 IE2
IEE/2
IEE
-4VT Vi -VR 4VT 0
IE1 IE2
Par Diferencial (Conmutador de
Corriente)
FORMACIÓN DE UNA PUERTA BÁSICA En la estructura general se precisan 3 fuentes de Suministro de energía (VCC, VEE y VR). Lo interesante es tener una sola VEE(-5.2V).
1. En lugar de conectar a VCC conectamos a Tierra. 2. Sustiruyendo VR por un circuito que proporcione ese valor a partir
de VEE. Así mismo la fuente de intensidad IEE puede construirse de la forma más simple con una resistencia. (se pueden usar soluciones mejores). Para terminar, a la estructura básica se le añade un circuito desplazador de nivel, para asegurar el funcionamiento de los transistores en el par diferencial.
Vi T1 T2
R1
V’02
R2
V’01
VR
-VEE
GND
220 245
R3 779
R4 50K
VE
T6
-VEE
R 50
V’02
V02
T4 D1
R7
-VEE
907K
R8 4.98K
R6 6.1K
D2
VR
PUERTA BÁSICA OR-NOR ECL (10K) Para resolver los problemas de la ECL (10K) aparece una serie ECL más rápida, con aproximadamente los mismos valores lógicos, pero con un mayor consumo de potencia. Para conectar dispositivos basados en ECL con dispositivos basados en TTL se usan Circuitos Transductores (convierten un valor eléctrico en otro).
Características ECL (10K): (Valores típicos de Cat.) VEE = -5.2 V; Fan-out: 10; Tp= 2ns; VOH = -0.9V; VOL = -1.74V; VIH =-1.22V; VIL = -1.42V; Pm = 24mW
Problemas de ECL (10K): Variación con la Temperatura
VR ↔ 1.1 mV/ºC VO(0) ↔ 0.6 mV/ºC VO(1) ↔ 1.5 mV/ºC
Serie ECL (100K): Valores típicos VEE = -4.5 V; Tp= 0.75 ns; Pm = 40 mW;
Serie ECL (100K): Variación con la Temperatura
VR ↔ 0.1 mV/ºC VO(0) ↔ 0.1 mV/ºC VO(1) ↔ 0.1 mV/ºC
Vi Vo Transductor ECL-TTL
VA T1 T2
R1 R2
-VEE
GND
R3 R4
T6
R6
T4 D1
R7
R8
D2 VR
OR
NOR
VB
R5
T5 T3
OTRAS LÓGICAS BIPOLARES LÓGICA HTL (LÓGICA DE UMBRAL ELEVADO) Está basada en DTL. Tiene un margen de ruido muy alto. Útil en ambientes con mucha interferencia electromagnética. D2 es un zener de 6.9 V. LÓGICA I2L (LÓGICA DE INYECCIÓN INTEGRADA) Es la opción bipolar para el caso de gran escala de integración (LSI-VLSI). Fue desarrollada por Philips e IBM en los años 70 y desplazada por el uso de tecnologías CMOS. Ahora se está usando en BiCMOS.
CIRCUITO I2L BÁSICO
12K
D2 A
Vo
VCC=15V
5K
Di
3K
T1
T2
VCC=15V
B
C1
Vi
VCC C2 C3
C1
Vi
VCC
C2 C3