Dispositivos analógicos (algunos ejemplos)

Amplificador operacional: amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.

Capacitor: almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancias. Diodo: rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión. Diodo Zener: regulación de tensiones. Inductor: adaptación de impedancias. Potenciómetro: variación de la corriente eléctrica o la tensión. Relé: apertura o cierre de circuitos mediante señales de control. Resistor o Resistencia: división de intensidad o tensión, limitación de intensidad. Transistor: amplificación, conmutación.

Dispositivos digitales

Biestable: control de sistemas secuenciales. Memoria: almacenamiento digital de datos. Microcontrolador: control de sistemas digitales. Puerta lógica: control de sistemas combinacionales.

La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de los diodos y los transistores que sirven para diseñar cómputos en el algebra con las cuales se fabrican los circuitos integrados.

La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un sistema eléctrico, la analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente del aguade superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un conductor el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero cada uno para una función especifica como la de los segundos, minutos y horas.

También podemos decir que la electrónica analógica define campos más específicos tales como:

Conducción de semiconductores. Diodos Circuitos con diodos. Transistor biopolar Etapas transistoradas. Transistores de efecto de campo. Amplificación y retroalimentación. Amplificador operacional (I).

Amplificador operacional (II). Otros sistemas amplificadores Otros sistemas analógicos Filtros activos.

DIODOS

Es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido contrario,

Funcionamiento del diodo ideal: El funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido y resistencia infinita en otro sentido.

V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA.

a. Conducción del diodo en sentido directo (diodo cerrado)

V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA.

b) Conducción del diodo en sentido inverso (diodo abierto)

Diodo de unión:

El diodo es un elemento semiconductor debido a la función de las uniones, de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. las uniones de ambas forman del diodo de unión (construido con materiales Germano y Silicio)

Tenemos que en el momento que son unidos los dos materiales, los electrones y huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión.

Disposición de huecos – electrones en la región de unión:

Existe la curva característica de operación del diodo de Unión. Existen tres regiones de conducción; a) región directa, región inversa y región de ruptura.

El diodo de unión opera en dos regiones tales:

a. región directab. región inversa.

Curva característica del diodo:

a. Condición de polarización directa. Donde Ri = [V(máx) – Vz] / [Iz (máx) + Il (min)], sustituyendo valores Ri = [(24) – 10] / [(140) + (20)] = 87,5 Q

Al considerar diversas combinaciones de V y Ri podemos determinar que la corriente del diodo permanece dentro del intervalo 14 < Iz > 140 mA, como se estableció en la teoría.

Ejercicios propuestos.

a. diseñe un regulador de voltaje, utilizando el circuito en el capitulo anterior. Suponga que el diodo Tener tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la corriente de carga esta varia 100 < IL > 200 mA, la fuente de voltaje esta en el intervalo 14V < V > 20V. Hallar Ri y valor de potencia máxima requerido del diodo Tener.

b. Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado anteriormente. Según el diodo Tener, tiene un voltaje de ruptura de Vz = 9V en la carga, la corriente de la carga esta varia 400 < IL > 800 mA, la fuente del voltaje esta en el intervalo

14v < V < 20V. Hallar Ri y valor de la potencia mínima requerida del diodo Tener.

Respuestas: a) y b)

APLICACIÓN DE LOS DIODOS

Análisis mediante la recta de la carga.

a. Circuito sencillo con un diodo, b) curva característica (Id – Vd)

Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito

E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se tiene que las variables ( Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones. Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo Tener y b) Característica V – I de un diodo tener.

Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN.

Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda junto con la polarización. Algunos diodos se diseñan para aprovechar la tensión inversa de ruptura con una curva característica mostrada anteriormente. Esto se consigue básicamente a través del control de los dopados con ellos se

logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W.

La curva característica de un diodo Zener, teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque la filosofía de empleo es la distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus terminales (tensión zener, Vz).

Una aplicación muy usual es la estabilización de tensión. Los parámetros comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) = corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que el fabricante nos da los valores de Vz e Iz (máx) en valor absoluto.

Al resolver un problema, no hay que olvidar que los valores son negativos con el criterio de signos establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin embargo el zener actúa en los tres estados.

Conducción directa (Diodo normal). Conducción inversa (Diodo normal) Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz = Cte e Iz (máx)

esta entre 0 y Iz (máx).

CIRCUITO CON DIODO ZENER

Anteriormente vimos que el voltaje de ruptura de un diodo Zener era casi constante sobre un amplio intervalo de corrientes de polarización inversa. Esto hace que el diodo zener se utiliza en un circuito regulador de voltaje o en un circuito de referencia de voltaje, en esta parte trataremos un circuito de referencia de voltaje ideal.

Circuito de referencia de voltaje ideal:

Este es el voltaje de salida, debe permanecer cantante, incluso cuando la resistencia de carga de salida varíe en un intervalo bastante amplio y cuando el voltaje de entrada varíe en un intervalo especifico. Un circuito de voltaje con diodo Zener.

Para determinar la resistencia de entrada (Ri) se considera (Ri limita la corriente a través del diodo Zener y disminuye el voltaje V). Podemos escribir: Ri = (V –Vz) / (Iz – IL); despejando I = (Iz + IL). Se asume resistencia Zener es cero del diodo ideal. Iz = V – Vz / Ri) – IL. Donde IL = Vz / Rl y las variables son la fuente de voltaje de entrada V y la corriente de carga IL. Para la operación apropiada de este circuito, el diodo debe permanecer en la región

de ruptura y la disposición de potencia en el diodo no debe exceder y su valor nominal.

En otras palabras.

La corriente en el diodo es mínima, Iz (min) cuando la corriente de carga es máxima, IL (máx) y el voltaje de la fuente es mínima, V (min).}

La corriente en el diodo es máxima, Iz (máx), cuando la corriente de carga es mínima, Iz (min) y el voltaje de la fuente es máxima, v (máx). luego se obtiene:

Ri = [V (min) - Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]

Ri = [V (máx) - Vz] / [Iz (máx) + IL (min)]

Igualando estas dos ecuaciones se obtiene

[V (min) - Vz] x [Iz (máx) + IL (min)] = [V (máx) - Vz] / [Iz (min) + IL (máx)]

Como existen dos incógnitas Iz (min), empleando la ecuación siguiente:

Iz (máx) = (IL (máx) x [V(máx) – Vz)] – IL(min)x [V (min) – 0,9 Vz – 0,1 V (máx). ejemplo:

Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de 100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del diodo Zener.

Solución:

La corriente de carga máxima y minima son:

IL (máx) = Vz / RL (min) = 10 v / 100 = 100 mA

IL (min) = Vz / RL (máx) = 10 v / 150 = 20 mA

Empleando la ecuación de la Iz (máx) se tiene:

Iz (máx) = (IL (máx)x [V(máx) – (Vz)] – IL(min)x[V(min) – Vz) / V(min) – 0,9Vz -0,1v (máx). sustituyendo los valores:

Iz (máx) = (100)x [V(24) – (10)] (20)x[(20) – 0,9 (10)- 0,1(24)] = 140mA

La máxima disipación de potencia en el diodo Zener es:

Pz (máx) = Iz (máx). Vz = (0.14). (10) = 1.4W

Luego de las ecuaciones siguientes se escoge cualquiera de las dos:

Ri = [V (min) – Vz] / [Iz(min) + IL(máx)]

Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz(máx) + IL(min)]

Ejemplo: Sea el circuito sujetador que incluye una fuente de voltaje independiente Vb con un diodo. Hallar la forma de onda de la salida.

Solución:

En este circuito suponemos por simplicidad que Vd = 0v (ideal) la salida está desplazada de nivel en Vb. Se muestra una señal de entrada Vi (t) de onda cuadrada y de la señal resultante del voltaje de salida Vo. Cuando la polaridad de Vb es como se muestra, la salida se desplaza en una dirección negativa del voltaje.

a. Circuito y b) Señal de entrada y salida de onda cuadrada.

TRANSITOR EN CORRIENTE CONTINUA

El Transistor de unión bipolar (BJT): Se inicia con una descripción de la estructura básica del transistor y con una descripción cualitativa de su operación. Para su descripción se utilizará los conceptos básicos de las uniones PN de los diodos. El transistor bipolar (BJT) esta formada por tres regiones dopadas separadamente.

Tipos de transistores: existen dos tipos de transistores el NPN y el PNP.

ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR

Funcionamiento:

Un transistor sin polarizar es igual a los diodos contrapuestos, cada uno tiene una barrera, donde las tres regiones y sus terminales se demoniza emisor (E), base (B) y colector (C), el flujo de electrones, se obtienen corrientes a través de las diferentes partes del transistor.

Electrones del emisor:

Aquí se muestra un transistor polarizado, los signos menos representan electrones libres. El emisor esta fuertemente dopado su función consiste emitir o inyectar electrones libres a la base. La base ligeramente dopada deja pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones inyectados por el emisor. El colector se

llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base emisor. El colector se llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base.

Electrones en la base:

En el instante en que la polarización directa se aplica al diodo emisor. Los electrones del emisor no han entrado en la zona de la base.

TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO (FET)

Un transistor de unión bipolar (BJT), es un dispositivo controlado por corriente en el que participan tanto la corriente de electrones como la corriente de huecos. El transistor de efecto de campo (FET); es un dispositivo unipolar, opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea con corriente de electrones en un FET de canal N o con corriente de huecos en un FET de canal P. ambos tipos de FET se controlan por una tensión entre la compuerta y la fuente.

Los dispositivos BJT o los FET pueden emplearse para operar un circuito amplificador (o en otros circuitos electrónicos similares). Con consideraciones de polarización diferentes.

Características:

1. Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M).

2. No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza Conmutador (Interruptor).

3. Hasta cierto punto inmune a la radiación.4. Es menos ruidoso.5. Puede operarse para proporcionar una mayor

estabilidad térmica.

EL TRANSISTOR A BAJA FRECUENCIA

Para explicar el transistor a baja frecuencia tendremos que explicar lo que es Cuadripolo. Este es un circuito que se comunica con el mundo exterior solo a través de los puertos de entrada (IN) y salida (OUT).

Las ecuaciones del cuadripolo viene dada en:

V1 = H11I1 + H12V2

I2 = H21I1 + H22V2

Donde V1 y I2, son variables dependientes, mientras que I2 Y V2 son variables independientes. Los valores de h11, h12, h21 y h22 se llaman parámetros híbridos (h), porque no tiene dimensiones homogénicas.

Modelo hibrido del transistor:

Para llegar al modelo lineal en corriente alterna pura de un transistor o de su circuito equivalente, vamos a suponer básicamente que las variaciones alrededor del punto de trabajo son pequeñas.

Polarización de los JET y MOSFET:

Considerando un amplificador en la configuración fuente – común (FC). Los métodos de polarización son similares para los MOSFET.

Operación en AC del FET:

El circuito equivalente en AC del FET. Ahora puede emplearse en el análisis de diversas configuraciones de amplificadores FET con respecto a la ganancia de voltaje y las resistencias de entradas y salidas. El voltaje de salida en AC es:

Como Vi = la ganancia de voltaje del circuito es:

La impedancia en AC vista hacia el amplificador es:

Y la impedancia en AC vista desde la carga hacia la Terminal de salida del amplificador es:

Características de transferencia:

Es una curva de corriente de drenaje, como función del voltaje de compuerta – fuerte, para un valor constante del voltaje Drenaje – Fuerte. La característica de transferencia puede observarse directamente sobre un trazo de curvas, obtenida de la medición de la operación del dispositivo, dibujada en la característica de drenaje.

TRANSITORES EFECTOS DE CAMPO

Tipos de Fet:

Los FET (Transistor de efecto de campo), JFET (Transistor de efecto de campo de unión) de vaciamiento. MOSFET (Transistor de efecto de campo oxido semiconductor) de vaciamiento. Pueden emplearse para amplificar señales pequeñas, variables en el tiempo. Al comparar el FET con el BJT se aprecia que el drenaje (D) es análogo al colector, tanto que la fuente (S) es análoga al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G) es análogo a la base.

Configuraciones:

Así como existen las configuraciones del BJT, lo existen para los JFET.

(FC) Fuente común. (GC) Compuerta común. (DC) Drenaje común

AMPLIFICADORES EN GENERAL, REALIMENTACIÓN OPERACIONAL I Y II

Un sistema amplificador consiste en un transductor recolector de señales; seguido por un amplificador de señal pequeña, un amplificador de señal grande y un dispositivo transductor de salida. La señal del transductor de entrada es, por lo general, pequeña y debe amplificarse lo suficiente de manera que se pueda utilizar para operar un dispositivo de salud.

Los amplificadores de voltaje proporcionan una señal de voltaje lo bastante grande para las etapas amplificadoras de señal grande a fin de operar esos dispositivos de salida como altavoces y motores.

Un amplificador de señal grande debe operar en forma eficiente y ser capaz de manejar grandes cantidades de potencia (en watios).

Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo con el porcentaje de tiempo que la corriente de colector es diferente de cero.

Existen cuatro clasificaciones principales: Clase A, Clase B, Clase AB, Clase C. en este modulo se analiza los dos primeros.

Operación en Clase A:

Fue considerado al inicio de los transistores (BJT), donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de entrada. La corriente de colector es distinta de cero todo el tiempo. Esta clase es ineficiente, porque sin señal de entrada, existe uno que es diferente de cero y el transistor disipa potencia en condiciones estática o de reposo.

Circuitos amplificadores de potencia en Clase A:

En general los circuitos amplificadores de potencia contienen transistores capaces de manejar alta potencia. Estos operan normalmente a tensiones mayores que los transistores de baja potencia y, por tanto requieren a menudo una fuente de tensión separada.

Por ejemplo las tensiones de los transistores de potencia pueden exceder los 450 V. las capacidades de corriente son elevadas con frecuencia superiores a 10ª de corriente continua (DC). Como estos transistores necesitan disipar potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los transistores de baja potencia y pueden incluir circuitos de protección para limitar la corriente. También se considera en forma adicional la disipación de calor que se produce durante la operación.

Electrónica digital

Medida de parámetros de las puertas lógicas   1.- Monta el siguiente circuito:

2.- utilizando el polímetro y midiendo tanto la entrada como la salida determina los umbrales de entrada y salida, vas subiendo la tensión en la entrada desde 0V, y cuando cambie de estado, lo rellenas en la casilla (¿VIHmin o VILmax?) medida, ahora ves bajando la entrada desde 5V, cuando cambie de valor, rellenalo en la casilla (¿VIHmin o VILmax?) medida busca estos valores en el Databook del CI o en el libro de teoria, y rellena el resto de la tabla

  Medidas Databook

VILmax    

VIHmin    

VOLmax No  

VOHmin No  

Familia lógica y numeración =

3.- Tiempo de propagación. monta el siguiente esquema:

compara con el osciloscopio las dos señales y calcula el tiempo de propagación, busca en el Databook ese valor y rellena la tabla:

  medida databook

tp    

4.- ¿Cuales son tus conclusiones?¿Por qué no coinciden los valores medidos y el databook?¿es correcto el método de medición?¿por qué no se han rellenado los VO medidos?

.Circuitos Aritméticos

1.- Diseña y realiza un sumador-restador de 4 bits según las siguientes instrucciones a) La resta debe de realizarse en C1 b) existe una entrada P que determina si se realiza una resta o una suma P=0 suma P=1 resta

c)Utilizar el 7486 y el 7483

Enseña el diseño, y móntalo en el ordenador (imprime el circuito), o en el taller.

2.- Realiza la suma de también dos palabras de 4 bits con el sumador completo en ordenador, imprime el resultado

Qué es Electrónica Digital...?

Obviamente es una ciencia que estudia las señales eléctricas, pero en este caso son señales discretas, es decir, están bien identificadas, razón por la cual a un determinado nivel de tensión se lo llama estado alto (High) o Uno lógico; y a otro, estado bajo (Low) o Cero lógico.

Suponte que las señales eléctricas con que trabaja un sistema digital son 0V y 5V. Es obvio que 5V será el estado alto o uno lógico, pero bueno, habrá que tener en cuenta que existe la Lógica Positiva y la Lógica Negativa, veamos cada una de ellas.

.: Lógica Positiva

En esta notación al 1 lógico le corresponde el nivel más alto de tensión (positivo, si quieres llamarlo así) y al 0 lógico el nivel mas bajo (que bien podría ser negativo), pero que ocurre cuando la señal no está bien definida...?. Entonces habrá que conocer cuales son los límites para cada tipo de señal (conocido como tensión de histéresis), en este gráfico se puede ver con mayor claridad cada estado lógico y su nivel de tensión.

.: Lógica Negativa

Aquí ocurre todo lo contrario, es decir, se representa al estado "1" con los niveles más bajos de tensión y al "0" con los niveles más altos.

Por lo general se suele trabajar con lógica positiva, y así lo haremos en este tutorial, la forma más sencilla de representar estos estados es como se puede ver en el siguiente gráfico.

De ahora en más ya sabrás a que nos referimos con estados lógicos 1 y 0, de todos modos no viene nada mal saber un poco más... ;-)

.: Compuertas Lógicas

Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos mencionados en la página anterior y funcionan igual que una calculadora, de un lado ingresas los datos, ésta realiza una operación, y finalmente, te muestra el resultado.

Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación lógica) se corresponde con una tabla, llamada Tabla de Verdad, vamos con la primera...

.: Compuerta NOT

Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a a invertida

.: Compuerta AND

Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.*Observa que su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto*

.: Compuerta OR

Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas... Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, el tema es que se trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b*Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1*

.: Compuerta OR-EX o XOR

Es OR EXclusiva en este caso con dos entradas (puede tener mas, claro...!) y lo que hará con ellas será una suma lógica entre a por b invertida y a invertida por b.*Al ser O Exclusiva su salida será 1 si una y sólo una de sus entradas es 1*

Estas serían básicamente las compuertas mas sencillas. Es momento de complicar esto un poco más...

.: Circuitos Integrados y Circuito de Prueba.

Existen varias familias de Circuitos integrados, pero sólo mencionaré dos, los más comunes, que son los TTL y CMOS:

Estos Integrados los puedes caracterizar por el número que corresponde a cada familia según su composición. Por ejemplo;

Los TTL se corresponden con la serie 5400, 7400, 74LSXX, 74HCXX, 74HCTXX etc. algunos 3000 y 9000.

Los C-MOS y MOS se corresponde con la serie CD4000, CD4500, MC14000, 54C00 ó 74C00. en fin...

La pregunta de rigor... Cual es la diferencia entre uno y otro...?, veamos... yo comencé con los C-MOS, ya que disponía del manual de estos integrados, lo bueno es que el máximo nivel de tensión soportado llega en algunos casos a +15V, (especial para torpes...!!!), mientras que para los TTL el nivel superior de tensión alcanza en algunos casos a los +12V aproximadamente, pero claro estos son límites extremos, lo común en estos últimos es utilizar +5V y así son felices.

Otra característica es la velocidad de transmisión de datos, resulta ser, que los circuitos TTL son mas rápidos que los C-MOS, por eso su mayor uso en sistemas de computación.

Suficiente... de todos modos es importante que busques la hoja de datos o datasheet del integrado en cuestión, distribuido de forma gratuita por cada fabricante y disponible en Internet... donde más...?

Veamos lo que encontramos en uno de ellos; en este caso un Circuito integrado 74LS08, un TTL, es una cuádruple compuerta AND. Es importante que notes el sentido en que están numerados los pines y esto es general, para todo tipo de integrado...

Comenzaremos con este integrado para verificar el comportamiento de las compuertas vistas anteriormente. El representado en el gráfico marca una de las compuertas que será puesta a prueba, para ello utilizaremos un fuente regulada de +5V, un LED una resistencia de 220 ohm, y por supuesto el IC que corresponda y la placa de prueba.

El esquema es el siguiente...

En el esquema está marcada la compuerta, como 1 de 4 disponibles en el Integrado 74LS08, los extremos a y b son las entradas que deberás llevar a un 1 lógico (+5V) ó 0 lógico (GND), el resultado en la salida s de la compuerta se verá reflejado en el LED, LED encendido (1 lógico) y LED apagado (0 lógico), no olvides conectar los terminales de alimentación que en este caso son el pin 7 a GND y el 14 a +5V. Montado en la placa de prueba te quedaría algo así...

Esto es a modo de ejemplo, Sólo debes reemplazar IC1, que es el Circuito Integrado que está a prueba para verificar su tabla de verdad.

.: Un poco de Leyes.

Antes de seguir... Lo primero y más importante es que trates de interpretar la forma en que realizan sus operaciones cada compuerta lógica, ya que a partir de ahora las lecciones se complican un poco más. Practica y verifica cada una de las tablas de verdad.

.: Leyes de De Morgan

Se trata simplemente de una combinación de compuertas, de tal modo de encontrar una equivalencia entre ellas, esto viene a consecuencia de que en algunos casos no dispones del integrado que necesitas, pero si de otros que podrían producir los mismos resultados que estas buscando.

Para interpretar mejor lo que viene, considera a las señales de entrada como variables y al resultado como una función entre ellas. El símbolo de negación (operador NOT) lo representaré por "~", por ejemplo: a . ~ b significa a AND NOTb, se entendió...?

.: 1º Ley:

El producto lógico negado de varias variables lógicas es igual a la suma lógica de cada una de dichas variables negadas. Si tomamos un ejemplo para 3 variables tendríamos..

~ (a.b.c) = ~a + ~b + ~c

El primer miembro de esta ecuación equivale a una compuerta NAND de 3 entradas, representada en el siguiente gráfico y con su respectiva tabla de verdad.

El segundo miembro de la ecuación se lo puede obtener de dos formas...

Fíjate que la tabla de verdad es la misma, ya que los resultados obtenidos son iguales. Acabamos de verificar la primera ley.

.: 2º Ley:

La suma lógica negada de varias variables lógicas es igual al producto de cada una de dichas variables negadas...

~ (a + b + c) = ~a . ~b . ~c

El primer miembro de esta ecuación equivale a una compuerta NOR de 3 entradas y la representamos con su tabla de verdad...

El segundo miembro de la ecuación se lo puede obtener de diferentes forma, aquí cité solo dos...

Nuevamente... Observa que la tabla de verdad es la misma que para el primer miembro en el gráfico anterior. Acabamos así de verificar la segunda ley de De Morgan.

Para concluir... Con estas dos leyes puedes llegar a una gran variedad de conclusiones, por ejemplo...

Para obtener una compuerta AND puedes utilizar una compuerta NOR con sus entradas negadas, o sea...

a . b = ~( ~a + ~b)

Para obtener una compuerta OR puedes utilizar una compuerta NAND con sus entradas negadas, es decir...

a + b =~( ~a . ~b)

Para obtener una compuerta NAND utiliza una compuerta OR con sus dos entradas negadas, como indica la primera ley de De Morgan...

~ (a.b) = ~a + ~b

Para obtener una compuerta NOR utiliza una compuerta AND con sus entradas negadas, ...eso dice la 2º ley de De Morgan, así que... habrá que obedecer...

~(a + b) = ~a . ~b

La compuerta OR-EX tiene la particularidad de entregar un nivel alto cuando una y sólo una de sus entradas se encuentra en nivel alto. Si bien su función se puede representar como sigue...

s = a . ~b + ~a . b

te puedes dar cuenta que esta ecuación te indica las compuertas a utilizar, y terminarás en esto...

Para obtener una compuerta NOR-EX agregas una compuerta NOT a la salida de la compuerta OR-EX vista anteriormente y ya la tendrás. Recuerda que su función es...

s = ~(a . ~b + ~a . b)

Para obtener Inversores (NOT) puedes hacer uso de compuertas NOR o compuertas NAND, simplemente uniendo sus entradas.

.: Osciladores, Multivibradores o Circuitos Astables - Parte I.

Volví...!!!, esta vez prepara tu placa de pruebas y unos cuantos integrados, que lo que viene será todo práctica... Seguramente te llama la atención el nombre Astable. Bien... lo explicaré brevemente...

Existen tres circuitos clasificados según la forma en que retienen o memorizan el estado que adoptan sus salidas, estos son...

.: Circuitos Biestables o Flip-Flop (FF):Son aquellos que cambian de estado cada vez que reciben una señal de entrada (ya sea nivel bajo o alto), es decir retienen el dato de salida aunque desaparezca el de entrada.Conclusión: Poseen dos estados estables

.: Circuitos Monoestables:Estos circuitos cambian de estado sólo si se mantiene la señal de entrada (nivel alto o bajo), si ésta se quita, la salida regresa a su estado anterior.Conclusión: Poseen un sólo estado estable y otro metaestables

.: Circuitos Astables o Aestables:Son circuitos gobernados por una red de tiempo R-C (Resistencia-Capacitor) y un circuito de realimentación, a diferencia de los anteriores se puede decir que no poseen un estado estable sino dos metaestables

Y a estos últimos nos dedicaremos ahora, los otros dos los trataremos en las próximas lecciones...

De todos los circuitos astables el más conocido es el que se construye con un integrado NE555, el cual ya vimos como hacerlo tiempo atrás (en nuestro tutorial de electrónica básica). La idea es que veas todas las posibilidades que te brindan las compuertas lógicas y ésta es una de ellas, considerando que en muchos circuitos o diseños quedan compuertas libres (sin ser utilizadas) vamos a aprovecharlas para armar circuitos astables, timer's o temporizadores, o yo que se, como le quieras llamar.

Comencemos...

.: Oscilador Simétrico con compuertas NOT

Fue el primero que se me ocurrió y utiliza dos inversores o compuertas NOT.

Descripción:

Suponte que en determinado momento la salida del inversor B está a nivel "1", entonces su entrada esta a "0", y la entrada del inversor "A" a nivel "1". En esas condiciones C se carga a través de R, y los inversores permanecen en ese estado.

Cuando el capacitor alcanza su carga máxima, se produce la conmutación del inversor "A". Su entrada pasa a "0", su salida a "1" y la salida del inversor "B" a "0", se invierte la polaridad del capacitor y este se descarga, mientras tanto los inversores permanecen sin cambio, una vez descargado, la entrada del inversor "A" pasa nuevamente a "1", y comienza un nuevo ciclo.

Este oscilador es simétrico ya que el tiempo que dura el nivel alto es igual al que permanece en nivel bajo, este tiempo esta dado por T = 2,5 R C

T expresado en segundosR en OhmsC en Faradios

Creo yo que fue fácil y sencillo hacerlo, ahora bien, si recordamos aquello de las leyes de De Morgan sabrás que uniendo las entradas de compuertas NAND o compuertas NOR obtienes la misma función que los inversores o compuertas NOT, esto me lleva a las siguientes conclusiones

.: FLIP FLOP BÁSICO RS

Se puede construir uno fácilmente utilizando dos compuertas NAND o NOR conectadas de tal forma de realimentar la entrada de una con la salida de la otra, quedando libre una entrada de cada compuerta, las cuales serán utilizadas para control Set y Reset...

Las resistencias R1 y R2 utilizadas en ambos casos son de 10k y las puse solamente para evitar estados indeterminados, observa el circuito con compuertas NOR... Un nivel alto aplicado en Set, hace que la salida negada ~Q sea 0 debido a la tabla de verdad de la compuerta NOR, al realimentar la entrada de la segunda compuerta y estando la otra a masa, la salida normal Q será 1. Ahora bien, esta señal realimenta la primer compuerta, por lo tanto no importan los rebotes, y el FF se mantendrá en este estado hasta que le des un pulso positivo a la entrada Reset

Conclusión: El biestable posee dos entradas Set y Reset que trabajan con un mismo nivel de señal, provee dos salidas, una salida normal Q que refleja la señal de entrada Set y otra ~Q que es el complemento de la anterior.

Si comparas los dos flip-flop representados en el gráfico, verás que sólo difieren en los niveles de señal que se utilizan, debido a la tabla de verdad que le corresponde a cada tipo de compuerta.

.: FLIP FLOP RS - Controlado por un pulso de reloj:

En este caso voy a utilizar el ejemplo de las compuertas NAND, pero le agregaremos dos compuertas mas, y uniremos la entrada de cada una a una señal de Reloj...

Lo dicho mas arriba, necesitamos un generador de pulsos (Astable) para conectarlo en la entrada Clock, una vez lo tenemos pasamos a interpretar el circuito...

Si pones un 0 en Set y la entrada Clock está a 1 ocurrirá todo lo que se describe en el esquema anterior, veamos que ocurre cuando Clock pasa a 0...

Sorpresaaaaaaaaa...!!!, el FF se mantiene sin cambios en Q y ~Q. Fíjate que ahora no importa el estado de Set y Reset, esto se debe a su tabla de verdad (basta que una de sus entradas sea 0 para que su salida sea 1) por lo tanto Set y Reset quedan inhabilitadas.

Es decir que se leerán los niveles de Set y Reset sólo cuando la entrada Clock sea 1.

NOTA 1: El primer circuito que vimos (Flip-Flop simple) es llamado Flip-Flop Asíncrono ya que puede cambiar el estados de sus salidas en cualquier momento, y sólo depende de las entradas Set y Reset.

NOTA 2: El segundo circuito es controlado por una entrada Clock y es llamado Flip-Flop Síncrono ya que el cambio de estado de sus salidas esta sincronizado por un pulso de reloj que realiza la lectura de las entradas en un determinado instante.

Antes de continuar quiero mostrarte algo muy interesante, no es la única forma de obtener un Flip-Flop, observa esto...

.: FLIP FLOP D:

En este circuito no existe la posibilidad de que las dos entradas estén a nivel alto, ya que posee un inversor entre una y otra, de tal modo que R = ~S, observa el siguiente gráfico, aquí se supone la entrada Dato a nivel 0...

Veamos que ocurre cuando la entrada Dato, pasa a 1 y CK cambia de estado pasando también a 1, según como se van transmitiendo los datos por las compuertas resulta Q=1 y ~Q=0.

Para que el flip-flop retorne a su estado inicial, la entrada Dato D deberá pasar a 0 y sólo se transferirá a la salida si Ck es 1. Nuevamente se repite el caso que para leer el datos debe ser ck=1.

En forma general se representa el filp-flop D con el siguiente símbolo

.: FLIP FLOP Master-Slave:

Se trata de un arreglo de dos FF independientes. El primero actúa como Master y el otro como Slave. Con la diferencia de que en este caso las entradas Set y Reset son realimentadas por las salidas Q y ~Q respectivamente, quedando libre únicamente la entrada CK.

Ya se, será complicado de analizar, pero lo haremos fácil, veamos...

Considerando CK=0, será la salida Q=0 y ~Q=1, al momento del cambio de nivel de CK (CK=1), sólo cambiaran las salidas del primer flip-flop (Master) sin afectar las salidas Q y ~Q.

Ahora bien, cuando CK regrese a su estado inicial (CK=0) el Slave conmutará las

salidas Q y ~Q quedando Q=1 y ~Q=0. Al cambiar de estado CK (CK=1) las salidas no serán afectadas. Esto se puede resumir en una pequeña tabla de verdad, como ésta...

Bueno, le agregué una fila más, por si preguntas ;-)

A este tipo de Flip-flop, se le a dado la posibilidad de preestablecer el estado de sus salidas, adicionándole dos entradas más, Preset (Pr) y Clear (Clr), que vendrían a ser algo así como Set y Reset respectivamente, pero claro, hay que advertir que se debe evitar la situación Pr=Clr=0

También tiene una forma de representación simbólica...

Y aún queda más, el flip-flop JK, así que vamos por él...