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Especificaciones ycompuertas de
colecüor abierto
LISTA DE TERMINOS
lógica üransisLor-EnansisEon fffllsubfamitia Schoutky (S)subfamilia Schob[ky de bajo con-
sumo de pouencia (LS)subfamilia Schotuky avanzada (ASlFAST (F)
mebal-óxido semiconducbonconrplemenüario TCMOS)
CMOS avanzaclo (ACJCMOS avanzado compauíble con
TTL (ACT]lógica de emisor-es acoplados (ECL)
OBJETIVOS
subfamilía de bajo consumo depobencia [L)
subfamilia Schot[ky avanzadade bajo consumo de pocenciaIALS]
colecbor abienboCMOS de alba velocidadCMOS de alba velocídad
uible con TTL
lLtnr\ | | (JJ
compa-
lógica ds emisores acoplados(ECL]
Eecnología de moncaje desupenficie tSMTI
* Al término cie este capítuio el lector debe ser capaz de:
i' iclcntllicar CI TTL con cspeclficaclones comerclaies y mllitar.cs.2. Dcfi.rr los parámetros cre TTL y encontrar sus varores en *nmantral de especlflcaclones.3' Deflnlr y calcular el factor de carga máxima de ia salida (fan-out)y el margen de ruido" - l
4. Dsümar la frecuencra máxima de operación de trna subfamiria.5- Hacer una lista de las subfamllias tlt, de acuerdo con su^ velocidad y su consumo de potencia.6' Describir la diferencia entre las salidas en tótem y las de. colector
ablerto.u_tlllza¡ conu)ucrtas de colector ablerto en aptlcaclones.Identiflca¡ CI CMOS.Deflnir los parámetros cle cMos y encontrar sus valores en unmanual de especificaciones.Idenüficar la serie de cI cMos z4){X.y comenta¡ suscaracterÍsticas.
I 1. Hacer la interconexión entre fam[ias lógicas.L2. Identifica¡ las series de cl EcL lOK y tdoK, y describir sus
características.13. Descrlbir ios encapsulados de cl para montaje de superficie"
7.8.o
10.
254 Especificaciones y compueruas de colecüon abier co
6"1 SUBFAMILIAS TTL
Una fa¡llilia de CI digitalcs de uso nruy cotnún y cle fácil aclqtrislción es la dclógica transistor-translstor ('l-l'1.). I-a iclc¡ttiflcaclón dc l¿r fallllll¿r'l-l-l- schacc con los clos prtnreros dígltos del nú¡llcro de dlspositivo. Z4XXindicac¡ue el CI cum¡rlc con espccificacioncs co¡rrerciales y quc tiene un lnten,aloclc operación de o oc a 70 oc, ¡rrientras que b4)c( ¿ónóta un ci que cumplecoll toclas las cspeclficaciones nlilltarcs y que pucde trabaJar- enúe -55 .Ó y+ l25oC. [¿. seric 54,XX fu'altaJa cn anrbie¡rtes más severos en comparaciónco¡r la seric 74)o(. La distribución cle terminales de CI correspo¡idientes"conro el 5404 y el74O4, es la ¡rrisnra.
Cualquier letra o letras después del 54 o 74 clenotan la subfamilia del CI.I.as sr¡l:fa¡ulllas'l-l'1, so¡t llrs slgrrlc¡rtcs :
Nlrigtrna lclra'l-l'1, cslti¡lrl¿rrI^S SchotlJ<y clc ltaJo consunto dc potcnctaS SchottkyL, baJo consunro dc potencla
H !:illff ilffi:j1 de baJo consunlo de potencia
F TTI- Schottlry avanzada de Falrchild (FAST)
Los números que si$uen después cle la indicación de Ia subfamilia seña-lan la función del CI. El 54L1o es una compuerta NAND triple de tres entra-das de bajo consumo de potencia que satisface especificatfo¡e, militares.El 741-5,32 cs t¡na contptterta OR ctrádmple de dos entradas Schottky dellalo cottsunto clc potcrtcla quc cuntltle con especlflcaclones conterclales.
I-os fabricantcs garantlzan que la serle 74 puede trabajar con voltaJes clealinrentación quc varÍan cntre 4.7sv y b.2b V, y que lC serle dc cl b4 lo¡ruede hacer con voltaJes ent¡-e 4.bO V y S.bO V.
6.2 CARACTEBíSTICAS ELÉCTRICAS NE TTL
En TTT- lo usual es representar el nivel alto con un l, y el ntvel baJo con unO. Ctla¡-¡clo sc ent¡)lca rlc csta nrancra, cl slstenla sc conocc conto lógíca¡:osiliua. Si cl ¡rhrcl alto csl;i represcrrtado por O y el baJó por i, c¡rto¡ccs elsistcnra es cle lÓgicct negatíua. En este libro se utilizará la lógica posltivapara T-lL.
Le figura 6- i es la versión en español de una hoJa cle especlf icaciones delNational Semiconductor Data Book. La figura muestra las condlciones deoperaciÓn reconlendadas, las caracterÍsücas elécfulcas y de conmutaciónpara una compuerta NAND cuádnrple de dos entradas 5400 y T4OO. Estosvalores son conrLlnes para todas las compuertas TTL est¿indar.
D
i
IIt;I
fi lec;t;rónica clic¡ital 253
lista [otog¡':rfi¿t clc la titrJcta princi¡lalclc t¡¡t¿r conr¡ttrtaclora ¡rruc.st¡.¿l variosCi c¡trc pcrtcr-rcr:c¡r a l¿r strl¡[allrili¿r].1'1,conocicla (:o¡).lo IrAS'l', 741.-,\\. t¡n¿r clclas subfalnilias csttrcliaclas en estc ca-pÍtulo. Algr,rnos cle los CI so¡r compuer_t¿rs básicas; ot.¡'os sc¡-án cstucliaclos cnc;r¡lÍl rrlos ¡loslcrlor.(,s.,',(lr r;il.tlosi l)u(:-
clc iclcnlificar? Los CI cr_raclraclos grnn_cles cle la parte infc'rior- cie la fbtograliason CI par¿1 ¡'nontajc clc su¡lcr.licic, cnencapsrrlados esülo pLCC. t,os CI estánmontados sobre bases para CL Losencapsulados para moniaje cle strperfi_cle tantblón se estudlan cn e.stc caní_(r rlo.
Dc's¡lr-ris clel csttrclio clc clichas cspccilicaciones. éstas ser-á¡r conrpar.aclascon las de las sublanrilias I., S, AS, LS, F v ALS. E¡r esra rabla se consiclerane{ativ¿l la corrie¡rtc convcncional quc sale clc la compuena. y I)ositir.a iacltlc sc cliri$e hacia lat contpr.tcrta. Las uniclacles para cacla parámetro apa-rccc¡t c¡r la r.illinra collr¡rrn¿t.
?',!:itt¿t, Especificaciones y compuer[as de colecton abierro
En la tabla V,,,, voltaJc de entrada en el nlvel alto, aparece con un valornrÍni¡no de 2 V. Para quc una e¡rtrada sea reconoclda como nlvel I debetc¡rer al rnelros 2 V. lJna cntrarl:r clc nlvel I ptrcdc varlar cntrc 2 V y Vr."Vo,,. vr-rltaJc clc sallcla cn cl nlvcl nlto, llcnc un valor lni¡rl¡rro dc2.4 V. lJnasallcl¿r con ¡rlvcl I pr"rcde varlar c¡rtrc 2.4 V y Vcc.
Sl una compucrla proporclona al ntenos 2,4V para ei nivel i y la com-puerta que sigue pucde reconoccr hasta 2.O V como un 1, entonces existeuna dffcrencia de 0.4 V en los nlveles. Este margen de segr-rridad recibe elno¡rrl¡rc dc margcn dc ruldo del CI. Tal como se muestra cn la figura 6-2,una sa-lida de nivel I puede tener superpuesto un nrfclo de 0.4 v y aun asÍel CI que stgue continuará reconociendo la señal como un X.
2.4 V (Salida mfnima o.n
elnivol ,tj-
RuidoMargon do ruido(2.4V-2,0V-0.4V)
2.0 v(Entrada mínima en el nivel 1)
FIGURA 6-2 Mangen de r.uido en el nivel 1 pana TfL
En la tabla aparece V,r, rroltaJe de entrada en el nivel baJo, con un valornrádmo de o.8 v. trl voltaje más alto que un cI aceptará como un 0 es0.8 V. Una entrada de nlvel 0 pucde varlar desde 0 hasta 0.8 V. Vo,., voltaJeclc sallda cn el nlvcl baJo, aparccc con un valor nláxlmo cie O.4 V. Por lot¿rnto, la sallda cn nlvcl O ¡rucclc v¿rrlar entre 0 y 0.4 V. Sl el ntvel 0 nrásgrandc c¡ue puede l)roporclonar un CI cs 0"4 V, pero el CI que slgue puedereconocer hasta 0.8 V conro un 0, entonces exlste de nuevo un nrargen demido de 0.4 V, como se nruestra en la figura 6-3.
(),4 V (Salida máxima on
el nivel 0)-->
0.8 v(Entrada máxima en el nivel 0)
FuidoMargen de ruido(0.8v-0.4v-0.4v)
FIGURA 6-3 Margen de nuido en el nivel 0 pana TTL
l,a figura 6-4 es un resunlen del margen de ntido en TTL estándar"
I-a figura 6-5 es un resunren de los voltajes de entrada y salida de cadauna de las subfamilias.
Elecunónica digiual 255
Condlclon€s do opo¡aclón rocomendadas
Skntnlo Prrónlolro
DM5400 or¡7400
Unbtdc¡Ml¡r Nom Ml! Mln Nom M¿r
Voltato do alrrnontación 4.5 5 55 4,75 5 525
Voltaio do onlraclo on ol n¡vol a¡lo 2 2
t Voltato do ontrada on o¡ n¡voi bap 0.8 0.8
Corrlonto do sahda on ol nivol a¡to -{.4 -o.4 rnA
a Corricnto do sahda en ol nivol bao t5 r6 mA
T Tomoeratura ambionto do ocoracrón € 125 U 70 0ñ
Crr.ckrrlsllctrs olóctrlcn! a ia tomporatur¡ ánrhonlo do oporrción rocomoqJada (a monoi euo so indeuo olfa cGai
Slmbolo Prrómolro Condlclonor M¡n
Tlp(¡rou t) Mlx Un¡dádo!
voltai0 do focorto on la oñtfadl V*.Mln. l.-l2mn -1 .5
Vollaio do salida on ol ñivel alto Vc . Mln, L, . fvtáx, Vu . iláx 2.4 3,4
'¡. Voltajc do sallda on ol nivol U?to Vrc . Min, ir. - Máx, V,,, - Mfn v¿ 0.4
t,Corrionto do entrada @ Voltaie do o¡tradamax¡mo
V*.ñ4áx,Y.5.5V mA
l* Co.nento oo 0ntrada en el nrvc'l alto V- ' lrfáx, V, - 2.4V 40
l. Coniente de entrada en el n¡v€{ baio V*-lvláx,Y.0.¿V -l.O o1A
l- Corrionlo do sallda on cortoc¡rcurto V* . l,,t{x
(Nora 2l
oM54 -30 -65 rnA
oM74 -18 -65
IqCorrionlo do alimontáción @n las sáldes
en altoV- ' f"{áx ó MA
Corrienle de alimontación @n las sajidas
0n DapV- . lrláx 12 mA
CáráctorktJcas do conmutsclón coñ V- - 5V y To . 25 'C (Consulto en la Socción t las formss do orda do pruoba y la carga a la satiSa!
Paámetro CondlclorEs
Cr 15 tFFIL : ¿¡.0d.¡
Unldade3
lifn Tfp Máx
lh,, rolr¡l:io (lo profrn0ic¡órl (lol n¡vol bajo ¡ írllo on In
s.l lidat2 ?2 nt
L" retraso clo propagac¡ón doi nivel alto al bap cñ la
911¡dl!R ns
t¡ota: Todos los valoros típicos son para VÉ- 5 V, T^'25 'C.¡lotá: f'¡o debe hab€r más de una s¿lida on corloqralrto al m¡smo t¡emoo
FIGUBA 6-1 Especificaciones de una compuer"Ea NAND TTL
e56 Especificaciones y ccmpuerbas de colecton abieruo
Ejemplo: Calct¡lc cl nrargcn clc miclo dc un 54500.
Solución:
i-a flgrr¡'a 6- l ¡llucsl¡'a qr¡c \rr,,=nr¿i.xi¡llo, V.r, = 0.5 V nririnro, V,,,
Margcn dc lrido en el nivcl alto =0.5 v
2,-.t V nlÍ¡ri¡llo, {,. = 0.8 V= 2.O V ¡rrínflno.
Vo,,- V,,,= 2.5 V - 2.0 V =
2.4 V
2.0 v
O.B V
0.4 v
FIGURA 6.4
M:ir'¡¡cn clc rulclo c¡ro.3 v
Niveles de voltaje
cl nlvel ltaJo = {, -
vo, Mín
V,,tMín
VoMáx
Vo. Máx
pana lógica TIL
Vo,.= 0.8 V - O.5 \/ =
EJemplo: Dctcr¡nlnc cl rnargcn clc ruido dc trn 74AI-s0o quc funclona aq\/
Solución:
%, = 0,8 V m¿iximo, Vor= 0.5 V ntá)cimo,
V,,,= 2 V ¡ltÍ¡rl¡tro.
Margcn clc ¡r-rlclo cn cl nlvcl alto = Vor-V,,r= g- 2-2= I VMargen de mldo en el nlvel bajo = V,r- Vo, = 0.8 - 0.5 = 0.3 V
DM5400/OM7400
NAND de dos entradas TTL L.TTL L5 ALS J AS r Unidades
Mil 'ol 2.4 2.5 vu-2 2q vu-2Corn
CAI¿.,t 2.,1 ¿.1 v*- 2 ¿.t -cc ¿.J
Mtl 'ot 0..1 0.3 0.4 0,4
Com ct Q,4 0.4 0.5 U.J 0.5
Il¿ ¿ ¿ 2 2 ¿
MiiIL
0.8 0.7 u.l 0.8 u.tt U.'J
ComIL
08 0.7 0.8 u.ó u.o u.at r)a
Eleccnónica digiual 257
FIGURA 6-5 VolIir¡c:; clc crrUn¿lda y sal¡da: subf¿lmilias Tl-L
lin la flgtrra 6- I ;r¡tarccc lor., co¡'¡'lcntc clc salicl¿r cn cl nfvcl ltarJo, con urxvalor nláximo cle l6 ntA. Esta con'icntc convcncional fluvc hacia la conr-pttcl't;r, con lo clLtc sc clicc c¡trc la conrpucrta "absorbc" corrientc. Dl fabl-i-cantc garantiza c¡ttc el 74OO ¡ruede "absorber" t6 nrA clc corrlente sin c¡ue clvoitaje de salicla dci nivcl cero arlr¡'rente por cncinta cle 0.4 V. 1,,, corrientc clecntracia cn el nivel bajo, ücne un máximo clc -i.6 nrA. trsta óbrriente flr-ryealejándose cle la conrpuerta. La figura 6-6 muestra una compuerta NAND74OO qrre absorbe la corriente de otras diez compuertas, cacla una con unacol'¡'f ctrtc clc cnlracla cn cl nlvcl l>aJo dc - l.6 nrA. Sc df cc quc 1.6 nrA cs "rrn¿lcíl¡'f{íl'l-l'1, cst¿incla¡"'. Dl lat:tor (lc carga c¡r la s¿rllcla cs rtnA ¡llccllrla clcl¡lri¡rrc¡'o clc cargas (luc una corrr¡tucrta prrcclc cxcltar.
Iractor clc carga dc la sallda =lo,, de la compuerta excltaclora
Io de la compuerta excltada
Para una conlpuerta NAND que exclta otras compuertas NAND oinvcrsore.s"
Iractor cle carga cle la sajicla = I 16 ma/rt'= f6;; = lo cárÉ'1s estánclar
Cada ttna de las compuertas TTL est¿i.ndar puede excitar otras diez conl-puertas estánclar,
La figura 6-7 conüene las corrientes de entrada y salida de una com-puerta NAND de cada subfanrilid. Io, es una medida de la capacidad deexcitación de cada subfamilia. schotüy, Schottky avanzada y Fast üenen
259 Especificaciones y compuer.[as de colector. abier.Eo
los valores más altos, con 20 mA, segrridas por TTL estiindar con 16 mA,SchottJ<y de bajo consumo de potencia y Schottlry avanzada de baJo consu-nlo rlc ¡totcttcla con S nlA (4 ntA llara cllsposltlvos ¡nllltarcs), y flnalllrc¡rtc3.6 ntA ¡rara 'l-fi- dc bajo consllnlo cle potencfa (2 mA para dtsposlilr'osnrllitarcs).
16 mA
Salida cnel nivel 0
ia
I{
I
If;IFIGUBA 6-6 Facton de canoa de salida TTL
TTL L.TTL LS ALS S AS F Unidades
l.,4 -400 -¿uu -400 -400 -1 000 _¿UUU - | ut,lJ
Comercial lo 16 U I 20 20 20 rnA
Mili(ara-t
16 ¿ A ¿v 20 mA
lu, 40 10 20 20 50 20 2Q }1.\
1,, -t.o -'u. I t -iJ. Jb 4.20 -¿ -{J. JU -aJ. o rnA
Elecur'énica digiEal 259
Ejemplo: ¿Ctrántas compuertas 54ALSO0 puede excitar un S4LOO?
Solución:
I)c Ia flgtrra 6-7 sc llcnc que, para un 541,00, [",.es 2 ¡nAlnlcrrl¡'¿rs (lllc
{,_ ¡tarlr cl 54AI^SOO cs -O.2 nrA.
F¿rctor cle carga cle la salicla = '?t = ? = rclil. "2
FIGURA 6-7 cornientes de enLnada y sarida: subfamilias TTL
Ejemplo: ¿cuántas cargas estándar TTL puede manejar un s,:iLSOO?
Solución:
De la figura 6-7 sc üene que la Io, má>dma para un s4isoo esclc 4 nlA.
Factor clc carga clc la salicla = '!'' = 4 = 2.5
I r- i.G nrA a'v
Puesto que una carga de 0.5 no es una carga completa, seonritc cl o.5. Por l.a¡rto, el 54t soo ile¡re un factor dc carga dcsalida cle dos cargas TTL est¿{ndar.
Ejemplo: ¿Cuántos inversores 74ISO4 puede manejar un Z4L,SOO?
Solución:
Para un 741^S0O 1o, es 8 nlA.
Para un 741-SO4 f, es 0.36 mA.
t-" RFactor de carga de la salida = ?' =
= -- = 22.22
" Io .36mA
En consecuencia, un 74IS00 puede maneJar 22 compuertas741-504"
e6o Especificaciones y compuer-bas de colecton abier-to
FIGURA 6-8 Modo acrivo
Una conrpucrt¿r cic ctralqtricra cle las subfamllias TTL puecle nraneJar alnlcnos otras dlez compuertas dc Ia niisma subÍamilia"
P¿rra u¡l '74oo /,r,,, In co¡'¡'rcntc clc sallcla en cl nlvel alto, cs lsrral a-O.4 nlA' lil stgno ncgat,ivo lttr¡rllca c¡ue la corrlente fluyc alcJá¡closc clc lacollll)rtcrta. La conrpucrta proporciona corriente cuancio da ialicla a un l.Este grupo de conrltuertas puede absorber t6 mA cuanclo la saltda tiene elnivcl baJo, pero sólo puede proporctonar 0.4 nrA en el nlvel alto. puedeaprovccharsc cl hccho dc quc cxistc una corriente mayor en el nlvci baJo sisc hacc ttso dc ésta cn un ¡noclo activo en B¡\JO, como se muestra en lafigura 6-8. CuandoA canlbia al nivel ALTO, B lo hace al ni,¿el B,q.JO. puestoquc cl 74o4 pucdc absorber l6 mAcuando su sa]ida es un o, el LED en-clende con una luz nruy bdllante.
En la conexión dc la figura 6-9, una salicla de ntvel alto debe encencler elLIID: Sln clltllargo, cl rll¿t¡tual lncllc¿r quc la Io,, para un Z40B ilcnc rrn valor¡n¡ixl¡no <lc -Boo ¡ú. Iil LDn rcr¡trrcrc ¡nás ¿é'goo ¡rA, con lo quc cl nrvcl Ipo<lrÍa <-lcsccn<lcr ¿l tllcrlos clc 2.04 V. Con esto, la sallcia ya no seria un nlvelI lcgÍtlrtro.
Luzbrillante
IfALJ L-i
La salida de la compuortacae por debajo de unnivel 1 legftimo
FIGURA 6-9 Modo acr¡vo AL|O
D¡l la flgtrra 6- l, /r' la corrlclltc clc c¡rtracia cn el nlvcl alto tfcnc trn vAlorde 40 ¡rA para las cont¡rucrtas cstándar" truesto que una compr-rerta NANDcstá:rda¡' pucclc ¡troltorclonar 400 ¡rA cuando su saif da üene el nlvel alto.entonces puede excitar otras diez conrpuertas. El resultado anterior es com-patible con 1o a¡trcndido para señales de nivel baJo.
Cr¡rriorrlo <Jo
/ allntonlaclén con!''tt saliclas cn ALTO
(rnáxima)
s TTL AS r LS ALS L Unldn<fos
r6 B J.é ¿ .at 1,6 0,85 MA
Corrion[e de
, alimentación conIrcL salidas en BAJO
(máxima)
JO ¿¿ l't ^ 10.2 4.4 3.0 2.04 MA
Electnénica d¡gital Añ1
6.3 CORRIENTES DE AI-¡MENTAGIÚru trE TTL
i.a flgura 6- lO, clLrc cs la vcrslón cn cspañol de una hoJa de espectflcacloncsclel Natlonal Sr:¡nlco¡rclrrcto¡'l)at¡r Ilool<, Incllca el constrnlo dc con'lentc (lclstt¡rtl¡rlst¡'o dc voltÍUc por CI ¡;arir la NAND 74OO. /..n, rcprcscnla cl co¡tsuntodc corriente clc colector total cuando todas las salldas Uenen el nivel ALTO"c lrr,.es la corrientc total con todas las salidas en B.A,Jo" El cl rfl. est¿indar74OO consunic un mádnlo clc 8 ntA de la fuente de voltaJe cuando las salt-das cstán en cl nivcl ALTO, y 22 nrA nráximo con las salidas en el nivelBAJO. Un Schottky 74SOO es el que nrás corriente consume con 3G ¡nA(sallclas cn rJAJo), seguiclo por'irl-, AS, F, I^s, Ar^s y flnalmente por el741-OO dc ba¡o consunro cle potencta, con 2.04 mA.
FIGURA 6-1O Cornientes de alimenuacién: NAND cuádruple TTL de dosenIf.adas
Para calcrrla¡'la cort'lc¡rtc qr¡c neccstta pro¡rorclonar trna fr-rcn¡c clc all-nrc¡rtación a trn clrcuito, sfga cstas rcglas:
l. Calcule cl total cle las corrlentes en el pcor de los casos dc todos los CIclcl clrctrito.
2. Su¡nc ci conslllno clc corricntc cle todos ios clemás dlsposltivos, talcsconto LtrD y disposit-lvos de vlsualizactón.
3. Como rcgla a seguir, dupltqtre el total y dlseñc la fuente de alimenta-ción de acuerdo con la clfra obtenida.
6.4 CARACTERíSTIGAS DE COIU&{$T&CNéru TTL
La flgura 6- I I contiene las caractcrísücas de conmtrtaclón para compLter-tas TTL. El tr,r, (üempo dc propagación de BA.Jo a ALTo) es una nredida deitiempo necesario para que ttn canrblo cn la entrada provoque tr¡r.camblo cleBAJO a ALTo en la salJda. Tal como se muestra en la flgura 6-12. tpu, semide del momento en que la entrada alcanza 1.5 V hasta el lnstante en quela salida llega a 1.5 V en una tra¡rslción de BAJO a ALTO. Estos parámetros
e6e Especificaciones y compuerLas de colecüor" abieruo
sc nriclen co¡r las conrpucrtas concctadas a una carga equlvalente a 1Ocontptrertas de la mlsma subfaniiiia. TTL eslándar üene üD tn' mixinro de22 ¡r¡trroscgtrnclos, lnlcntras r¡trc Scirottky avanz;rda cs la nlás rá¡llrlli cclnsólo 4.Í> llanose¡4trlrrlos rlc rctl';rso.
FIGURA 6-11 Canactenísf icas deple TTL de
conmutacién máximas: NAND cuádru-dos entnadas
I
k-I ptnvon
FIGURA 6-12 Pnopagación de BAJO a ALTO pana TTL
El tpHL(tiempo de propagación de ALTO a BA,JO) es una medida del üem-po necesario para que un camblo en la entrada provoque una +,¡ansición deAI-TO;r B,A.IO cn la sallcla. Tal conro se muestra en la figtrra 6-13, cl to,,,-sc¡rtl<lc a ¡tarLlr <lcl nro¡lrcnto c¡r cluc la cntracla alcanza 1.5 V hasta cl lnslalr-tc cn quc la salida llega a 1.5 V en una translclón de AI-TO a I3AJO.
TTL esüindar tienc un t",,, nrádlno de 15 nanosegundos. Note quc TTLest¿i¡rdar sc apaga con una rapidez mayor que con la que se cnciende.Schotüy avanzada es de nuevo la subfamllla más ráplda con un t"r* má;d-mo cle 4 nanosegundos, nllentras que la TTL de baJo consumo de potenciaes la más lenta, corr Lln retraso en la propagaclón de 60 nanosegundos.
L TTL LS ALS F S AS TIEMPO
tn., 60 22 fq ll 4.5 tt)
Ini. 60 l( t5 4.3 n il¡
Eleccr"énica digical 263
Dl rc[raso en la propagación linrlta la velocidad a la que puede trabaJarel CI. Cuando cl ¡'ctraso e¡r la propagaclón se convlerte en una parte slgnt-ficat.iva clel perioclo dc la scrial apllcacia, entonces los nlveles de las salidasy la tt:rtt¡rorlz¿tclcrn .se dlstorslonan. Conro rcgla a segulr, ilmlte la frccuenclaclt: l¡t frt¡'¡lt¡t clc r.r¡lcl;r it¡tllcltcllr tlc ¡ltoclo (luc sLt pcrloclo sc¿r ¡lriig clc <!os vcccsjcl ¡'ct¡'aso clc ¡tropugaclón ¡tráxl¡nc.¡ clcl CI.
T > 2. tnr, (nráx) o
T>2.tn,,,.(máx)
dondc T es cl pcrlodo, en segundos, cle la forma de onda apllcada.
Salida fuerado faso
FIGURA 6-13 Propagación de AuO a BAJO pana TTL
f = 1. 1
" T - 2.tt,ttt.(nrr'rx)
la qr-rc sca mcnor, clondcrfcs la frccuencla de la formahertz.
de onda apllcada en
EJemplo: Esüme la frccucncia máxima que puede apllcarse a ias com_puertas NAND TTL est¿indar.
264 Especificaciones y compuentas de colecüon abienco
Solución:
En cl cálculo se hará uso de t,,,r, (nráx) ya que éste es mayor{¡uc f,,,,,- (¡ltáx),
_rrtrf=2u 'f - 2.To,r,(max) - z.zz.lO-ss
kts compuertas NAND TTL estándar deben trabaJar con frecuenciasmenores de 22.7 MHz.
EJemplo: Estlnrc la ¡:riixlnr¡r frccucncla qtrc pr.rede apllcarsc a r¡na conl-pncrl"l NAND Schotilry clc baJo consumo dc potencla"
Solución:
js2.10.10-es
s 50 MHz
EJemplo: Calcule la máxima frecuencia con la que puede trabajar unacompuerla NAND Schottky avanzada.
Soluclón:
Para cl cálculo sc uttllza ya que éste es nlayor quc tpHr.
J'=2t ru¡{máx)
- 2.4.5 . t O-es= 111 MHz
Cuando se cscoge una famllia lógica para emplearse en un clrcuito, debeco¡rslclcr:rrsc ta¡rto l;r vcloclclacl conlo cl const¡nro dc potcncla. La figura 6-l4 ¡rrcscl'tta u¡r resl¡n1en de cstas propledades.'ITI. dc baJo consunto depotencla es la que dislpa nlenos potencla, pero tamblén es la nrás lenta. Loanterior representa el compromiso cláslco de consunro confu'a veloctdad.Schotüy es una de las subfamilias más rápidas. pero es la que disipa lamayor canüdad de potencia. AI^S se encuentra entre las más ráptdas, conuna disipación de potencla menor que el de las demás subfamilias, conexcepción de la L. Estas cualidades la hacen una buena elección para mu-chas aplicaciones.
tr*
1IIÁ
Á
Eieccnónica digiral ao;H
Velocldad Consumo de potoncla
Más ráplda AS Balor
L
t- AL5
S tS
ALS F
Aq
ñtrtL nlI tL
Más lenta L Alto S
FIGURA 6-14 Velocidad r.elaLiva y consumo de pobencia rje.l-TL
Daclo qtlc Schottky clc baJo consrrmo cle potencla es ntás rápicla que la'l-l'1, cstándar' y consunlc nlucho nlcnos cor¡'lentc cle la fuente clb ali¡,cnt¿r-q.:lcin, sc cncr¡c¡rt¡'a entrc las strbfanrlli¿rs nrás popularcs.
A cont.lnuaclón, una sinopsis brevc cle la evolució¡r cle las subfamilias1-ft-.
La subfamilia L de bajo consumo de potencia surgió cle TTL ai atrmen-tar por un factor de lO las resistencias cle ios resistores en la circuitenaintcrna. La disipación de potencia del dispositivo L se reduce entonces port¡n factor cle l0 pcro a costa clc la vcloclclad. l¡s clts¡rosiüvos L tienen un¡'<:l¡'irso rlc ¡tro¡r:rguctó¡r trcs vccc.s nlayor quc los'l-l'1, cstá¡l<ln¡.,
l;t gubfamilla Schottky S cttt¡rlca clfoclos Schottky co¡no flaclores clcvolt.aJc para Inrpedir que los tra¡rslstores sc saturen, y utjllza rcsistorcsct¡yas rcsistcnclas soll casi la ntltacl dc las que se emplean en'fTL están-clar' Dsta lóglca no satttrable connruta Lres veces más rápldo que TTL es-tánclar, pcro tarntrlcn consuntc nrás potcncla. i.as compuertas ció csta fanll-lia clislpan alrcdedor dc 20 rlrillrvatts con rctrasos de propagacfón tÍplcos cle3 nanosegundos.
La subfamilia schottky de bajo consumo de potencia LS utflizarcslslorcs clc tttayor valo¡'con r:¡tt¡'¿rcl¿r.s lr t.r¿rvis c!c clloclos cn lrrgar c!c la.scttlt'¿tcllts clc cltllso¡' rntiltl¡llc clc la clrcrrltcrí¿r'l-l'L estll¡cl¿rr. Las c¡tr.aclascon cllodos connlLl[an con más raplclez, y üenen relrasos cie propagacióntipicos de 1O nanosegundos y una disipación de potencf a de 2 niiltiualts porconrpucrta.
La subfamilia schottky avanzada de baJo consumo d,e poteucia, Ar^S,cm¡rlea técnicas cle fabricación reflnadas para aumentar las veloctdades deconmtltactÓn y reduclr el consumo dc potcncla con respecto a los dtsposill-
266 Especificaciones y compuer[as de colecbon abierco
vos 15. I;ts compttcrtas ALS üencn retrasos de propagaclón tjpicos cle aproxi-nradanrente 4 nanosegundos, con una disipación de potencla de I ¡:rw rrorcct¡npr¡crta.
l,a subfemilia Schottky avanzada AS cstii cllsc¡1acla con i¿.r vcloclrlircl c¡i¡llc¡rtc. Utiliza rcclcs c¡r los circuitos clc salicla para reclucir cl ticnrpo clcsttblcla' I.as cotttpucrtas AS clislpan airedcclor de 8 mW y tlenen retrasosde propagaclón típicos de 1.5 ns. I-as conrpuertas Schott\r avanzacias tipoEAST dc Falrchllcl cnrplcan la let¡'a Ir ¡lara lndicar la subfanrilla. Dl T4FO4cs una contpuerta NAND cuácllu¡>lc clc clos c¡rtradas TTI. Schottlry avanz-a-cla dc Falrchtld. I-as compucrtas F tfenen retrasos dc propagactón dc3 nanosegundos y dislpan alrededor de S nlW.
La llgura 6-15 ntuestra la circulteria interna de una compuerta NANDTTT,. Aunqrrc la conrptterta ¡tr.rcclc r¡tlllzarse sln neccslclaci dc t.cncr conocl-¡ltlt:¡llrl clc cllch¿r cll'<:t¡llc¡'íu, l;rs r:a¡'¡rc:tc¡'istlr:as'l'l'1, ¡ttrcricn urlcrrclc¡-sc lllc-.frlt'sl sc cslt¡<ll¡t t':sl¿t. Ii¡r cl ;r¡>órtrllr:c I) sc lllcltryc u¡til c!csr:r'l¡l<:l<in r:onr¡rk:(:lrlcl r:l¡'ct¡l(o clc cst;r corrr¡lrrc¡'l¿r NAND.
Ro' Oy Dr! Q+ consti[tryc¡r ci clrcuito clc sallda, como se nrucstra cn laflgtrrlt 6-16. Esta co¡rflgrrracltin rcclbc cl nonll>re cle sallcla cn -tótc¡:1". I¡nornral cs que O, o o, estén cnccnclidos, pero no ambos. Con e, enccrrclicioY va al nivcl uno, mientras que con 04 encendido, y va ai nivól ccro. si¡rcnrbargo, durante la connrutación, ery Oo se encienden simultáneanlentedura¡rte u¡r brcve lapso, lo qtre inrpone una gran clemancla a ia filente deallnrentaclón. Los circuitos 'r'I'1. están cliseñados de modo que 0. v ecolrr¡ruten rápidamente para minimizar los efectos en la fuente de aiinlen-tación.
l)¡tl'a flltrar cl l'r¡ltlo In<lt¡cl<lo c¡r lrr [uc¡ltc c]c allnrc¡rt¿rcló¡r ¡:nr ll ¿rccló¡lclc corl¡l¡t¡tacló¡1, crs ltcccs¡rrl<l r:oncctar il¡t capacltor <1e cer;1r¡ltcn clcO.Ol ¡rF en ¡tarerlclo con la fuc¡"ttc <lc allnrentaclón cerca cie las terntlnalescon'csl)onclle¡rtcs dcl CI. Conlo rcgla a segufr, péngase un capacitor ¡rorcacla dos CI.
Nunca deben concctarsc cllrccta¡rre¡rte clos saliclas en tótcln. conro sc¡rrt¡estra c¡r la figura 6-17. Sl cl transistor superlor de una saiida en tótemse cnciende, y cl infcrior de la otra se enciende. entonces la fuente de ali-mentación queda en cortocircuito y circulan corrientes muy grancles. Comoresrrltado ptreden dañarsc la firente dc allnlentación y las compuertas. I-assallclas c¡l [ótc¡lr clcllc¡l co¡lcctarsc cnll'c.sÍ ¿t t;'arrós clc o(rfls co¡l'¡l)r¡c¡.1¿rs.
fl¡ ' l.o In
Elecurónica digital 267
FIGURA 6-15 Compuer.Ea NANDTTL de dos enbradas
F¡GURA 6-16 Salidaen tétem TTL
Encondido
FIGURA 6-17 Riesgo que se corre al conecban entne sí salidas en tóEem
268 Especificaciones y compuerbas de colector abienuo
COMPUERTAS DE COLECTOR AEIERTO TTL
Dxlstc urr tJpo es¡rccl:rl clc conrpucrta, cono'clcla conro compuerta de colec-tor ablcrto, quc llc¡lc tul cl¡'cuito rlc sallda nrodlficaclo. Ell ii sc ha onrltldcrcl tr¿rnsistor su¡rcrior clcl par dcl tótc¡n, dc modo que la salida no tenganinguna trayectoria interna a +5 V. Cuando ia salida se lleva al nivei B.&JO,el tra¡rsistor se cnclcndc y conecta la sallcla Y a tierra a través de un tran-slstor saturado. Cua¡rdo l¿r sallcla se lleva al estado ALTO. Y ya no qucdaconcct¿rcla a tic¡-r'n nl lant¡roco a +5 V, ptrcsto que ya no cxlstc una t.rayccto-rla. I;r sallcla cntra c¡'¡ ulr cstado clc alta lmpcdancla, -HlZ" (¡:or sus siglasctt tnglcs), en la quc la conrpuerta no tiene influencia alguna en la saltda"Ésta qucda flotanclo. krs saliclas cle colector abiefto pueclen conectarse en-tre sí puesto que no cxistc el ricsgo cie poner a la fuente de alimentaclón encrlrt<lcl¡'<:ulto. I.a flgrrrrr (i-18 ¡nrrcsl.¡'a los cl¡'cr¡ltos clc s;rilcla clc lrcs conl-¡rttr:r'l;rs rlc colcclr¡r':rl¡lr:rt<l r:ont:cl:rrl:rs cnl-re sí. I-as sallclas están r¡¡rlclas at¡¡r ¡'cslslo¡'c:<l¡nrilt. cl t:r¡¡rl cs(¡i cortcct¿rdo a +5 V. Dste rcslstor sc co¡loccoonro rcslstor clc aco¡>la¡ulcnto a ¡roslt.lvo, ya clue proporclona a la salld¿rtrna traycctorla a +5 V y la "llcva" ai nlvcl rr¡ro. Sl la s¿rllcla clc cualqulcra dclas conrpue¡'tasv¿r al nivcl BAJO, cntonccs la sallda Yr¡a a B"i\JO. I;r co-rilcntc co¡rvcnclonal fluyc dc +5 V por el rcslstor dc acoplamlent-o, lr.rcgopor cl transistor satrrraclo y de allí a tierra. La mayor parte de los 5 V secaen a través del resistor de acoplamiento"
I-a figura 6- l9 nruestra tres inversores de colector ablcrto cllyas salidasestán conectadas entre sí. Cuando A, B y C üenen todas el nivel BA.-iO, lassalidas no están concct¿rclas a tierra internanrente. El resistor de 1 kQ llevala s¡llcl¿r Y al ¡rlvcl rrno. Sl ctralc¡rrlcra cle las cnt.radas va al nlvel ALTO,c¡ltonccs cl tra¡rslstor rlc sallcla con'esl)o¡rcllente se enclcntlcy llcva ¿r )'¿tlnlvcl IlA.lO. I¡ t:rbl¿r clc vc¡'clacl rlcl clrculto ta¡nblén aparccc cn la f'lgura6- 19. I;r tabla clc vcrclad cs lclénüca a la cle una conrpuerta NOR de tresc¡rh'adas. Dsta conflguraclón se conoce como clrculto JVOR alan'tbrado aNOR ¡rrlttuol.
Besistor deacoplamignlo apositivo
6.5
p
Elnpa dosal¡daCompuerla 1
Elapa dosalidaCompuerta 2
Elnpa dosalidaCompuorta 3
FIGURA 6-18 Comouerbas de colecton abienbo
ElecUnénica digital 2fi9
L"as salidas de colector abierto están denotadas en los sintboios cle la ItrCy el ltrDD por cl sínrbolo 0 e¡r cacla saltda.
Lit t.allla 6- l c<l¡tLlcrlc utla llsta clc las conrptrertas dc colcctor ablertocl lsponlbles conlcrclalnrcntc.
FIGURA 6-19 Invensor de colecbon abienbo y tabla de verdad
Entradas Salida
A I Y
0 0 0
n 0 0
I U 0
0 1 1 0
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 0
DJemplo: DtbrrJe el sÍmbolo lógfco de la IEC para el oR exclusivo cuá-clruple 74LSl36 con salidas cle colector abterto"
Soluclón:
74LS 1 36
I
¿
4
I12
13
Il^
f
o ü
6
1't
I
ooo
El 1 lndica que exactamente una entracla debe estar ensalida vaya al estado de alta lmpedancta.
ALTO para que la
?-lo Especificaciones y compuer-bas de colecLon abier[o
TABLA 6-1 Compuerras de colector abierto
Nún¡ro do dlsposltlvo Doscrlpclón
54Un401
54ALSol i74ALS0'!
vL0ri74L01
s4LS0 1/74LS01
5403¡7403
54Lmn4L03
54LS0314LS03
54ALSO3'4ALS03
54S03t4S03
Conpuertas NAI{D culrdruplcs do 2 cntradas con salidas de colector aHorto
5405ry405
54105/74 105
54Al.505/74At-S05
54505/74S05
Invorsoros sóxtr4tlcs ccxr s..rlidas do coloclor abiorto
540clr/406
74F06
lnversorcs do aislamicnto séxtuplcs con colcctores ab¡erlos de allo volta¡e
5407n407
74F07
conpuertas de aislüniento séxtuptes con salidas de colector abielo de alto volta¡o
5409,7409
54109,?4109
s41509,741S09
54ALS0874ALS09
54S09/74S09
AND cuádruple de 2 entradas con salidas de coleclor abierlo
541S12¡/4r-S 12
54ALS1 ¿?4ALS12
NAND trlplo <-h 3 onlrar*rs con salidos <Jo coloclor ntiono
541515,741S15
5441S15,"4A1S15
Compuertas AND triples de 3 entradas con salidas de colector abiorlo
541 6?41 6 Inversores de aislamiento séxtuples con salidas de coleclor abierlo d€ alto vollaiey17n4t7 compuerlas de aislamiento séxtuples con salidas de colectof auerto de alto voltae
54ALS22 74ALS22
54L9Z7ALSz
54snn4s?.2
Compuerlas NAND dobles de 4 entradas con sal¡das de colector abierto
543&?438
ilALS3A74ALS38
s41538.741S38
Conpuortnn do rütlnmlonto NAND cr¡ódrrDlon do 2 ontrndñ¡ @n oal¡dar do coloctor nbtorto
5415136,741S136
5445136t445136
54S136.745136
OR exclusivo cuádruple con satidas de colector abieno
s4LS?667515266 NOR exclusiro cuádruple con salidas de colector abierlo
6.6
rD
Elecunénica digiral 27 1
APLICACIONES DE COLECTOR ABIERTO
[,<rs 7406, 7407, 7416 y 7417 son cotnpucrt¿rs de colcct.or ablcrto co¡ salt-clas clc alt.o voltnJc. Attnc¡uc los CI c¡l sÍ trabaJan a 5 V, las s¿rlict¿rs r!c colcc-t.or :rble¡'tc¡ pucden llcvarse a voltaJcs mayores: Bo v para los 06 y oT, y l5 v'para los l6 y 17. I-os CI 7406 y T4LG lnvf erten la señal de entrada, mtentrasquc los 7407 y 7417 no. Adenrás de los voltaJes mayores en las salidas,estas compttertas puedcn absorber nrás corrlente de sallda en cl nlvel baJoqtrc las comptrcrtas con salida en tótem. Las comptrertas s406, 07, ro ¡l izptrcdcn absorber 3o nrA, mle¡rtras que las compuertas 2406, o7, l6 yl7 pueclen absorber 40 mA. Estas compuertas de colector abierto se em-plean en apllcaciones de alto voltaJe y para conecta¡ entre sÍ va¡ias salldas.
La flgtrra 6-20 nlr.restra ttn lnversor 7406 séxttrple con sallcias acoplaclasIt t¡¡l vrlll¿tlc ¡losltlvt¡ clc ll0 V ¡r t¡'¿rvó.s clc ult ¡'cslstor rlc I ke, Ctralrrl' l;tsltlltl;t v¿l ¡tl ¡llvc:l IJAIO, lrt cottr¡lrrc¡'l¡r ¿rltsorbc ¿rlrr:cicc!1¡¡- cic 30 ¡ltA. l)r¡cstr)c¡ttc cst.c valor cs ¡llctlor qtrc los 4O ¡nA nr{xlnros quc aparecctl cn las es¡rc-clficacloncs, cl voltafc rlc sallcla no aunlentará ¡nás allá cle 0.4 V. Dstc clr-cttlto Intcgraclo scrá trtlllzaclo cn capÍtulos postcrlorcs l)¿rra pcrnritir.cl c¡¡-plco clc voltaJcs dc alimcntación mayores, y en estc capÍtulo, ¡rara hacer lalntcrconcxlón cie'l-I'1, con CMOS"
La flgura 6-21 muestra un inversor7406 de alto voltaJe y de colecto¡.abier-to quc excita la boblna de un relevadorde 12 V y 5OO W. Cuando la salida dellnversor va hacla el nivel B.{JO, fltryenaproxlnraclamentc 24 mA por la boblna.co¡r lo quc los contactos .sc clcr.¡.a¡t. Dl7406 ¡lucdc absorbcr hasta .10 ltrA.El dlodo fla cl voltaJe tnverso que se tn-ducc a través de ia bobina cuando lasalida, al lr al nivel ALTO, lntcrn-rnrpela corriente por la bobina"
+30 V
1kn
FIGURA 6-20 Invensorde colecEo¡' abiento 74OG
+12 V
500 c¿
FIGURA 6-21 Exciuación de tabobina de un r.elevadon con unacompuerta de colecEon abierco
27? Especificaciones y compuerüas de colecbon abiento
AUTOEVALUACIÓN PARA LAS SECCIONES6.5 Y 6.6
6.1, 6"2, 6.3, 6.4,
i. Identlflquc en un manual las espectflcaclones slgutentes y sus valorespara el 7483. lt, 2l
a) salida mínlnra para cl nivcl Ib) c¡rt¡'ada rnÍnlnra ¡rara el nlvel ic) salida nráxlma para el nivel O
cl) cntrada nr:ixlnta para cl nlvcl 0c) co¡lstllllo <lc cor¡'lcntc nr¿lxl¡lro clc la fucntc clc allltrentaclónl) ¡'ctr'¿rs<-¡ rlc ¡rro¡tirgaclr'rrr ¡ll¿ixl¡lto dc baJo a altog) ¡'ct.¡'¿rso clc ¡>r'o¡>ag¿rcló¡r ¡lráxlnlo cic alto a baJo,
lt) co¡'ricntc clc s¿rll<la ¡lr¿ixl¡rra cn el nlvcl O
i) conlentc clc c¡rtrada ntixlnia cn el nivel 0A partir dc los valorcs anteriores, calculea) nrargen cle ruido. [3J
b) factor de carga de la salida de un T432.IBIc) cl núnrcro rlc c¡il.raclas 7486 qrrc prrecle c.xcttar un 7482. ISI
.,Qtti cs tl¡1 ¡'cslstor clc :"ico¡rla¡nlc¡lto a ¡>osltlvo y por qué rrna co¡tlpuer-ta de colector ablcrto uilllza u¡lo? l6J
2.
fl
6.7 cMos
cMos son las slglas en ingiés de transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor complementario. El término complementario sig-nlfica que un transistor de canal Py otro de canal N trabaJanJuntos en unaeortfigtrraclón lrltcn1, co¡l'¡o sc ¡rrr¡estra en Ia flgura 6-22. Metal-óxlclo sereflc¡'c il ullíl c¿lpa rlc clt<i.xlclo cle slllclo e¡itre lJ compuerta y cl canal, Dlca¡lal, la conrpucrtay cl aislante de dióxido cle slliclo fornran un capacttorpequcño. EsLa e¡ltrada capacltiva deternrlna muchas de las caracterÍstfcascle los CI CMOS.
En la figtrra 6-22, cuando A eski en ALTO, el canal N de la parte inferiorconduce y la salida Yqueda concctada a üerra a través de un sanal comple-to. El MOS cle canal P de la partc superlor no conduce. Cuando A e stá en elnfvel BA.Jo, el canal p conduce y el N no. con esto, yqueda conectada ávooa trar'és clel canal P. Los dos transistores producen un inversor.
Elecurénica digiual P73
Ins voltaJes de alimentaclón para los CI CMOS a menuclo se conocenconlo Voo. el voltaJe de drenaJc, Y Vss. el voltaJe de fuente. A estos voltaJes de¿tll¡ncntación cn algrrnas clcaslonc.s se les clcnomlna V.. (voltaJe clel"colcc-torJ y Llcrr¡r, (:o¡rio c¡l cl r:¿¡.so <lc'l'l'1,. {r, carrrbla para ca-tla subfanrllla, pcroV", cs r.rstral¡trcltt.c 0 V.
FIGURA E-ZZ lnverson CMOS
Iin cl :rpÓncllcc D sc lncluyc una prcscntaclón clc los translstorcs v clr-r:rrllos CMOS.
6.8 SUBFAMILIAS CMOS
Una clc las scrics originales ctc CI CMOS, la CD4OOQB de conrptrcrta met¿i-hca, ofi'ecc las slgtrtentes vcntaJas sobrc los CI TTL:i. Voltaje de operación niás amplto (3 - 15 volts),
2. Mcnor consunro de potcncfa (mlcrowatts a baJas frccuenclas), ylJ. Alta lnnrrr¡rlcl¿rcl ¿rl rulck¡ (nrargcn crc rtrlcro lgual a I v)
y cstas desventaJas:
i.. grancles retrasos de propagación (100 nanosegundos),
2. corriente cle excitación baJo (l carga Ls-ffl.).3. problemas de'amarre' (el dlsposlüvo permanece en un estado de bala
tmpedancta), y
4. sensibilidad a descargas electrostáücas (ESD).
274: Especificaciones y compuer-tas de colecLon abiento
Algunos eJemplos de CI dc esta fa¡lilla son:
4OOi NOR crr;icln.rple cie clos entraclas
4An NAND cloble cle crr¿rtro e¡rtradas
4O7O OR excluslvo ct¡áclrtr¡tlc dc clos cntradas
I-a serlc de conrpuerta clc slllclo HE4OOOB reUene las vcntaJas a¡rtesnlcncio¡ladas al mis¡rro tlcmpo que rcducc los retrasos de propagación 5'clu¡rlica l¿r con'icnte clc cxcltación"
Otra sedc dc CI CMOS cs la que puede ide¡rtificarse por la letra C en elnúnrero del dtsposlttvo. I-as sultfantlllas CMOS de esta serlc son:
74C>o< o 54C:or CMOS
CMOS clc ¡rll¡r vcloclclacl (HC)
CMOS rlc ;rlt:r vcloclclacl conr¡tatlblc con T1'1, (FICTI
CMOS avnnz:rcla (AC)
CMOS ava¡rzada compatlble con TTI- (ACT)
i,os CI 74C y 54C l.lcne¡r la ntls¡na dlstrlbuclón cle tcrmlnales y fr-rncloncsque los CI corrcsponclfcntes 74xx o 54pr. Por e.Jemplo, un T4go y un 74C30son anrbos contpuertas NAND de 8 entradas con la mlsma dlstribución deterrnin¿rles. l,as serles 74HC y 74HCT están diseñadas para ser conrpaü-bles con las terminales de la serie 74L5. Muchas de las funciones de TTLniás algunas otras de la serie'4OOO también existen en la lógica HC. PoreJenrplo. ulr 406O es un contaclor clc propagaclón binarlo de 14 etapas conosciln<lor, al lgtral qtrc cl 741-IC4O6O. El74O4 es un Inversor séxtuple, igual<1ttc cl 741'IC'|'O4. Pol'ol.r'rr ¡rat't.c. krs rctrasos clc ¡)rol)agnclón c¡r los rlls¡losl-tivos 7,11{C y 74HCT son Incnores y de r.rna nragnltLlcl conrparable collla dc los clisposfüvos 741,5. Los retrasos de propagactén tÍplcos son delnrclen de t0 r'lanoscgr¡ndos. Ins cltsposlüvos 74HC pueden funclonar convoltaJes de alimentación de 2 a 6 volts. l,os dlsposlüvos 74HCf pueclenconectarse dlrectamente con dtsposttJvos TTT.-1.S, de modo que su lnteruaioclc voltaJcs dc aiimcntaclón queda llnlltado entre 4.5 y 5.5 volts.
l-a serie lógica CMOS avanzada (ACL) se diseñó para aumentar más lavelociclad de operaclón y la corriente de excttaclón de sallda de los dfsposl-tlvos CMOS. Exlstcn dos sr¡bfamlllas cle dlspositlvos ACI.. Los disposltlvos74AC y 54.t\C son co¡npal-lblcs con CMOS y pucde¡l trabaJar con vol(i{c.s clcalinrcrrt¿lclón quc van dcsdc 3 hasta 5.5 volts. Los dls¡tosltlvos 74ACT v54Agf son compaübles con TTLy trabaJan con un voltaJe de 5 volts t 10 o/o.
Las series 74ACl l>oc< y 74ACTll:oo< adoptaron una "arquitectura defluJo directo". En esta arquitectura, las termlnales que corresponden a laftrente de allmentación están en la parte central de cada lado del CI, enlugar del acomodo más común, de "alimentación en las esquinas"'. AI poner
T4FICxx
74t tcl\x74ACxx
74ACf\"(
Elecbnónica digical 275
la nrttc.sca clel encapsulado DIP hacia arriba. V.. está a la ntltacl clel lacloclcrccho. I.as ternrinales de entracla cstán en la piLrte derecha. alrecleclor clel¿t tt:¡'¡rtl¡t:tl rlc V..,-. L¿t t,cr¡¡rl¡r¿rl clc Llcr¡'¿-r cst.á a la mltad clel laclo lzcprlcr.clo,c<.¡tr l¿ts tcr¡ttln¿tlcs clc salld¿r alrcdcclor dc ella. Las termlnales cle hablllta-c:lÓtt y t:o¡rl.t'ol estátt color:aclas c¡'r l¿rs csqulnas. La flgura 6-23 ¡lrucstra l¿rclislribtrclón cle tc:'¡tli¡talcs y cl cllagranra lógtco clc una contpuerta OR cx-clttslvc.r cuiiclruplc cle dos cntr¿rclas 74ACl 1086. Nótese que éste es uncncapsulado clc l6 tcr¡ni¡rales, nricnt.ras que e|7486 sólo üene l4 ternrtna-ies. i.<-¡s clis¡rosltlvos ACL clc tG tcrrnlnales con tres o cuatro saltdas Uenenclos tc-'r¡rtlnalcs clc tlerra y clos para la fuente de allmentaclón. Ncitcse qucseis de ias entraclas están alrededor de las terminales cle la fuente (ycci, yquc las cuatro saiiclas están ublcadas alrededor de las termlnales de üerra.
La figura 6-24 ntt¡estra la distribución de termlnales de una unidacl de;rr'f f nrcitic;r y lógtca cle.1 bits 74ACTl I lBl. t.os clls¡roslilvos ACL <1e.20,24 y2ÉJ lt:¡'¡ltl¡ralcs coll lrcs o ¡nlis s¿rllrlas tlcnc¡r ctratro tcrntlnales clc ucrra yclos p;tr;t V._.r,. [-:ts c¡ttr'¿tcl;rs 4,, ir 4., y IJn a IJ., cstiin a l¡t clcr.cch¿r, loc¡ltzaclas.rlrcclcrlrlr'clc las tcr¡nl¡ralcs clc la f rrcntc. La.s sallclas [ ]rasta e. A = R, tr, GY C,,.¿ cst¿in cn I¿t ¡lartc lzclttlcrcl:t, alrccledor cle las teimlnales"clc ¡err-a. Sohasl:t.S, y Mson se¡lales clc control sttuadas en las esqulnas. C^.s la únlcacnt.r'ad¿r fuera clc lugar.
sÍMeouo lócrco
iti#rllY--o--ll-/
It 3A ,.1 3Y ¡ro 38 ll >-------:---lL-/I 4Arn1y 7
E ,tB ll >------'
-nl--/
FIGURA 6-23 OR exclusivo cuádr^uole74AC1 1OBG de dos enrinadas
F|GURA 6-24 ALU de4 bius 7AACT11181
Iistc cstilo dc arqultecLura tiene dos ventaJas: mfnlmlzala inductanctaintcrna y redttce el nrido en el sistema generado por las veloclclacles deconmutaciÓn tan grancles. Con esta dfstribuclón de ternrlnales, los retra-sos en la propagación se reducen a tienrpos de cinco nanosegundos. porotra parte el diserlo de la tarJeta de circulto fmpreso se simplifica al tenerlas cnLraclas en la parte derecha y las salidas en la lzquierda, lo que ade-
otsrR¡euctóN DE TERMTNALES
Encapsulados N y D
rr Cd-\Ib rarY Gl F-l ,nav l-¡l lul zn
oxo ¡11 EI v".oNo t-jl [i] v""3YfI E¡¡4Yq Eca
48 ril to {^
o¡stRtauc¡óN DE TERM¡NALES
Encapsulados N y D
Á,
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MA,o
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ol{ooa¡oG¡¡OGNO
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P6
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7',V6 Especificaciones y compuentas de colecLon abierUo
m:is a¡nrda a rcducir el tanra¡io clc la tadeta. Una desventaJa clc esta arqtrf -tqcttrra es que los disposttlvos Acl lroo< y ACTII>oo< no son eonrt>atiblcsco¡r l¿rs tcrml¡r¿rlcs <lc los cllsposlllvos'l-i-l-.
I¡rs CI 74IlC y 74/\C ¡'csL¡clvc¡t los ¡rroblc¡nas clc "¿lntirrrc" y rlc IiSl)l¡rhcrcntes en los dis¡lositlvos clc tlpo 4000. Stn c¡ribargo, tncluso con csto.se reconllenda seguir para todos los clispositivos CMOS los proceclintientosdc nra:reJo que aparccen cn ia preparaclón de la práctica del capitulo 2.Estos procedlrnlcntos sc rcplterr a contfnuaclón.
Dcbe tencrsc culclado cn cl nraneJo clc cl cMos ¡ruesto quc pueclend¿rñarse debido a una acumulación de carga estáüca exceslva enfu-e termi-nalcs. Para cvitar esto, cleben seguirse las reglas siguientes:l. Guarde los CI CMOS en tubos anüestáticos o en hule espunla negro
co¡rcluctor. Nr¡¡lc:t l)ot)g¡t t¡¡t CI CMOS c¡"t csl)unla clc ¡toltc"it.,,,.,,r.'l'¡t¡ll-lrlr':lr ¡xrcclr: c¡lvolvr:¡'los c¡l ¡l;r¡rcl rlc :rlr¡¡ltll-¡lo.
2,' Il¡r a¡lrlllc¡ttcs clc baJa lttrnlcclacl clonclc la carga cstáttca cs Lr¡r problc-rlr:t. cr'ltc foc;tt'l:ts lcr¡lll¡l:rlcs clc los CI CMOS al lontarlos rtcl sliloclo¡rcle cstán gttarclnclos, a ¡ncnos qr¡c se hayan scgulclo las ¡rrcc¡¡cio-ncs ncccs¿rl'ias 1>at'it clcscargar Ia carglr clcctrostáüca, Uno cic los ¡lcto-clos uülizaclos p:rra ltaccr csto cs utillzar una pulsera concluctiya co-nectada a ücrra a través de un resistor.
3' Co¡recte el voltaJc cle ali¡rrentación al circuito CMOS antes de aplicarseñales a éste"
4. Quite todas las fucntes de señal antes de apagar la fuente de ali¡rrenta-clón.
5. A¡la[tre tocl¿rs las ft¡c¡rLes tlc allnle¡rtacló¡r antes cle lnsertar o c¡ultar clctrn clrculto dlsposlttvos CMOS.
6i,, g) EISPECIFICACIONES DE CMOS
La tal:la 6-2 ofrece una contparaclón entl'e la potencla cltslpada ¡tor lascontpuertas CMoS y TTL en milin'atts (capacitancia de carga de 1b pF). láprinrera lÍnea muestra potencias üpicas con las compuertasen reposo, estoer;, sln connrtttar (cstáticas). Las st¡bfamlllas aparecen cn orclcn crcclcnterl<: rjlslpaclóll clc ¡lotcttcla. Nótcsc c¡uc las conrpuertas. CMOS son las r¡uecoflsurli€rl la ntenor ca¡ltidacl de ¡rotencia y que su disipaclón cle potenciaes clcl orden dc ¡ranou,atts.
74AC 74HC 4000 74ALS 74LS 74F 74AS 74 745
cstáUcfl 2,5 ¡lw 2.5 ttrv I rlrv t.2 2 5.5 8.5 l0 l9
tOO ktlz 0.075 o.t t.2 2 D.C 8.5 to t9
Elecurénica digi[al 277
TAB[.A 6-2 Disipación de potencia de compuertas CMOS y TTL (en mwsalvo donde se indica otra unidadl
A nrcclicla (lLlc aLrnrcnta la frcctrcncia clc operación, tanrbién se illcrenrentala potcncia consllmlda por los disposltlvos CMOS. Esto se debe a la carga ydcscarga de los pequeños capacitores cle las entradas de los transistoresMOS. I-a potencia consunrida por los dtspositlvos TTL pernlanece, enesencia, conslanl.e. I.a segunda línca de la tabla mueslra la dtslpación cle
¡tolcn<:l;t ¡t 100 l<lfz. A¡rroxlnt:r(lir¡nc¡ltc ¡r l0 Ml-lz, la ¡totcncln co¡lsr¡¡ntcln¡ror los rlls¡loslllvr¡s I IC y llC)'l'llcg;r :r los ¡rlvclcs constr¡rrlclos por los rllsl;o-slt lvos 'l-l'1,-f.,S.
I.:r tal¡la 6-3 ofi'ccc t¡n contr'¿rstc cntrc los rctrasos cle pro¡ragacfón tí¡ll-cos y las frccttcncias clc reloJ nl¿Lxl¡nas en nanosegunclos para las conrpuer-tas CMOS y 1-l'1, (con ttna ca¡tacitancla dc carga de l5 pF). L:rs st¡bfa¡niltasAS, AC, It y S t.ic¡tc¡r los ticrtr¡los dc rctraso más cortos y las frccucnclas clereloj rnás grancles. Las subfamilias HC y I^S trabaJan casi a la mis¡rra velo-ciclad. I-os dis¡tositlvos de la seric 4000 son los más lentos.
Las compuertas de la seric 4OO0 son las más lentas pero disipan lamenor cantidacl de potencia. Estc compromiso entre el consumo de poten-cia y cl rc[raso aparecc ntuy a nrcnuclo. Para medlr el retraso y la potcnciaconst¡¡llcla pclr t¡na co¡npt¡erla sc clcflnc rrn parámetro lgrral a la nrrrltlpll-t-::tr:lrilt clcl ¡"ct,¡'¿rso c'n ¡):r¡loscgrrrrrlos ¡ror l:r ¡rotcnc:la consunrlcla c¡r ¡rrlllrvatts.
Potencla x Tlenrpo = Dnc¡'gia
W¿rtts ¡)or scgrrrlclos so¡r Joulcsnrlliwatts x nanoscgtrnclos = ¡ticoJorrlcs
TABLA 6-3 Retrasos de propagación y frecuencias de reloi máximaspara compuertas CMOS y TTL
74AS 74AC 74F 74S 74ALS 74HC 74t-S 744000
HE HC
Rctraso (ns) e 4 8 9.5 lo U5
RcloJ nrix [MHz) lt)u r50 125 100 60 33 25 t,
El producto retraso/potencia se mide en picoJoules.
278 Especificaciones y compuenbas de colecLor abier Uo
I-a tabla 6-4 ntuestra cl proclucto retraso/¡totencia a 100 l<Hz para lasstrl¡fir¡ltilias CMOS y 1-i'L. El baJo consunlo de potencia y la vclociclacl r.cla-{.ir':rnlr:¡l1c granclc rlc ios clls¡tositir,<ls 74AC )'llC los poncn cn la ¡tat-tc infe_¡'lrlr rlr: tocl<l cl csl)c(:f t'o"
TABLIL 6-4 Producto Rerraso/potencia en pJoules a 1OO kHz
Otra nranera clc vcr este cornpro¡nlso potencla vcloclclaci c.s cl c¡rrc sen'll¡ciilt';t cn lir flgrrrtr (i.21¡.
l;t l'l¡1rtl'it 6-25 ¡¡lr tt:sl t';t lits ¡'cl:t<:lo¡rcs vclr¡clclltrt/¡>otcrrr:l:r ¡:lrrir r¡lr¡r:lllrs<lc l¿ls st¡bfit¡rlilias cstt¡cli¡t<las c¡l cstc capitulo. Dl cJc vcr¡ceil cs cl t.cll-a-so clc ¡rt'rl¡r:tg;tclri¡l cn nír¡loscgl¡¡rclr-¡s. Ct¡anto llrdis alio cstó r.¡n purrto cn lagr:ifica Il'¡ayot' cs st¡ r'clr':tso clc ¡rropagación y nlenor su vclocl(iacl clc ol)era-cicin. I-os clis¡lositlvos clc la scrir: 4000R tlencn los rctrasos clc ¡tropagaciónntás grandes, ntienLras cluc los ECL (que se esttrdiarán más-adólaite enestc capitulo) tiencn los nrás pequeños. El eje horizontal es la disipación clepotencia en milirvatts. Los dispositivos que aparecen a la derecha co¡rsu-nten nrás potencia clc la ftrente de alinlentación que los ciue se encue¡rtrana la izquierda. Nótese que ACL se encuentra entre las fanlilias ntás r.ápidas¡'cntrc las que consulnen la ntcnor canticlad cle ¡rotencia de la fucnte.
a^-- ,. 10008 Vcc. óVCOMPUERTA METALICA
o1t8.0000
COMPUENTA OE SILtCtO
a,tHCMOS LSTTL
'c"'ALSTTL
CCACL FAST sTTt
c..O'.c19x.E.cfASTTL
o rooK EcL
lnW ZnW 5nW 1mW 2 5102050Disipacién promedio de potencia de CD (mw)
FIGURA 6-25 Espec[ro velocidad/po[encia de las familias lógicas
f00
tn
20
10
.o
oo.a)
:ñc)
6rú
CE
74AC 74HC 74ALS
4000
74AS 74F 74U¡ 74S 74CD HE
Rct¡irso,/Potc¡tcta (¡>J) 0.52 4.8 o te 16.5 l9 57 100
ElecUnénica digiuat A7g
i-os prinleros CI CMOS tenÍan una corriente de excitación baJa. Los avan-ces l'ccicntes cn la tccnologÍa han incremcntado la ca¡>aclclacl dc corrlc¡teclc CMO.S lt¡rsl¿t los ¡llvt:lr:si (lrtc t.lcnc'l-11,. La tal¡la 6-S ltsta la c6r¡1c¡rtcl c!cc.rcit.ación (lo,) y cl facto¡'de carga a la sallcla dc los cl cMos y 1TL"
TABLn 6-5 corrienre de excicación (/*r y factor de carga de la salidapara cargas LS-TTL
74AC 74S 74AS 74F 74 74LS 74Ar-S 74HC
4000
co HE
Conicrlte dce-xcltacf<in (rr¡A)
24 20 20 20 l6 ó A .8
lr¡tcir¡¡ <lr: r.:rr'¡1;t
¡xrr':r lS-'l'11,r)|, 5íi ii5 22 22 ItIt I ?.
Los clls¡losltivos clc la scrtc 4000 no tlcncn suficiente con-ientc (lc cxctta-ció¡r conro para cxcitar tlna contpucrta TTI-, pero sÍ para excital. ¡na cont-¡rttcrta LS-'mL. I-os clisp<lsilivos 74AC pueclen absorber 24 ntAy excitar 66cargas I.S-TTI-.
I-os cálculos clel factor cle carga cle la salicla también requieren un cono-cinticnto de l¿-t coniente dc entrada(l,re I,,,). Las corrlentes cle entracla a losdispositivos cMoS son bastante pequénai, i ua para los disposiüvos z4HCy 7aAC. Por consigtrÍcnte, es posiblc cxcitar conclisposiüvos CMOS o TTL¡lriir:tk:anrcntc r¡n nrilncro llinritacio clc cllspostilvos cMos.
I-¿r t¿rbla 6-6 rcstt¡¡lc lrls rcc¡trl.sltos clc alt¡llcntaclón para los CI CMOS.Lrls clls¡losltivos AC"f y I'lC'i'csl¿in cllscrlaclos para conectar-se cllrcctar.cntccon CI 'l-lI-y clcben tral:aJar a 5 volts. Los clcnrás CI CMOS üenen un tntcr-valo clc opcraciÓn más antplto. Stn cmbargo cste lntervalo clc voltaJcs clc¿rllnrctrt¿rción ¡¡lás granclc no cll¡nina la ncccslclacl dc tcncr .,.,a ."g,riacló¡rbttcna cn cl voltajc clc ali¡lrcnt.ación. Una fucntc con fluctuaclonel puecteprovocar en'orcs en la operación clel circuito.
TABLA 6-6 Intervalo de valores para el vottaje de atimentación paract cMos
lnte¡r'alo dc valorcs ¡>ara elvoltaJc clc altnrcnLrcfó¡l lvolrs)
I.a tabla 6-7 listacntrada, alto y bajo,
los voltaJes clcde clispositivos
los voltaJes decon un voltaJe
salicla, alto y baJo, yCMOS que funcionarl
ZEO Esperr;ific¿rciones y compuerLas de colec[on abienco
rlc 5 V a 25 oC. P¿u'a las sultf:r¡nillas ACT y I'ICT. V,,, es 2.0 volts y {,_ es0.8 r'oits. Ilstos vAlores clcben parcccr fanliliares, ya que son los mismos(ll¡c l)r¡r:r los CI 'l'l-1,. Iisto stgrrl[lt:a r¡rrc los <lls¡loslüvos ACf y I-lC'l' ¡ttrc<lcnr'('('o¡roccr'¡rlvr:lcs (lc voltn.lt: rlt's;rlirl;t'l-l'1, sln nlrtgrrna Inlc¡'f:rz cs¡rcct:tl. InsC¡ 'l'l'1.. ¿¡rtrcclcrr ¡'c('o¡roccr sitllrlirs AC'l'¡r l-lC'l? Iil valor nrínl¡no clc l¿r sallclac¡r cl ¡ilvcl Al-'fO clc t¡¡l dls¡losltlvr¡ 'l-l'1. pucde varlar cntre 2,4 y 5 volts. El¡rlvcl AI-TO ¡lrininlo c¡uc ¡rucclc gcncrar co¡'rlo salida un dfsposlüvo ACT oflC'f (yo,,) cs clc ah'cclcclor dc 4 volts, lo quc re¡trcsenta nluy blen un nivclALTO legÍtinro para dis¡rositivos'fl.I-.
TABUT 6-7 Niveles de voltaje de entrada y salida para CMOS
I-os dispositivos ACT y I-ICT pucden excitar y ser excitados por disposiü-vos TTL sin ninguna interfaz especial. Sin enrbargo, los disposiüvos AC yFIC sólo pueden reconocel'entradas de nivel ALTO hasta de 3.5 volts (Vr,).Ur¡¿r salida'll'1, ptrcclc clcsccnrler hasta 2.4 volts. Por tanto, TTI- no prredeconcct¿rrsc cllrccl¿r¡ncnl.c r:o¡-r I{C o AC.
6"'üOI III^üTERCONEXION DE TTL CON CMOS
Para haccr la lntcrco¡rcxf ri¡r dc'l-fl, con CMOS a 5 V, debc tc¡rcrsc culcladode que las saliclas c¡r cl nivcl alto clc'l-l'L sean lo suflclenteme¡rte altas paraser rcconocidas corno tales ¡ror los CI CMOS srrbsecuentes, Para ello lasalida 'l-fl- debe ser acoplada a positir¡o nrediante un reslstor extcr¡ro deI0 l{Q. como se muestra en la figura 6-26.
f';r¡';r l¡nc:cr l;r l¡llr'¡'r'o¡rt:xlri¡r rlt"l-l'1, rro¡r CMOS c¡rrc lral:aJcn con nlvc-ir;r.; clc voltaJc ¿rltos lrrrc<lc cnr¡rlcarsc una cle las conrpucrtas clc cc¡lcctorabierto de alto volta.Jc, conro sc mtrestra en la ftgura 6-27. La sallda decolector abierto se acopla al voltaJc de operación de la compuerta CMOS.
En cualquler caso, TTI- es capaz de absorber suficlente corriente paraexcitar un núnrero ilinlitado de compuertas CMOS a baJa frecuencla.
AC ACT HC HCT 4000
V,,, (V¡l¡Í¡r) ¡t.¡, 4.4 /t -:) 4.0 4.95r
Vn,. [Vn¡lx) .36 ..Jt) .26 ,26 0.05
ul (V¡¡lírl) 3.5 2.O ar. 2.O 3.5
V,, [V¡ll;i.r) lr. o.fl 0.8 ¡,5
Elecunénica digiual 281
FIGURA 6-26 TTL con CMOS de 5 volcs
+12 V
Ff GURA 6-27 TTL con CMOS de mayon volEaje
FIGURA 6-28 Intenconexión de CMOS con TIL
+5Vto+l8V
?82 Especificaciones y compuentas de colecton abienUo
Ia figura 6-28 nruestra una compuerta NAND cMos que podría estartrabajanclo con voltaJes dc ent¡'c 5 v y l8 v. Los voltaJes mayores cn sus¿rlida ¡1o son corrtpat.il:lcs con e¡rtradas TTL. trstos nlveles no prcsentan¡rf ¡r{t¡¡r ¡;rol;lcntr ¡lnr':r I:r c:olrr¡rrrt)r't¡r rlc alslalltlcnto lllverso¡.a sdxtirplc 4O4g.Iil 40'1{) ¡rttc<lc f t'rtl;:t.l;tt'co¡¡ r¡n rroltir.lc rlc ¿rlllltc¡ltacló¡l clc 5 V y nr:urcJal.voltttJcs <lc c¡rt¡'¿tcl¿t ll¿rs(¿r dc l5 V. Las sallcl¿rs son compaüblcs co¡'I'TI-. El4O4g al:sorlte st¡flclc¡ltc cor¡'icntc conro para excltar dos compuertas 'I"fLcstánclar: cn cstc caso una 74O4 y una 74OO. Puccle enrplearse la compuer-(a clc atslamlent.o no l¡lvcrsora sixLrr¡>lc 4059 sl no sc requlcrc la lnvcrsfón.
Puesto quc cMos HC trabaJa a s v y HCf üenc saltdas que son cornpa-tibles con'ITL, los dis¡tositivos I-lC y HCT pueden excitar de manera dtrectaun dispositir¡o'lTi-. Stn c¡lbargo, las salidas de nivel ALTO de TTL pueclendesce¡rder hasLe 2.4 v, valor que es nlenor que Ia entrada aceptáble de3'5 V qtrc ¡rt:cclert reconocer los <lisposltlvos HC. En este caso sc requlererrr"r r.cslsto¡.rlc ¡r<ropl¡unlc¡rto rr ¡;oslttvo ¡>ara hacer la t¡rtcrcoIcxlri¡r. I¡s<lls¡l0sltlrros I IO'l' ¡tttr:<lcn ¡'ccorlo(:c¡' ¡rlvclcs l/rglcos 'tl'l- c l¡Lc¡.c<>'ccl¡r¡.sctlll'ccl.;tltlctllc co¡l cllos. L:r flgr¡r':¡ 6-29 ¡rrcscnta un res¡nrcn clc cstasf nlc¡'concxlo¡rcs.
DISPOSITIVO Nrnguna
t-lC O llCT intorconoxión
espec¡al
Disposili\o
LS TTL
Dispositilo Rosistor do Disposltivo
LS TTL acoplamlonto a HC
posrll\o
LS TTL CON HS CMOS DE BAJO VOLTAJE
Dispos¡tivo Ninguna D¡spositivo
LS TTL interconexión HCT
especial
D¡spos¡t¡!o
LS TTLHC4049 Dispositi\o
oHCHC4050
FIGURA 6-?9 Intenconexién de TTL con disposiuivos HC y HCT(Conuesia de Mocorola. lnc,J
INTERCONEXIÓN DE HCT CON LS TTL INTERCONEXIÓN DE LS TTL CON HC
INTERCONEXIÓN DE LS TTL CON HCT
ElecUnónica digiua, #
Las técnlcas prescntadas para hacer la interconexión de FIC con TTLtantbién se aplican a la i¡rtercone.xló¡r de AC conTTL. Los clispositivos ACT.al igtral c¡uc los FIgf, sc i¡rt,c¡'c<lncctan clirecta¡nente con los TTL.
DJemplo: Ilxr:ltc cl ru:rvor-¡rti¡rrero poslblc clc corrrpucrtas z4tsOo conun 74HC'l'00.
Solucién:
Las saltdas HC'l"son dtrectarnente compatibles con los dlspo-sitivos T-fL. No se necesltan resfstores de acoplanrrento aposiüvo. un 74HCT00 tiene un factor de carga cle salfcta dcl0 compr-rertas LS.
DJcmplo: llxcllt: t:l nr:ryor' ¡rri¡lrc¡'o ¡rclstl>lc clc conr¡rtrcrl;rs 74 t f coo, c¡rrctrnl;aJcn a 5 V, coll un 741-SOO.
Soluclón:
Dl voltajc dc salida en er niver arto, vo,,, cle un 74LSoo puecleclcsec¡rclcr hasta 2.4 v. La entracra"én er nivel arto cre un741{C00, Vr,,. tienc un valor nrÍnlmo de 3.lS V. por tanto, esnecesario "elevar" la salida ctel 741s00 con trn resistor c.leacoplanricnto a ¡rosiüvo. La corrrente de entracra nráxima queconsunle el74HCO0 es de I pA.
Pa'a un 74t^SO0 la corrlente de salida cle nivel bajo, /o' es gmA. pero la cor¡iente de saricra en el nfvel alto es ú"ntcamentecle 0.4 nlA. st se c'rprea el varor crc 0.4 nra pu.o carcurar erfac:lo¡'clc r:errgn rlc Ia snllda, r:sl.o ¡rcnrrltc: toclavÍa c.rcrf ¡r¡. 400co¡111)uct't ¿rs.
Iractor cle carga cle la sallda = Irott =
01 TU = 4oo
I t¡t lpA
Si se entplea un rcslstor decleclor de I kW), entoncesnrás 74HCOO.
acoplamlento a poslüvo (de alre_un 74LS0O puede excttar 4OO o
AUTOEVALUACTóN PARA [-qS sEccroNES 6.7, 6.g, 6.9, 6.10 y 6"11
l' utilice Lln manual de especificacfones para hallar los valores cle lossiguietrtes parántelros para nna AND cuáctruple 74HCO8 de dos cntra-das que trabaje a 4.5 volts. [9]a) voltaje de salida máximo en el nivel bajob) voltajc de salida mÍninro en el nivel alto
284 Esper:ifir:aciones y compuer'[as de colecLon abienuo
corriente de cntrada
cor¡'lcrrlc clc excllaclórr ¡¡Ínl¡rra de salida en el canal N (corricnte desrllrla cn cl nlvcl IIAJO)
c') r:ol'r'lr:ntc <lc'c.rcll:¡r:l11¡l nrí¡rl¡ll¿r clc sallcla cn cl canal P (co¡'¡'ic¡ttc dcs¡rllcla cn cl nivel ALTO)
C¿rlculc cl factor dc carga dc sallda si las cargas son otros 74HC08. f3I
I-laga la intcrconcxló¡-r de I lla) un 4O7O trabaJando a 5 volts con un 7408.
b) tr¡-r 741-IC'|OO con un 7400"
c) rrn 74l5OO co¡r u¡r 741-f COB que trabaJe a 5 volts.
l'lxlstc¡r clos f¿rnrlll;rs clc lóglca de emlsores acopladog (ECL) quc son las::c¡'ics 1OI( y t0OK. Al lgual c¡trc 1-l'l-, DCL cstá constrtrlda con b'anslstorcs!ripolares. Sln c¡ubargo, cn lugar dc utfliz¿r translstores con entisor nlúlü-lric ¡t:rra las enlr'aclas, ECI- cnrplea un translstor para cada ent¡ada, y estosr:ltátr co¡rcctaclos cn paralclo. I.os circuitos con transistorcs ECL cstán dt-r.;eliados para llo satlu'arse cuando se encienden. Los tiempos cie¡:onntutación dis¡riinuyen, y para la fanlilia i0K el resultado son retrasos,:le propagación de 2 nanosegundos. Los ECL lOK pueden tr-abaJar a fre-cucnci¿rsi lnayorcs dc 200 MIIz, ECL constrnre nrás del doble de potenciar¡rrt,"l'l'I.. Iin las corrr¡lrrcrt¿rs IiCI- las cntraclas sln rrtlllzar prreclcn clcJarsel'lotaltclo. I-:r lrtt¡lcclarrcl¿r clc cnt¡'acla dc las conipuertas ECL cs ¿rlt¿r, ltrlc¡t-iras c¡trc la cle sallcla cs baJa, con lo (lr¡c se tlene un factor clc carga dc saltdarirA1,6¡ que 30. A diferencia de las conrpuertas TTL y CMOS, la conrpuertabásica de ECL es un OR/NOR, una compuerta con salldas complenrenta-rlas. \/éase la figura 6-30.
Un mienrbro de la fanll-lia 10K es el 10105, trnaconrpuerta OR/NOR tdple,le: 2-3-2 entraclas. I.a figu-,;i 6-íJ I ¡rrcscrtl;r r'l rl l:r¡.¡r';l-,,,r.a clc tcr¡nlnales cle cstaconlpuerta.
Oo' Do r DrO¿'O¿+D¡+OaOa.05+06= ffivlruo+vló3 ' ú-aT3-iD;ó5 - cr¡-TT6
FIGURA 6.31del 10105
-o-----_r-F-vtD,
---¿._J-ooiz -r--.*- d-
,.--)--- -¿
D¡ -----{--\- ó.ot ---LJ- o,
c)
(l)
2.
e
6,'II 1I ¡ OGICA DE EMISORES ACOPLADOS TECLI
#
vcc¿oooloo0lxvto¡
vre
vcco.xv5o!o6D¡o,oe
FIGURA 6-30 Com-puenLa ECL OB/NOR
A+8
A+B
Distnibución de tenminales
Eleccnónica digical e85
Nóte.se c¡trc existen tres conexiones a fuentes cle alinrentación, Vrr, Vrny Vor.DCI- IOK trabaja nreJor con dos fuentes de alimenlación de 5.2 volts,V,.,,ry V,rr.Vr,r., ¡rro¡rclrcfr"rna co¡'¡'lc¡rtc ¿t los tr¿rnsist.o¡'cs cle conlnrrtación clcl:r t:orrr¡lrrcrt:r, y V,.,, srrrnl¡llstr'¿r r:o¡'¡'lc¡1tc ¿r l¿r ctir¡la clc s¿rlltl¿t. Iistc slslr:¡nlrrccf ur:c: l¿r cantlrl¿rcl rlc ¡'rtlr.lo ltt:o¡rlaclo c¡rt-r'c conrllucrt.as cuanclo lirs s¿rltrlrrsexcit¿rn cargas granclcs, l,as dos tcrntlnales V." estein conectadas a la tlcrraclcl circuito, lo c¡uc hacc c¡r-rc V.*. sca -5.2 volts"
La fltgtrra 6-32 contienc ttna llsta con al¡ltrnos ot.ros CI cle la scric 1OK. Latc¡'rninal cle selcccicin (strobe) clc trna IOlOO y una lOlOl es trna entractaúnica quc eski alarnbrada a cacla una de las compuertas del CI y strve parahal;ilitar o lnhabilitar todas las compuertas del CI. Si dicha terntinal secltrccla sin conectar, entonces no tiene ningtrna influencia sobre la opera-ció¡r clc cada una dc las compuertas. La entrada de selección del l0l0O(:¡'c;l (:()nlllt¡t:¡'l;rs clc lrcs cntr';.rcl¡ls, ¡nlc¡rl¡'as cll¡e la clel 10lOl crca eonl-¡'tttt:r'f ns cle clos cnl,r;icl¡rs. L¿r cnl¡'acl¿r dc habllltaclón dcl i0ll3 clcbc cst¿u'c¡l IIAJO ¡)a¡'¿t clt¡c Iát c:o¡¡l¡rtrc:r't¿t f'rr¡lclonc co¡no una OII cxclr¡slvo. Slcst¡,i c¡r AI.'fo cntonccs sc lgnora¡r las cntraclas cle clatos, Do ¿r D7, y lass¿rllclas pcrmaneccn cn BAJO.
I-a salicla cn Al,'l'o cle trna conrpucrta trcL loK, yo,r, varÍa entre -o.g lo y-0.960 volts. [J¡r rrivcl BAJO legiilnro, vo,., se encrrentra entre -l.6so y-i.850 volts.
10100 Compuerla NOR cuádruple de dos enlradas con seleccién
10101 Compr.rerta OR/NOR cuádruplo de dos entradas con solección
10r02 Corn¡xrorta NOfl cuáclrur¡llo do clos ontradas (3 NOfl y I OFVNOII)
10103 Com¡rerla OR cuádruple de dos entradas (3 OR y 1 OF/t\tOR)
10104 Comptrerla AND cuádruple de dos ontradas
10106 NOR triple con 4-3-3 entradas
10107 Compuerla OR exclusivoiNOR exclusivo triple de dos entradas
10 r08 Comp.rerta ANDAIAND doble de cualro entradas
10109 Comouerla OR/NOR doblo con 4-5 entradas
r0r 13 Conr¡ruorta O[] c'xch¡sivo cuádnrolo con hatjlltaclén
FIGURA 6-32 Compuercas ECL 10K
Dn ECL el margen de ruiclo en el nivel B.A.JO es aproximadamente de0.155 volts, mientras quc erl el nivel ALTO es alredcdor de 0.125 volts.Aunque el margen de ruido cle ECL es considerablemente nrenor que el cle
A
-Li741S00
FIGURA 6.35
Eieccnónica disica'WB
co
'l'TL rt i0KIOI( a TTL'l"l'1, ¡r lOOlt
I OOI( :t'l"l'1,
I.a flgtrra G-34 ¡nt¡cst.r'¡rrlcl convcrticlor dc TTL
10 124
10t25
loot24
100125
la cllslrlbt¡cfó¡r.clc termlnales y cl clfagrantir lógt-a IICL cudidru¡llc 10124.
60.6F3O¡=Dg.$u2= L,l 'J03=Ot.$0'.=ól-.s09=O2o$O6. D¡3OToDar$
Ff GURA 6-34 Distribucién de berminales y diagnama lógico del 1O124
Notcsc cltrc cl IOlz,tr tlcnc ccl¡rcxloncs a ftrcntes cle allnrentaclón para V..,v,r.,,y licrla. Las t.cr¡lrinalcs D0 a D3 y s son cntradas TTL Schottlcv. Lássaliclas Q son [odas salidas ECL l0l(. I-a, figura 6-35 muesha la intercoñexió¡rclc trn 74LS0O con Lrn 1OlOl.
El 100255 es un convertidor bidireccional de 4 bits. Puede hacer la co¡r-vc¡'sión ya sea clc TTL a ECL o dc I}CL a TTL. La figura 6-36 mucst"ra elrll;t¡1t'lutut l<iglco rlc t¡¡r lOO25f-.r. Las cnt.r'aclas B0 a B4 son compnllblcs co¡r'l"l'l,,lltlclttt':ts c¡ttc l¡rs cntt'rtct:rs clc lrnblllt¿rclón clc clrctrlto (Cft), contr.ol clctll¡'ccclón (DIII) y A0 hasta A4 so¡r compatlbles con DCL IOOI(. Para haccr l¿rconversión dc DCL a]TL o viccvcrsa, CD clebe estar en el nivel ALTO. Cuan-clo CD se cncl¡entra en el ¡rlvcl BA-IO, todas las compuertas entran en unestacio de alta impecla:rcia. I¿, terminal DIR controla la dirección dc la trans-fcrcncia.
+5V
^
:w2
v3
óoO¡
U6
Q7
cNov5
q6
9lO2
Vcc
s3vlv2xv0v0t
orVrr
10124 10101
Vee
Incenconexión de TTL con ECL
ABB Especificaciones y compuen[as de colecuon abiento
B. 83 82 Bt Bo
FIGURA 6-36 Conversión bidineccional
[Jn ltlvel BAJO en DIR pernrltc c¡rre los inr¡ersorcs condrrzcan cle B a A(ttÓlt:st: r:l t:Ít'ct¡lo <lc lltvcrslrln crr l;r cnt.r'¿r<lrr clc co¡ltt'cll clc cstos lrlvr:¡'so¡.csi).co¡l f)lll llAJo, cl Cll lrnr:t: lrr r:o¡rvcrsró¡l rlc'l-l'1. a DCL. Un AL'l'o r:¡r I)lIliritcc t¡t-tc los llrvc¡'st¡rcs co¡rclllzcir¡l rlcA¿r I3 (nlngr.in circrrlrt clc lnvcrslCln cnIns ctlll'ntlns clc eo¡llrol clc cslos lnvcl'sores). Co¡l DIR AI.'|O. cl CI h¿rcc laconvc¡'sló¡t clc IiCI- a 'l-fl,.
Los convc¡'ticlo¡'cs alrtcs tts:rclos para'l-l'1,, talnl¡ién functonan ¡tar.a CICMOS que trabaJelt con 5 volts. Para hacer la interconexión con CMOScuando éstos ft¡¡rcionan con otros niveles cle voltaje, primero clcbc haccrseIa collt'c¡'sión a'fTL y luego enrplear comprrertas de colector abierto, conlosc inclicó anteriornlente en estc capÍtulo, para hacer la interconexión con elnivel de voltaje deseado.
6,,'I3I TECNOLOGIA DE MONTAJE DE SUPERFICIE
i\4icro¡lliniaturización es una palabra relativa¡lrente nueva quc se ¡'eficre alproccso dc reduclr el tanrario y la cltsipaclórr de potencla dc los cil'cultosclectró¡rfcos. En las práct.icas clc cste librn se han enrpleado Ci con unetrcapsulado de doblc hilera dc tcrniiriales (DIP). trl CI DIP reprcscnta cic¡'-tantc¡rte ltna nreJora sobre los circuitos equivalentes constnridos con ttrboscle vacÍo o tra¡rsistores discretos. En pos de la lnicronriniaturización, elencapsulado DIP ha cedido el camino a la tecnologÍa de montaje de su-I'erflcie (SMT). Los clls¡>oslth'os SMT no atravlesan la tarJcta dc circrrltoif)ll)l'c.so I):lt'a sc¡'solrl¿trlos rlel olr'<l lnclo (laclo clcl conrp<lnclitc, lnclo rlc llrs<ild¿trltrra). Dstos clis¡rositivos se suelclan sobre zonas nretallzadas qr.¡c es-tá¡r cn ctralquler lado clc la tarJcta, pero sin pasar a trar¡és de ella; de aquÍel ¡ronrbre de nrontaJe clc superficie. I-os siguientes son algunos cstilos deSMT.
I-os cncapsulados dc contorno pequeño (SO) fueron clesarrollados porPhilips Corp. para la industria relojera suiza y originalmente se conocieronconlo encapsulados de conto:'¡lo suizo. En Estados Unidos fueron introdu-cidos en la industria por Signeücs a ¡rrediados de la década de los setenta.
Elecur.ónica digical ag9
'l'al conto se ntucstra en la figura 6-37, el encapslrlaclo SO Lienc el ntismoestilo clue el dc doblc hilcra de tcrntinales, con éstas doblaclas hacia abaJo yIt:tt:l;t it[ttct'¡t ¡lara f:tcllltar cl rttclnta.lc sol:r'c las zonas nrctallzaclas clc lat:rr'lr:t;t clc cll't:ttlto lttt¡lrcso. Iist.¡t lonn¿r clc lcrnllnal sc conocc conto aJa clc(Ítvlottt rt ¡tllt M. I'),xlslt:rr CI .SC) r:n r:nr:rr¡lsr"rlaclos clc B, l4 y l6 tcrlnl¡l¿rlcsc¡ttc Llcttcn tur a¡lcho tlc 0.0150 ¡rulgaclas. Dxlsten CI granclcs dc co¡rlornopccltrcño (SoL) en encapsulaclos de 16, 18, 20, 24 y 28 ternrfnales quetic¡rcn un ancho de 0.300 pulgadas. I-os clisposltivos TTL estándar, ITAST,ts. s, cMos, HC, Hgf. AC, ACT y ECL cstán dtsponibles en encapstrlaclosSO y SOL.
Un portaclor clc pastllla sln ternrlnales (LCC) es un cncapsrilaclo cle CI clcceránrica quc no tiene ternlinales que sobresalgan para concctarlo a latatJeta dc circuito impreso. I-a conexión dcl LCC se hace tanto mecánlca(:o¡tto clic:[ricil¡ltc¡llc lltccll¡r¡rlc solclaclr.¡r'a. La figura 6-38a mt¡csh.a la for-¡tt¡t (l(: ttn ¡rtll'taclo¡' clc ¡lnstllln sln tcrnll¡rales. La f'lgtrra 6-3Bl) ilusLr¿r unLCC solcl¿tcltt <lc t¡l¿l¡tc¡'lt t:orrcr:t¿r l r¡¡ra l:rrJcta clc cl¡'cr¡lto lnt¡rrcso.
Iil ¡rortaclol'clc ¡taslill¿r clc ¡;liistlco con tcrnrl¡rales (PI-CC) frrc illt¡.oclt¡clctoctl 1980 co¡tlo t¡na altcrnatlva clc nrcno¡'costo ¡tara cl LCC. Tal co¡l.ro sc¡trttc.s'[ra cn l¿r fi{trra 6-39a. cl PLCC tlcnc termtnalcs por los cuat.ro laclos.
(A)
Tarjeta dc circuitoimpreso
LCC
FIGURA 6-38 Poncadon de pasuilla sinterminales ILCCI
FIGURA 6-37 ConEorno pequeño
Disparadores de Schmitty reloies
LISTA DE TERMINOS
dispanadonhisbénesis
de Schmitt
OBJETIVOS
Ó Al [órnli'o clc cstc ca¡rítulo el lector clebc.scr capa r, crc.:,
1. Dxplicar cl ftrncionamiento de trn disparaclor de schmitt2. utilizar un dispalador de scirmitt para obtener una onda
cuadrada a partir de una onda .senoidal.3. Utilizar el disltarador dc Schmitt cn la construcción cle un
rcloj.4. Dcscribir la lormA cn que fr:nciona el tcmporizadorbl_rb y
cólno cmplcarlo como rcloJ
5. Ulilizar un CI CMOS 4001 para construir un oscilarlor clccristal.
mulEivibnadon astablecompanadon de voltaje
42O Dispanadones de Schmitt, y nelojes
DISPARADOR DE SCHMITT
I.;r i'tgr¡¡'ir I l-l ¡r¡r,rcst¡':r ta Sr';i[lc¿r rlcl voltaJc clc c¡rtl'acta contra cl voltajc clcsull<la <lc t¡n clispnrador dc Schmitt'1-l'l- lí¡rlco. A ¡lccllcllr (lL¡c aLrntc¡lf a clvoltaJc clc cntr¿rcla, la salicla ¡)ernranece cn cl nivel BA.JO o valor 0 hasta c¡rrccl volt;{e cle cnlrnela t.cnga ulr v;rlor aproxlntado dc 1.8 V. En esl.e umbralsttpcrior, la sallcla salta ai valor lóglco i. Cuanclo cl volta.Je dc cntracla cae,l¿r sallcl¿r lro rcg¡'es¿r al valor l<iglco O stncl hasta que cl voltaJc clc cntraclatcttga t¡tl valor tllcnor c¡rtc cl r¡llrbral Infcrlor, que cs a¡rroxtrnacla¡ncntc clc0.8 V. I-a clifercncia entrc ios ltnlbrales supcrior e fnferior recibe el nonrbredc b'istéresls clel dls¡rarador clc Schnrftt y, para un dtsparador dc Schmitt'l-l'1.. cs al¡'eclcclot'clc I v. E¡ sí¡rrbolo para un dtsparador dc Schnrltt es lagráfica dc la flgtrra I I - I , tal conlo sc muest¡a en la compuerta no lnversora(luc ¡ll)ilt'c(:c cr¡ lir ¡r:rrtc <lcrc:<:lr¿r clc lii flgtrrn.
t lfuico
Vollajcdc salida
0 lógi Símbolo de undisparador deSchmitt
1.8 V
Umbral inforior -> {- Umbral suocriorVoltajo dc cntrada
Ff GURA 11-1 Gr'áfica de volcaje de salida conLna voltaje de en[nadaun disparadon de Schmict
11.1
de
11.2 USO DE UN DISPARANOR DE SCHMITTPARA CONVERTIR UNA ONDA IRREGUTAREN CUADRADA
El hccho de quc el cllsparaclor cle Schmitt tenga histéresls es la razón por lac¡ttc ¡lucdc uüllzarsc ¡tara obtcner una onda cuadrada a parllr de otra onda.col'¡]o la scnoiclal. Confornte aulnenta el voltaJe de entrada y sobrepasa elunlbral superior, el voltaje de salfda cambla de estado. El estaclo no canl-biará de nuevo hasta qr-re el voltaje de entrada tenga un valor menor que clumbral inferior. Lo anterior se ilustra en la figura II-2, en la cual se uülizaun clisparaclor dc Schmitt inversor.
Eleccrónica digíral,qZ1
Nótese quc el voltale dc entracla sólo desctende hasta 4.7 V con respec-to a tietTa. trsto se debe a que la parte lnferlor de la onda senoidai ha stclo¡'cco¡'l:t<l;t ¡ror' los cllt¡clr¡s clc ¡'cr:orte clr: l¿r cntracla clel Cl 2414. para pr-'tcgcrcl clloclo cle rccortc, sc crttplca t¡n resls[or llrnttador de corrlente ¡laia fntro-cltr<:l¡' l¿r o¡rcl¡r senolclirl.
La habtlldacl clcl clls¡rarador cic Schnrlt[ para productr una oncla ctradra-cla a partir dc una scnoidal purecle emplearse para obtener señales cle rcloJclc 60 I1z' y l2O flz' nluy prcclsas a ¡lartlr ¿é la red de energÍa eléctrtcaclc CA.
Umbral superior
Umbral inferior
Ff GURA 11-? Uso de un dispar.ador.cuadnada a panLin
de Schmibc panade una senoidal
obtener. una onda
II.TENRUPTON OE
ENCENOIOO
/,fl0vcA r2.6VC^
s¡¡@
I k olÍi
fmOuF
ONDA CUADRADl DE 6O Hz
ONDA CUADRAOA DE 120 t-tz
ONDA CUADRADA DE 60 I.ts
Voltaje do salida
FIGURA 11.3
42? Dispar-adones de Schmitr y relojes
[,as colttpa¡iÍas gcncradoras dc cnergÍa eléctrica deben mantcner con granprecisiÓn la frccuencla cle 6AHz clc la recl. trsta frecuencia puede enr¡tlelrscr:o¡l [:tt:lllrl¡trl c¡¡;t¡rltt';tr:totrcs rllgll¿rlcs, I¡ flgrrrn I l-3 nlr¡cst.r¡r trcs ¡lir':f oclrisJ)¿ll'¿l (:o¡lvcl'tlr t¡¡r¿l o¡ltl¡ sc¡lolrl¿rl cic CA en l¡11ír oncta ctrarl¡.acla rllgttal co'ltlvt'lc's'l'l'f,.
11.3 RELOJ CON DISPARADOR DE SCHMITT
Umbral superiorVollajc do cntrnda
Urnbrnl inlorlor
Punlo A
Salida
Un reloj cs Llll oscllaclor o, conlo sc co¡tocc en ocaslones, un multlvibradorastable y sc utillzA cn Lln ctrculto cllgital. I;r figura ll-4 muestra u¡ reloJsencillo construido a parlir de un clisparaclor de Schm ltt 7414. Ctrando elpunto A (quc cs la salida clel lnversor) tiene un nlvel AI,TO o 1 lóglco,cl ca¡lar:llor se carAa¡':i n lravis rlel rcslstor cle I kA y la cntrnda J-I.L coltrosc ¡llttcsl¡'íl cll l:r f'lgrrra I l-l-rA. (.-t¡anrlo cl voltaJc clcl ca¡tacltor ¡rlc¿r'2.:r cltt¡l¡llt':ll stt¡lr:t'lot'rlcl <lls¡r:rr';ttlo¡'rlr: Sr:hr¡rltt, l¡r siltcla <lcl l¡rvc¡.sor..íro ¡¡ r¡nv<tllrrJr: o, o ¡llvcl ltlglr:o o. listo ltacc r¡uc cl c:r¡r:rcltor sc clcsc;rrgtrc:r travésrlcl rcsistor dc I l<e, co¡ro sc ¡lltrcst¡'a cn la flgura I l-bB. cuanáo cl'r:rtajeen cl ca¡racltor clcscicnclc hasta cl u¡lbral iáferlor, Ia sallda clcl lnversorcalllbia clc nucvo a I lógico, conrplctanclo co¡r esto un ciclo cle rcloJ, conto semuestra cn la flgura I l-5. Nótcsc qtre el capacitor se ca¡'ga con una rapiclezlnt¡cho tllayo¡'que co¡l la c¡uc sc clcscarga. I-o anterlor se clebe que la cargacle óstc sc hacc a través clel rcslstor cle-t kQ y la entrada TTL clel lnr¡crsor.pero sólo puede descargarse a través del resistor de I ke, proceso que es¡lrás lento.
FIGURA 11-4 Reloj con un dispar.adon de Schmiru
Electnónica digiral 4?Íl
Flujo de la
corr¡onlo cto
oloclronos
(s)(A)
Vollaio do ontrada
-/
Umbral inferior J
FIGURA 11'5 Un ciclo del reloj con dispanadon de SchrniIr invenson
L:r fj'cc:ttc¡"lcl:r <lcl rclc{ clc¡rc¡rclc clc la constantc cle Uenrpo RC clc carga yclc.s<::'tt'¡{rt. Darlo t¡tttl ltt cnlra<l¡t <lcl lnvcrso¡"1-l't, cs ¡na carga clc st¡'rl.lsf ¡.,qtlc ítyltcla a (:ilrga¡'al ca¡xtcllor'. cl rcslstor no ¡>ucctc scr l¡richo nrilyor-cp¡ci ltC) ya quc clc lo co¡rtrario cl voltaJe cle clcscarga nunca scrá mc¡ror quó clumbral infCrior clel disparador dc Schnritt. Por conslgulente, es necesario¡rrantcne¡'el rcsistor R con un valor próxlmo a I ka, pero el valor clc cpucclc camblarsc, con lo c¡ue canrblará la constantc cle ücrnpo RC para lacarga y dcscarga. I-a fórntula para la fi'ccuencla clel rcloJ, co*b una funciónclcl valor del capacf tor y suponlcnclo quc R cs I ke, es
Punto A
l'= 6.69 x l0-aC
Iil segrrndo invcrsor sc cmplca conlo contpuerta cle atslan'¡icnto cle co-n'lcntc para excltar otros circtritos, sin afectar cl funciona¡iiento clcl clrcuf -to dc rcloJ.
El oscilador con clisparaclor de Schnritt cle la flgura ll-4 puecle cons-t¡r.tirsc con un dlsparador de Sch¡nltt lnversor CMOS T4CI4.Al emplear unfnvcrsor cMos, la fmpedancia de enh'ada es muy grande (alreciedor del0 M ohm), lo quc stgnifica que la entracla no actúa óomo carga de suminis-
424 Dispanadones de Schmitt y nelojes
tro, co¡no sr¡ccde co¡r cl l¡lr¡crsor'ITL. to a¡rterior significa que cl resistorque sc crnplea c¡r el clrculto RC ptrecle tencr casi cualqttler valor. IJnrlls¡ltrr':rrlrlr clc Scll¡nf tt CMOS tÍplco l.lc¡re r¡¡la ltlstúrcsls ccrc¿r¡ra a 2 r,oltsr:uanclo cl voltaJc clc la ft¡cntc dc all¡lclltaclón es cle 5 V. El vollajc dehlstúrcsls sc vuelvc rrrris granclc a ¡rredlda que cl voltaJc dc ¿rllltrcnt¿rcló¡ratrnrenta. I.a fór¡nt¡la para la frccuencia aproximada dcl oscilador condisparaclor cle Schmitt CMOS cs la slguiente.
If= 5.88 x l0-aRC
EJcmplo: C:rlr:r ¡lt,: cl v¡rlo¡' rlcl crr ¡l:rr:lt rlr ¡xrrlr r"rn oscllarlrx' dclrr¡lrlo n ¡rnr'llr clc ul"¡ cll'cr¡lto con clls¡tararlol' clc¡nllar al de la figura I l-4.Solución:
Dl cálculo pucdc hacerse con la fórmula dada en
6.79 x l0ar =-
2l< =
C
6.79 x lO-a
C
6.79 x l0-a(J
=
------- 2l<C =.33 uF
Dl resistor debe ser deaproximadanlentc de 2impedancias de entrada
2l<llz. (:o¡ ts-Scll¡r¡lt.t. sl-
el tcxto.
I k ohm, y la frecuencia flnal serákHz debido a las diferenclas en lasdel disparador de Schmitt inr¡ersor.
AUTOEVALUACIÓN PARA I-AS SECCIONES 11.1, 11.2 Y 11.3
l. ¿Cuill será laSchnritt de larad? [31
frecuencia aprodmada del oscilador con disparador dellgura 1t-4 si el capacitor üene un valor de .15 microfa-
ElccIr'órrrca ciicli[¿ri 425
2' DlllrrJc las fol'¡ltas clc otrclit tlc la critracla y la saltcla clc t¡p clfs¡lar-.clor clcSchnrlt.t Invcrsor trtilizaclo ¡rara obtcncr una oncla cuaclracla a partJrclc: trn¿r scrrolclll. [21
3. ¿,Cuál cs l¿r hislórcsis Lipic¿r clc un clisparaclor clc Schmitt fiL? [l l
11.4 USO COMO RELOJ DEL TEMPORIZADOR 555Dl tr:ttt¡lot'lzaclo¡'555 cs rr¡l Cll tcnr¡rorizaclr>¡'ctc pro¡:óslto gcncral qire ptrccleenllllcarsc cn nlttchas aplicacioncs. Para contprcnder su funcionanilento,prlnlcro cs llcccsal'io cntcncler la o¡lcración cle un comparador de voltajefor¡n¿tclo por LlIl CI anrplificaclor opcracional. I-a figura l l-6 nrtrestra ¡n CIconll)araclor clc voltaje I-M339. trn este CI existen cuatro conrparadores,clrcla u¡ro co¡r clos cnt¡.aclas, rrnA nlar.cacla co¡r + y la otra nrarcacla con _.Cacl¡r co¡nl)a¡'¿l(lor tanlbiin tiene una salicla cle cólcctor abierto que no cscontttn c'n lA ntayona de los anrplificadores operacionales, lo que se clebe a
DI oscilosco¡rio mtrcstl.a la forllr¿r clconcl¿r clc l¿r salicl¿r cn la ü-aza st¡pcr.iorde rrn oscilarlor con clisparaclbr clcSch¡nitt, tal conro cl cle la figura I I-4.I-a Lraza inl'crior lnuestra el aumento
y l:t clis¡llinución clcl voltaJc en clcapacitor e¡rtre Ios trnrbrzües ilrferior ysupcrior dcl disparaclor de Schmittinversor.
4?6 Disparadones de SchmiUr y r-elojes
FIGURA 11-6 Companador de vol[aje LMg3g
quc cstc tlpo dc anlpllflcaclor opcracfonal cstá clfsc¡iaclo para scr utilfzacloco¡l]o cont¡rarador clc voltaJc cn un clrculto cllgltal en el quc la sallcla scrátinlcanrcntc tlerra o V.".
trl voltaje de alimentación para el cl puede variar entre 3 v y ls v, y lase¡ltradas üenen una inrpedancia muy grande. Esto signlfica quó puede ern-plearsc con circuitos CMOS y que las entradas no tendr¿in óf..io sobrc clcircuito al que se encuentran conectadas.
Si sc colrecta r:na rcfcrcncla cle volt.ajc en la entracla ncgativa, cor]lo se¡llt¡e'sl.ra cn la flgrrr:t I I -74, y cl voltaJc cn la c¡rtracla poitttva sc vrrclvcIll¿ryo¡'c¡ttc cl dc l¿r cntracla ltcgatlva, entonces la sallda lrá al cstaclo clc altaItttpetlancla. produclcnclo un I lógtco debtclo al reslstor externo cle acopla-
'llliento a ¡lositivo. Si ahora cl voltaJc cle la entrada posluva se vuelve nlenorc¡tre cl dc la entrada ncgativa, la salida va a tien'a produclendo un O lógico,conlo sc ¡trucst¡'a c¡r la figura ll-7iJ-. Para abreviar, sl la entrada poslüva esmayor qtte la entrada ¡legatlva, entonces la sallda üene el estado de altalnrpeclancla. si la entrada posltfva es menor que la entrada negauva, lasalida es cero o üerra.
+5V +5V +5V
rI
GND
Ff GURA 11-7 Funcionamiento del companadon de voltaje LM339
Eleccrónica digital 4?.7
El 555 uUliza clos comparaclorcs clc cstc tipo para inicializal y reiniclalizarun flip-flop, La flgtrra 1l-8 presenta un CI 555 conflgurado para constmtrccln Ól tttr t'cloJ. Iil voltaJc clc t'cf'crc¡rcla para los conrparaclores cstá claclo portt¡r cllvlsor dc volta,fc [orl:laclo ¡'ror trcs rcslstores dc 5 kQ, clc aqtrÍ cl nollll¡rcclcl CI, 555. Dstc dlvlso¡'clc vollaJc a¡rltca l/3 clel voltaJe cle altnrentactón ala ent¡'ada positlva del cont¡raraclor lnferior, y 2/3 del voltaJe de alinrenta-ción ¿r la en[r'ada negativa clcl conrparador superior. La entrác]a negagva delcontparador lnferior recibe el nombre de disparador, mientras q,rJta entra-da posiUva clcl cor)rparaclor str¡tcrior es cl unrbral.
Sl cl umbral y el disparador se conectan entre sÍ, cntonces pueclen em-plcarsc para inicializar y rcirrlclalizar cl fltp-flop co¡rteniclo en el 555 ala¡rllcarles un voltajc nlayor qtrc 213 Vr"o nlenor que I /g Vcc.
Ct¡¡nrlo cl rllspar';rclor y cl u¡llbral llene¡r rrn vollaJc ntayo¡. c¡ttc 2/3Vr.r., cl(:o¡ll¡)ill':l(lot'st¡¡lc:t'lot'(:sl¿i t:ttt:t:¡t<llclo o cn I loglco clcblclo a,¡irc l. crrL¡.^ct*poslllvlt cs Ill¿lyol'(lttc llt c¡rl¡'lrl;r nc¡{allv¡r, l¿r cltrc siclnpl.c cs lgrrnl n2/:\ V(:(:.lil cottt¡tar'¿tclor clc la partc l¡rfcrlor tlcnc cl nlvcl lógico O, yatc¡trc lacrrl-r';¡cl¿t ¡lrlsltlrrlt cst:i ¡tttcst¿t ¿r I /3Vccpor los cllvlsores ae vottalc ior't¿rclospor' los l.¡'cs t'c.sistot'c.s clc 5 kQ, y la_ eñtracla ncgaüva üene ,t-r uólt,¡" nrayorc¡ttc isl.c. Dsto Il:r<:c c¡trc cl cstitclo clcl fll¡t-flol) sea l, co¡r lo c¡trc l^ s-alict¿r clclCI v¿r ¿rl ¡rlvcl IIAJO clcblclo tt la corrr¡rue¡'ta invcrsora cle afsja¡rlc¡to.
Para voltajcs cle umbral y disparo nrenores cpe 2/3 l/.. pero nrayoresclttc I /3u^rcl cl contparador su¡:criorva a O y el comparaclolYinferior perrrra-necc en 0. La sittración anterior representa el estado sin cambio áel flip-flop interno' Por consigtriente, éste permanece en I lógico. Cuanclo el yolta--fc cn las entraclas c¿rc por rlcba.Jo dc I /3 Vrc,el conrparaclor l¡fcrior scacllv;t o va al nlvcl lóglco l. Iisto hacc c¡trc cl fli!-ftop sea rel¡rlclallzaclo. porl"¡ttrto, cl f'llp-flo¡l l¡ltcl'¡ro <lc:l Ír5ii ¡rtrcctc lnlclallza¡'.se o rclnlcfallzar.sc apll-carrcfo a las clos entrarlas, unrbr'¿rl y cllsparo, trn voltaJc supcrlor a2/3 vrrolnfcrlor a I/3 Vr".
I-a sallcla clel f'lip-flop Interno cstá tanrbién conectada a la basc clel tran-slstor clc descarga quc hay clcntro dcl CI. Cuanclo la salida e ticnc el ¡ivellógico l, csto activa al transistor, conectanclo la terminal de descarga aticrra. Cuando la salida Q es 0, cl transistor está apagado y la tcrnrinal cledescarga üene un estado de a-lla impedancia, es decir, no está conectada anacla.
ttl 555 clsclllt (l sc co¡tvlct'lc ctr trrt rcloJ sl se cortecla, co¡ncl sc n¡rcstr-{l c¡rla figtrra I l-8, ttn circttito co¡'t rcsÍstores y capacltor cntrc las tertni¡ralcs clcttlllb¡'al, clis¡raro y clcsctrrga. Ct¡¿rnclo cl fllp-flop es rcl¡lclallzaclo al cstacloO, la Lcrrllinal dc clcscarga se encuenLra en cl cstado de alta lmpcdancla, loqtlc Pcrmf te qttc el capacitor sc cargue a travós de R, y R,r. Cuanclo el voltaJc.cn c.l ca¡racitor alcanza trn varor un poco niayor qiie i7s v.., el flip_nópcambia de cstado a un I lógico. Lo anterior hace que el tranélstor ¿e ¿es- ,
c&rga sc actlvc, con lo qr.re cl capacitor conrienza a descargar.se a trar,és de
428 Disparadones de Sclrmitb v r-eloies
Ro y cl t¡'¿rrlsistot'cle clescarga, hasta quc el voltaje alcance un valor un poco¡'nc¡-lor qrre I /3 V.r.Iln esc ¡no¡rre¡rto, el flip-flop es reinicializado y toclo el<:lclt¡ crllltlc¡lza ot¡'¡.t vcz. Lir flgtrra I l-8 tallll¡ló¡r nrucstra.l¿r fo¡.¡ll¿iilc,¡lcl:rpat'a cl rclo.j 555. Rcct¡ór'dcsc clt¡c la sallda del 555 es el conrplentcnto clc lasalid¡r @ clel flip-flo¡r"
kr fór¡rlula para la fi'ecuencia de la sallda puede obtenerse nrediantc elenrpleo cle la fór¡rrula para el voltaJe de carga de un capacitor como funciónclc la constante clc tlcnrpo RC y clel ttcnrpo cle carga.
clonrlc Vo = voltaJc a travós clcl capacltor
Vu = voltaJe dc all¡ncntaclón
T= ücnrpo dc carga
RC = rcsrstcncta x capacitor, constante de ttempo RCPrinrero, es neccsario resolver la ecuaclón para el üempo de carga:
v. = v,[r -
-'r=l-eE
-7'
= -eE_T
=eE
-t I
anc I
)vcys
v, _,ys
-v -̂ +lvs
/ t, \
l¡rl -uc+tl\Ys )
*'r/?C
/I ITlnc) lnl - vc *\ / [ys
ryi-l = rl-l
)
rl)
It¡
T:
f -r\vc = Ysll -nn')
/ ",T = -fRC) lni - uc
o\ '' [yt
Umbral
Control dovolta¡e
Electnónica digibal 449
;,,;",:a¡slam¡onto
I
de la salida I
I
I
I
I
I
J
Disparador
RESET
Doscaroa
"I
Volla¡0 dolcapacttor
F¡GURA 11.8 Tempor"izadon 555 configunado como r.eloi
43CI Dispanadones de SchmiLu y relojes
El üenrpo necesarlo para cantblar de ,/sV, a r/uV, es lgual a:
.T'l=
r = -nc{rn(-,,"* t)- r"( -'2, + r)]
r'= -nc{rn( t.)-',( 7.)l
r = -oq- Lro - (- o.+ r¡J
r = O.6ERC)
Allor:t sc t.lctlc t¡t)il ccu:tclón r¡rrc ¡>ro¡iorclo¡r¿r cl tlcmpo que tonra cír¡.g¿rry clcscitrg:rr cl ca¡racltor c¡r cl tcrclo ¡lcdlo clcl voltaJe cle allmentaclón comotr¡rn ftrnclón clc l¿r co¡rstantc dc t.lcntpo RC.
u¡r ciclo cstá fornraclo por un ilenrpo clc carga y otro de descarga. L,aco¡rsta¡rtc dc flcnrpo RC ¡lara la carga es C(R, + l?^) debtdo a que el capacltorse carga a través de /1, y Ro; pero la constante de üempo RC para la descar_ga es c/?o debido a que el capacitor se descarga sólo a través de I?o. Forconsiguiente, cl tienrpo de carga será nrayor que el de descarga cla"da ladiferencia en las constantes de üempoRC. Con este conocimiento a la mano.puede obtenerse una fórntula para la clt¡ración total de un ciclo de relol.
Tr, = O.Og (R,,+ R^)C
T*= 0.69C1?B
clondc Q = tlenrl)o para cargar el terclo medlo de V""'l'*= tlcnr¡ro ltara descargar cl terclo medlo de V""
Por tanto, el üenrpo dc un ciclo (fl es
P=T +T' -c 'Dc
P= 0.69 ( R,,+ R^) C + 0.69CI?u
P = 0.69CR, + 0.69CRn + 0.69CRB
P = 0.69C (&,* Rn + Ro)
tr= 0.69C (2Ro+ ¡¡n¡
I^a frecuencla del reloj es igual al recÍproco del periodo tr
- (RC),"[+o .',)] - [-,^.¡,{+=.')]
iP
F_
Electnénica digiual 43'l
En consecuencia:
o.69C(2Rf¡ + Il¡)r.44
C(zRB * Ru)
La cxprislón antertor es la fórmula para la frecuencla del reloJ de la flgtrraI l-8 construlclo con cl tcntporlzaclor 555.
El 555 prodtrcirá una salida con una frecuencla muy estable desde pe-rioclos muy grandes hasta alrccledor cle 0.5 MHz. El clrcuito ftrnclona convoltaJes de altnicntación de entre 5 Vy 18 V, y consume entre 3 niAy I0 mAclc: co¡'rlc¡ttc crranclo rro hay cilrlla;rlguna cor¡cctacla a ó1. Una bt¡e¡ra carae-t.c¡'istlc::r clcl 55Í: cs su ea¡rar:lcl¡r<l ul cr¡rrlcrrtc, ya que cl dlsposltlvo ¡>ucclcconst¡¡uh'o prol)o¡'clo¡ur¡' h¿tst¿r 200 ¡nA, lo c¡uc slgnlflca c¡trc ¡rrrcclc cxcf tlrrc¿lrg¿ls rntry granclcs.
EJemplo: ¿Ctrál debe scr cl valor del rcslstor para constmlr un osciladorcon r¡n 555 utiltzanclo cl clrculto de la figura 1l-B? La fre-cuencia deseada es de I kHz y el capacitor es cie 0.1 lrF. Elresistor A es igual al resistor B"
Solución:
Despeje R de la fórmula de la frecuencia.
L44r-F_
3R
ft=
R-(s¡(o.r*ro-6f,r"r03)
R=4.Bkohms
F_
F-
c(2R + R)
r.44.---'-_:c(3R)
1'44=-CF
1.44
3CT'1.44
Elecunénica digital 43'l
En consecuencia:
o.69C(2Rr¡ + R¡)1,44
c(zRB * Ru)
La cxprislén anterlor es la fórmula para la frecuencla del reloJ de la flgtrral1-B construlclo con cl tcnrporlzador 555.
trl 555 producirá una salida con una frecuencla muy estable desde pe-rlodos muy grandes hasta alrecledor cle 0.5 MHz. El circuito ftrnclonA corlvoltaJes de altmentación de entre 5 V y 18 V, y consume entre 3 nrA y I0 rnAclc c<l¡-¡'lc¡rtc cr¡a¡rclo nc.r h:ry cilrga;rlgunn cor¡ectacla a é1. Una br¡e¡ra carac-t-c¡'ísllc:¡r clcl 555 cs st-t ca¡laclclir<l cn corrlerrtc. ya qLre cl dts¡losltlvo ¡ttreclcconstttuh'o prol)o¡'clo¡ut¡' lt¿lstir 200 ¡nA, lo c¡uc slgnlfica c¡trc ¡lrcclc c.rcltlrrc¿rrgÍrs nrtry granclcs"
EJemplo: ¿Ctrál debe ser cl valor del rcslstor para constmlr un osciladorcon un 555 utillzanclo cl clrctrlto de la figura lt-B? La fre-cuencia deseada es de I lcFIz y el capacitor es cle 0.1 uF. Elresistor A es igual al resistor B.
Solución:
Despeje R de la fórmula de la frecuencia.
| /141l = --:-:
--- c(zn + n)
n 1.44l. = -7--.c(3R)
3R = !11CFr.44
f,(=-.3CI?
R- 1.44
(s)(o.r * to-6f,r, i03)
R=4.Bkohms
Il=
p=
432 Dispanadores de Schmiil; y relojes
Ejcmplo: Utilice un tenrporizador 555 para producir un retraso dc ac-tivacló¡r clc cinco segtrndos. Use la saltda clel 555 paraerrerglzar r¡¡r rclcvaclor.
Soluclón:
Dnr¡rlcc cl circulto clc la flgura I I -B pero desconecte la tcrnri-nal DiS del circulto de temporizaclón RC. Esto impcdirá quecl 555 oscile. Cuando sc qulta la energÍa cléctñca, el capacitorsc rlcscarga a travós cle la resistencfa del reslstor en el cfrctri-to cle tenrporizaclón RC. Al apllcar energÍa eléctrlca, elcapacitor conrienza a cargarse, pero el relevador no seráenergizado clebldo a que la salida del 555 tlene el nivel ALTC.Cuando el volta.le en el capacitor alcanza.2/3 del voltajc dealt¡ilc¡lt¿r<:t(l¡r, lir snllcla v¡r ¿rl nlvcl RAJO, cncrgfz.anclo cl¡'clr:vuclo¡'. Iistc cs r¡11 clrculto co¡rrún cnr¡rlcaclo para rctardar'r:l arranc¡rrc <lc lnotorcs gran(lcs hasta qtrc cl slstc¡lta clc ¡ro-tcncla cnt¡'c colrr¡tlctarne¡rtc cn opcraclón.
Para calcular cl valor del capacitor se cscoge un valor ¡rara larcslstencia cn cl clrculto RC, tal conlo IOO h ohms, y luego secalcula el valor dcl capacltor para el tlempo cieseado"
r = -(nc)
r = -(nc)
r = r.l(Rc)T¡ --
l.l R
l.,i- v. * rlLY' J
,n[ -rz.% *,1t%l J
l.l x 100 l< ohms46 pF
11.5 OSCILADORES DE CRISTAL
Cuando se necesitan reloJes mu)¡ estables y preclsos, entonces se empleaun cristal de cuarzo para generar la frecuencia. La figura 11-9 muestra unoscilador de crista-l construido con una compuerta NOR CMOS 4001. Dstecircuito funciona bien hasta los lÍnrites impuestos por los retrasos de pro-
pagación de la compuerta NOR CMOS.cletcrminada por la frccuencia co¡r la que
Electnónica digibal'1114
La frecuencia de oscilación estávlbra el crista_l de cuarzo.
FIGURA 11-9 Oscitadon CMOS de cnsEal,
Sl sc coloca tt¡r reslstor clc l0 MA cnke la sallda y la en[racla cle laconrpucrta NoR' la cnlrada cluecla polarizacla con ,rn ooitaSc lstral a Vz Vrn.Dsto hacc básicanlentc que la conrpuerta se convicrta en rl.n lmpll.ficaclorclc alta ganancia. Si se coloca un cristal y una red PI de capacitores ..,o. l"salida y la entrada, entonces pueclc hacerse que el ampliiicador oscile ala f¡'ccuencfa clel cristal. La conrpuerta cle aislamiento se emplea para evitarquc el circufto que se conecta al reloJ afecte la operacÍón del mismo.
Dn la actualiclacl cl oscllador clc crlstal quc más se uüllza en la nrayoríaclc los cl¡'ct"tltos cllgltalcs cs r¡¡r clrct¡l[o híbrlclo quc vlene cn un cncapsrr-laclcl clc ¡trctal. Dc¡ttro clcl cnca¡rsulacio sc cncuerit¡'a tocla la cl¡.crrltcría.c-ccsarla para l)rocluclr la ft'ccucncta clcscada asf conro una co¡lrpucrta clealslantiento capaz cle constrmlr o proporclonar entrc 20 y 30 mA dL co¡-rlcptc. Este üpo de osclladores se uüllza en las mfcrocomputacloras y muchosot.ros dlspo.sltivos controlaclos por conlpr¡taclora.
AUTOEVALUACTÓn¡ pnnn rA sEcclóru tr.s
t0 Mt)
TI.
2.
sl Ra y Ro son dc I kQ, ¿ctrál será el varor del capacitor nccesario paraprodr-rctr ttna frecucncia de 1500 Hz en el cfrcutto cle relol constrilclocon el 555 de la ligura l t-8?
¿Cuál será el ¡-,mbral superlor del temporizador 55S si se coloca tr¡rresfstcr ce 5 kQ entre la cer¡nlnal de control de voltaJe y vrL?
Monoestables
L¡STA DE TERMINOS
monoesEable redisparablealargadon de pulscs
OBJETIVOS
Ó Al tir.rino clc cstc capÍturo cr lcctor dcbc ser capa z cie:
t. Dcscribir cómo haccr uso de una red RC par-a evttar- las .
cscii¿t.ciones cn un intcrn:ptor"2" Dcscribir cómo construir un alar-gaclor de pulsos"3. Describir cómo acondicionar la entracla del alargaclor de
pulsos para ccnstrui¡ un monoestabie no redispar-able.4. LJtilizar cl temporizador bSs como un monoestable.5. I-l¿rccr uso clc los nronocstable s T4l2r y T4L2z.6. Construir un separaclor cle clatos a partir cle nronoestables.
monoesLable no nedisparablesepanadon de daLos
4,44 Monoes[ables
12,'A INTERRUPTOR MONOESTABLEstN osclLActoNEs
El clrculto de l¿r figura 12-1 utiliza una constante dc ttcnrpo ric y uncllsparador de Schntitt ¡rara evitar las oscilaciones en un intermptor nto-¡nentáneo o botón. Cuando se oprlme el botén. el capacltor se descarga congran rapidez. Ct¡anclo sc suelta el botón, la oscilación de los contactos nre-tállcos abre y clc¡r'a cl circulto de una mancra alcatorla. El lntcrl'uptorabicrto pernrite que el capacitor comience a cargarse a través del resistorconectado & vrr.El ttempo necesarlo para que el voltaJe aicance el umbrajsupcrior del disparador dc Schmitt depende de la constante cle üempo RC"Por tanto, el lnternrptor clebe perrnanecer ablerto durante clerto tiempo;r¡llcs rlc c¡uc la sirllcllr carnltlc clc csl.¿rdo.
Iil clt'cttlto ¿tntct'lt.¡l'cs t¡tr monoestable redlsparable, ya cluc c¡rcla vczr¡uc cl lr-rtct'l-r:ptor sc clcn'a, cl ca¡;acltor sc dcscarga y cl clclo cle ac¡vaclónconllc¡tza ot.r:t vcz. La cntl'acla pucclc oscllar, pero la sallda no ca¡nblaráhasta qtre el internrptor haya pcrnranectdo abierto un perlodo de tiempodctcrnrlnaclo por la constantc cle tfertrpo RC"
Umbralsuperiorl'unto A
FIGURA 12-1 lntennupton sin oscilación
Elec[rónica digibal 445
Entrada
12,2
f'}
Vcc=+5V
Or,,ur nUmbraisuporior
Ff GURA 12-Z Alargador de pulsos
ALARGADOR DE PULSOS
Sl sc arlade Llna compuerta clc colector ablerto, tal como un 7406, a lacntracla dcl intcrrr¡rtor sln oscllaclones de la figura 12-L y se cambla cl7414 por un 74CI4, entonccs lo qtre se obtlene es un alargador de pulsos,como sc muestra en la figura l2-2. i,a salida del 7406 manüene la entradaclel 74C 14 en el nivei BAJO siempre y cuando la entrada al 7406 tenga unnivel ALTO. Cuando la entrada regresa al nivel BA.JO, el capacitor comien-zÍl íl c¿lrgítrsc;r travcis clel resl.slor. Cuanclo cl voltajc clcl capacltor alcanza clu¡rrbr'¿rl strircrlor clcl cllsparaclor dc SchrttttLT4Cl4, la sallcla cantbf¿t a tlA-lO"Lo antcrior alarga cl prrlso poslüvo por ia canttdad de üempo quc rcqulcrcel ca¡:acttor para cargarse hasta el umbral superfor del disparador de Schmltt74Cr4.
Si se emplea un disparador de Schmitt CMOS entonces puede ignorarsela impedancia de entrada debido a que la ent¡ada de un CMOS üene unaimpedancia muy grancle; en consecuencia, lo único que puede afectar elüempo dc carga es el resistor y el capacitor empleados. Con un poco dc
446 Monoestables
álgebra, puede obtcnerse unagará el pulso de entrada.
fór¡riula para el tiempo quc este circuito alar-
do¡rcle Vc = voltaJc clci capacitor
Ys = voltajc cic alimentaclón
T = tienr¡to de carga
RC = resistencia x capacltancia, esto es, constante de tiempo RC
Sl sc llacc rtso <lc los r.lirtos cs¡lcclflcnclos ¡>ara cl CMOS 74C14, sc llcncc¡ttc cl voltltJc clc tn¡tl>¡'¡tl st.tpcrlor cs 3,6 V para rrn Vr,, clc 5 V. Sl sc srrsiltu-Yc cstc valor cn l¿r cctt:tclrili, c¡rto¡rccs pucdc obtcnel'sc un¿r fórnrula slnrpll-flcacla para cl llcnr¡ro clc alarganrfurto dcl clrculto cle la flgura lz-2.
r = -(RC) '"[+.')
f n.,r = -lnc) 1r.,f -!-6.
Y .,\ / \. 5y
T', = r.27 (RC)')
Esta fórmula no toma en cuenta los retrasos de propagaclón de las doscontpucrtas lttlllzaclas; sin entbargo, esto no es fnrportante a mcnos quc eltlcnrpo total clc rlt¡¡'actrin clc lo.s ¡lrlsos sea muy pequcño"
DJernpIo: ¿Cuáles deben ser los valores del reststor y del capacltor ne-ccsarios para alargar un ptrlso 1.5 ms en el clrculto de lafigura 12-2?
Soluclón:
T = I .27RqPara ello se elige un capacitor de valor razonable, como porcjcnr¡tlo: . i uF, y lrrc(o sc despeJa R,
1.5 msec = 1.27(R),1 uF1.5 msec ñ
-=l\(
L27 x.l uFR = 11,8k ohms
12"3 MONOESTABLE REDISPARAE¡-E
cl
rntraoa -)l
IIlr cl r:frcr¡lto a¡rtr:rlo¡'r¡lc:nlc clcscrl[o, no cs poslblc clcsactlv¿rr l¿r salldat.cnr¡roralrncnt.c o r:;rn¡bl¿u'l¿t <l<: (:slí\(lo hasla c¡rrc ia cntracla rcgrcsc al nlvcll"}\JO. I-o antc¡'lor ¡rucclc nrocllflcarse acortcllclonando la cntracla clel 7406con un circutto dlsparado por flmnco forntado por un capacltor, un reslstory un clloclo, tal conro se muestra cn la flgura I2-3.
Cuanilo la e¡rtr'¿rcla va al nivcl ALTO, no hay carda de voltaJc en el capacltorC,. y t<-lclo el voltaJe aparecc a travós del resistor Ro. Esto hace que la sallcladel 7406 vaya al nivel BA-IO" Una vez que el capacitor se haya cargado a unvoltaje suficientemente grande, la entrada del 7406 pasará al nivel B.\JO,lo quc hará que la salida clel 74OG vaya ai estado de alta impedancia.
Lo ¿rntcrlor slgntflc:r cllrc crr cl flanco posltJvo clc la entrada, la sallda clel74OG ¡¡crrcrarii r,rrr ¡rrrlso ncgallvo cle nrtry corta cluraclón. Este ptrlso ncga-tlvcr clcsc:arga cl ca¡xrcll r.>r Cr <: lnlr:l¡r cl clcl<¡ rlc activacló¡r clel <lls¡teu'ador clcSch¡rrltt 74CL4.
La constantc dc tienrpo RC ¡rara la cntrada acondicionada del 7406 dcbescr muy pcc¡ucña, clc moclo quc la sallcla clcl 7406 sea Lln pulso ncgatlvo dctrttry corta cluración. Si la cluración clc este ptrlso es muy pequeña compara-da con el tlempo del 74C14, entonces pr-rede ignorarse en los cálculos delperiodo activo para todo el circuito. Por consigutente, la fórmula parael periodo acüvo del monoestable es la misnla que la del alargador de pui-SOS"
Elec¡nónica digiEal 447
Salida
Punlo A
EntradanPunlo Á
Punlo E
tu',0.L
FIGURA 12-3 Monoestable dispanado oon flanco
4148 Monoe:;Iabir:s,
J T:I FÍl I HllllH¡t :l I I I I I il | I I ¡{:l rj d | | ¡l {rT.qf, üil
I.a oscilac:irin clt r¡n i¡ltct.nr¡t1ot- al)ar-c-cc c¡-l la traza iltfcl'io¡' clc es{c oscilos-colrio cle ¿llrlracenanricnto. La ls.azasupcriot'cs l¿r s¿rlida sin oscil¿lción clel
circlrito clc clinlinació¡r clc oscilacioncsforlllaclo por ulta constantc cle lienlpoRC y un disparador de Schnlitt.
La vcnta.ia clc cstc circlrilo cs (luc cl allcho cicl ptrlso clc salicla cs i¡de-¡reticlictrlc dcl ¿rtlcho clcl prriso dc cnlr'acla. Si ia entrada rnlclvc a sci.clispa-t'acl;t ¡lor ttn flanco ¡tosil.irro arrtcs qtrc cl 74C1.1 se desactive, el capacitoi C,sc clcsclrl'.4a v cl clclo clc tcnt¡rorizacrióll conlienza otra vez. Lo antcrlor senruesLl'¿t en la lbl'llla cle onda dc l¿r figura 12-4.
NÓtese quc si el ¡nonoestable se vlrelve a disparar con suficiente rapidez,cl Crr¡rr"tcil or C,r nu¡tc;l rtlcanz.;u'¡i cl rroll;r.le cic r¡¡nltnr) srrpcrior rlcl74Cl4l' lasitllrllt l)c¡'lllílt)t'(tcl'¡i t'¡lt:l nlvr:l At,'l'O. I:sto cs lo c¡rrc sc cnllc.nrlc (:rr¡r¡lclo sr.rlic:c' c¡rrc t'l ¡llonocst;rlllc cs rt-'rlis¡tiu.:rl¡lc.
I',1 dioclo que cstei cn paralelo con R, impidc que el capacitor que sccicscarga llcve cl r¡oltaje dc enlrad¿r al 7.4Ó6 a un valor tnenoi que el voltaJecie ¡rolarización clt clirccto dcl cliodo, el cua-l es de O.7 V. La función de estediodo es la nrisltta quc la clc Ios cliodos de recorte que hay denü'o clcl 2406.trl clioclo puede otnitirsc cn aqucllos casos donde el valor clel capacitor y lacon-ientc cle rlescarg¿t scan lteqr,rcños.
Eleccrónica digiual 449
Entrada
n,,n,o
Funto
Ff GURA 12-4 Dispano del monoesbable de la figura 12-3
12.4 MONOESTABLE NO REDISPARABLE
Si no sc clcsea cluc cl nronocstablc sea rcclisparable, entonces ptrecle em-plcarse una conrpucrta OR para inhabilltar la entrada durante ei perioclode activación clel nronoestable. Esto se ¡nuestra en la figura I2-5.
Nótcse c¡ue la compucrta OR cs un circuito 74N-S32. ya que la salida deldisparador de Schnritt inversor CMOS sólo puede proporctonar 0.36 mA.La cntrada del 74AlrS32 requiere O.l mA. Con esto no se impone una cargaexccslva a la .salld¡r clcl dls¡raraclor clc Schnlltt lnversor y se deJa suflcientcca¡xrr:lclacl clc co¡r'lcntc ¡lara co¡lct:tar la salttl¿t clcl ¡tro¡rocst¿rblc a otra conl-pucrta clel clrcuito.
Dstc problema de interfaz puede eliminarse medfante el empleo cle un CITI'L 7414 estandar, el cual tiene mayor capacldad de corrlente de sa.Lida,pcro en este caso es necesario tonrar cn cuenta la impedancia de su entra-da c¡r la fórmula clcl ticrn¡ro clc acüvaclón RC trtilizacla cn cl cálctrlo dclpcriodo acüvo clcl nronoestablc.
AUTOEVALUACION PARA LAS SECCIONES 12,1,12.2,12.3 Y 12.4
i. ¿Cuál debe ser el valor del capacitor necesarioun millsegundo en el circuito de la figura I2-2?
2. ¿Qué es un monoestablc redisparable?
para alargar un pulsoDl resistor cs cle l0 kC).
450 Monoesüables
llnlrncja
FIGURA 12-5 N{onoesrable no r-edisparable
12.5 EL 555 CÜMO MONOESTABLE
Si sc entplcan algunas cle las téc¡ricas estudiadas hasta el nromento, el 555¡lttede conr¡ertirse cn un nronoestable estable. El periodo acüvo pucdc serlargo o colto. l^a figura l2-6 muestra un 555 configurado como monoestable.Nótese el acondicionamiento de Ia entrada realizado por RC y el diodo para¡rrorlttc-'i¡' r¡n clls¡r:rro l)o¡' fl;rrrr:o. Dstc ctrct¡lto cs un ntonocstlrble noI'ctlls¡latrablc ctt5'¡l 1:crloclo ¿rcLlvo dellcncle cle la constante de tlcnrpo IIC clcRn y Co.
Cuando ocurre una t¡'ansicién de disparo hacfa el nivel BAJO, el flip-flopes rcinicializado y ia ternrinal de descarga va a-l estado de alta impedancia,pernriliendo que el capacitor Cn comience a cargarse. Cuando el voltaje atrar'és de este alcanza un valor igual a 2/3 V.., el flip-flop será inlctallzadoprovocando con ello que el tra:rsistor de descarga se active descargando el
Salida
74Q14
Enlrada ---
Entrada
Entrada
Salida
Electnónica dioiEal 451
FIGURA 12-6 Temporizador- SSS como monoestable
capacitor Cn, con lo que flnaliza el ciclo de acüvación hasta que vuelva aa¡);lrcccr ctr la e¡rll'¡rla otro flaltco ncgaüvo.
[,¿t <lttraclórr clcl ¡ttrlso cs cl tlcnll)o ncccsarlo para qtrc el voltaJc a travésd. C^ cambie a2/3 V... De los cálculos previos, se sabe la ecuación para eltienrpo de carga de una red RC, y con un poco de álgebra puede obtenerseuna expresión para el periodo activo clcl nronoestable de la figtrra 12-6construido con un 555.
4sfl N¿1oncrest:aLrles
7: -(rrc) ,rrf+.rl\Y't ){ 2t tt \
7'=-(/ic) ,"[ff-tJr = -(nc) h( 73 )r = L] (Rc)
EJemplo: Discñe con un 555 rrn nronoestable con un perlodo activo de5 s r¡llllz.:r¡rclo ¡xrrir cllo cl r:l¡'ct¡ll<¡ clc la flgrrra 12-6.
Soluclón:
Iil ¡>r'lnrcr paso cs calcular cl reslstor y cl capacltor clc la sec-r:lri¡r i?C clc tcnrpor'lzaclCln dcl circulto.
7"= l.l(RC)
Sc cscogc un capacltor aproptaclo, por eJemplo, 10 uF.
5 seg
5 segX.i x 1O uF
R
= 1.1 (R) 1o uF
=ft
= 4551< ohnl
i¡s vaio¡'cs clcl cap:icltor y clcl rcslstor cle dlsparo por fla¡rcono son crÍücos, siempre y cuando produzcan un pulso ncga-tir¡o para disparar cl nronoestable. Un capacitor dc 0.1 uF yun rcsistor de 10 l<Q harán el trabaJo.
12.6 EL 74121 Y EL 74LS122
lt,l74121 cs un nlonocs[ablc no rcclls¡r;u'ablc (luc tlcr]c t.rcs cnl.r'¡rclits ¡tar:rtus circuitos de tcnrporiz.ación. El 741-5122 es un nronoestable redls¡rarablecon unA cntrada cle borrado acüva cn el nivel BA.JO. La flgura 12-7 mlres-tra las terminales dc salida y las tablas de verdad de estos circuitos. Ela¡cl-ro del pulso puede controlarse mediante un resistor y capacltor exter-nos, o por un capacitor externo y el resistor interno. Estos circuitos sonnru)' útiles en muchas aplicaciones. El 74123 es un monoestable dobleredisparable con entrada de borrado.
Electnónica digical 453'
121 Monoestables
Tabla dc vcrdad
Ancho del pulso = 0.7(BC)
LXHXL}tXXL)tltxHrHrllXI r tlLX¡XL
NCAIM00
6,1121 (J,W); 7112t (N)
1 22 tr¡onc¡ostables rcdisparables con borrado
Tabla de verdad
€ntradas Salidasld'.do Al 1,2. 8l 82 oOLXXXXxltrtxxXXXLXXXXXLXLXH}Ilt L x . tlilLXil¡ilxLilllilXLolt}IXLHótlllrHtlHrrtlHllrHHll.LXHH'xLHlt
L
H
H
H
H
LHf-faa
.¡LUL ,l
-rt 'Lr
l-'1 a .f-t f a
,TL lJ-fr
.J-L LJ-
vcc_tu-_Jfi_Rerr I"qrr ¡lc Cerr N F,* o
13 lt2 ltr lro
Ancllcl dol pulso -0,4s(BC)
ltI
G¡iO
l5I
ñ
l2
I
A2A1 BI 82 ó
54LS1 22 (J,v/); 71LSf 22 (M
Notas: J r c un pulso dc nivol alto, rr E un pulso dc nivol bajo
Para utilizar el resistor de temporización inlerno del 541 21lz4jz1, conecte R* a V."Puede conectarse un capacitor de temporización exlerno entre c.r, y R.r/c.*, (positivo)
Para anchos de pulso repetibles exactos, conecte un resistor exlerno entre Rrr/C.- y V." con R,* a circuitoabierlo
Para obtener anchos de pulso variables, conecte una resistencia exlerna variable entre R* o R.r/CrxT y V.".
FIGURA 12-7 Tablas de vendad de monoesuables
Monoes[ables
AUTOEVALUACION PARA LAS SECCIONES 12.5 Y 12.6
Il. Utilicc t¡It lentl)orizaclor 555 para dise¡iar r¡n nronocstairlc sinrilar al cle
la figr-rra 12-6, con un pcriodo activo tgual a un segundo.
Ut.ilice un lltonoestable 74122 para diseñar Lln monoestable rcdis¡:arai¡leclr¡c sc clis¡tarc co¡r cl flanco asccnclcntc clc la cntrada y quc tcnga unfcrioclo ,rciiuo clc I Ol.nls.
SEPARADOR DE DATOS
(.lrt sepnrnclor dc datos cs lur c:lrculto (llgltal (lllc scl)ara los rlatos clcl rclrf<lcl stsl(-'t¡ut c¡) cl¡rtos ltln¡¿r(:c:¡l¡r<lr¡s c¡¡ $crte. Iistos rl:rtos ¡ttrcclcn r:s;t¡u'¿rl¡ll:r-t't-'ll:t(lrts co¡) vll¡'lr)s ntritotlos rltfcrr:¡l(cs cn clntlt rrragrrótlca cl cn un <liscolu:r{¡rcitieo.
Iil sc¡>rrr';trlor clc rlrttos clc l:r flgrrr';r 12-8 cst¿i cliseriaclo para scparar clrclol ric los clatos para la cntracla clc rrrra UAIi'l'. Dstc tlpo clc tl'ansnrlslóll rlcdatos cn scrie fuc csttrcliaclo cn cl capittrlo sobre registros c]c cor'¡'inricr-tto.lil scparaclo¡'cle clatos clc la figura l2-8 está diseñaclo ltara trabajar con cl¡'cccl)tor asÍt'lcrono ciuc apÍu-cce e¡r el capítulo soltre registros cle corrinriento.El separaclor cle datos procluce un reloj con L¡na frecuencia 12 veces ntayorclue la velocidad en baudios cle los datos. Esta es la frecuencia de reloj quelrccesil¿t cl rece¡rtor para introclt¡cir los clatos clr serie y transferirlos alrt:glstro p;rnrlclo.
I):tt'lt t'<lttt¡t¡'c-'¡rclct'cl lir¡lclo¡rir¡lic¡rl<l rlc cstc st'¡taraclor clc cl:'rtos, ¡trlirrcrrrcs ttecesal'io ex¿r¡nina¡' los clatos cltrc ¡trovicrlclt de la cinta. Iln óst¿r losclatos sc gllat'(lan lrtlliz¿rlrclo rlos frccrrc¡lcias cllsttntas dc oncla sc¡rolclal. UnI lrigico cst¿i indicaclo ¡rclr una ft'ccucncia de 3.6 liHz, lllicntras quc tin O
kigico lo cstá por una frcctrencia de 1.8 kHz, la nlitad de la qr:e correspondeA ul1 I lógico. La rrclociclad cn b¿rr¡clios o nlinlero de blts ¡lor r-rnlclad clet.ientpo, cs igtral a un doceavo de la frecuencia clue corl'esponde al l, estoes, 3.6 l<Hz dividido e¡rtt'e 12, lo que es igual a 300 bits por segundo, lacual es ltna velocidad en baudios de uso común para datos en serie guarda-rlos c¡-l r¡lrirlacles dc cilll;r.
Iil ¡rrirrtc'r iirrrpll[icaclor opcrzrcional 741 se cnrplea para an]pllflcar la sc-¡ial clc ctrtt'acla quc provicnc clc la salida cle la unidad dc cfnta. Dl segundo741 es trn cletcctor de cruce por cero que genera una onda cuadrada quecanlbia clc cstado ctranclo la onda scnoidai pasa por cero. Este detectortiene una histéresis un poco mayor que I V para elinrinar cualquier proble-¡lra de ruido en el puuto dc transición. El diodo se utiliza para evitar qrre lase¡lal rle cntrada al anrplil'icaclor operaclonal 339 llegue a tener un voltaJeIl'le¡'Ior que el de tierra. trl anrplificador operacionai 339 convierte la onda
2.
12,7
D
Electnónica digical 45s
Punto B
Enlrada do la cinla
0.6 ¡F
0.@t rFSO kO 0.OOl pF
FIGURA 12-8 Separ.adon de dabos
456 ltrlonor,lstables
cttaclrada de + l2 V en trna oncler cuadracia TTL estándar de 0 V a +5 V co¡nose rntrcstra cn cl punto Il de la figura I2-8.
l)csptrós dc rccttpcrar l;t sc¡ial y convcrlirla en rr¡ra cnt.r'acl¿r con ¡rivclcs'f 'l'1,, tlst;t sc crlvÍa :l u¡'t nrorrocsl¡rlrlc rcrlls¡xrlal'slc 74122, <:"r>n:ul<tllo rlc.:
¡:ttlso f¡¡rr:rl ¿r 1.25 vc(jc:i t:l ¡lct'loclo rlc l;r ñ'ccr.¡cltcla quc corrcs¡>onrlc al 1.Iistrr slgnlfica quc cl ¡tronocs(¿rblc 74I22 sc¡'á rcdlspat'aclo cuanclo las fre-cuc¡rcias scan de 3.6 kHz, lo quc corrcsponde a un l, con lo que la s¿rliclano sc dcsacür'ará y rcgrcsará al nivcl 0. Cuanclo la frecucncf a cle cntlacla alnronocstable 74722 sea clc 1.8 kHz, lo quc representa un 0, la salicla sedesactivará, producicndo una onda cuadracla cuya frecuencia es la clel O ol.B l<llz. Dsto sc nrucstra cn cl punto c dcl cliagrama de üempos clc lafigura I2-8.
Lr sallcla del ¡trintcr'74122. se envÍa a la entrada clcl scgrrnd6 74 j22.tr1¡ttrt:ho clcl ¡lulso clc c.stc ¡ltonocs;[ablc cs 1,25 vcccs u¡r clclo rlc lir ll.cr:r.rc¡lct¿r{ll-lcco¡'¡'cs¡lclnclt:;tl O,r¡ l.Éll<llz.Cttanrlocl ¡trlntcr'¡nollocstaltlcsco¡t¡lle¡-lr':l c¡l r:l nlvcl
^1,'l'O <lcblrlo a (lr¡c cst¿i slc¡lclo rcctlspar.acto, cl s;cgunclr¡
¡trorlocstablc sc dcsactlvat':i c lrá al llir¡ci IIAJO ¡>or cl lapso cn clr¡c haya unI cn Ia scrial dc cnt¡'arla clcl ¡trirt)cr nronoc.st.altlc. Cr¡ancio la fr.óc¡c¡rcia clcla scrlal cltrc llega canrltia a 1.8 l<Hz, cl ¡rrinrer nlonoestable la pasa al sc-gundo. Dsto hacc quc cl scgunclo monoestable sea recllsparado y q¡c lasallda vaya al nivcl AI-'|O durante el ticmpo en que el prlmer nlon-oestablerccibe un 0. Esto sc muestra en cl punto D de la figura r2-9. Nótcsc que elsegundo monoestable produce un O cua¡rdo la entrada al primer monocstablees la frecuencia que rcprcsenta u¡r 1, y I cr-ranclo la frecuencia cle cntradaal prirner monoestable es la quc reprcsenta un 0. I-a situación anterior secorl'lgc colocanrlo t¡lr l¡rvcrsor cn la sallcla clcl scgrrnclo nronocstaltlc.
I-;t scñ¿rl clc rclof sc ¡'ccr¡l)c¡'a co¡1 clos ntonocstaltlcs T4l2l ltorccllsparablcs quc tlcncn un ancl-lo clc pulso ¡>cqueño. Para procluctr l¿r.sc-lral de rcloJ, que üene una frecuencia l2 veces mayor que la velociclacl enllaudios. se hacc cl OR clc l¿rs salldas clc cstos n,ronoestables. Uno dc losmonoestables 74121 ut.iliza el flanco ¡toslür,o de la señal TTL entrantc, yproclucc cl reloJ aproptado cuando la frccucncla ent¡antc es dc 3.6 ¡FIz, q¡ccs la frect¡cncla que rcprcsenta un 1; pero sóio prociucirá la mitad cle estafi'ecuencia cuando la de la señal que llega sea la que representa un 0. Eneste ntomento. el segundo 74121 proporciona el pulso de reloj faltante de-btr-lo a qrrc uüliz;r el flanco ncgativo de la sallda del prlmer monoestablc, clt;r.ral sÓlo octll'l'c cutnclo la f¡'ccr¡c¡rcla qlrc col'rcsponclc a rrlr 0 cstii I)r-cscn-i.c. I-o antcrior sc ¡nuest¡-a cn la figura I2-8. Nótesc que el clclo clc traltaJodc la onda del reloJ no es par, pcro a pesar de lo anterior, controlará muybien al receptor asíncrono.
Este método para grabar los datos recibidos y el reloJ en una cinta almismo üempo elimfna el problenra de variaciones en las velociclacles cnbaudios dcbtdas a cambios en la velocldad ntecánica cle la unlclad de ctnta.También permtte hacer uso de un disposiür'o que ortginalnlente fue cliseña-
I
Eleccnónica dioical 457
do para gtrarclar señales analógicasdigitales.
cle voz para alnracenar en él d¿rtos
RESUMEN
r Dl alau'gaclor dc pulsos es un clrculto quc prolonga url pulso.
Un buen nrétodo para alargar pr,rlsos es combinar el disparador de Schmittcon un circuito ternporizador RC. Si se cmplea un dlsparador cleS<:h¡nltt CMOS, los cálctrlos clc tiempo son bastante simples y cxactos.Iislt: itlltr'¡l¡trlo¡'tlc ¡lttlsos sc cttt¡llc:r rr nlrirrr¡clo lllrrit r;orr[¡'ola¡'l:rs <llrt:cr.:lo-¡'t(:si I¡'¡lrltl¡tlt:x;rrlirs rlr: trn¿r ItAM cll¡r¡i¡nlc:¿r y para ¡;rcllonqar'¡ttrlsos ¡raratl ls¡ursll lvos (luc rcc¡r r lcrcrr ¡rtrl.sos clc lrrityor cltr¡'acló¡r.
Un ¡nonoestablc cs un clisposltlvo ql¡c cuanclo cs dlsparaclo produce un¡rrrIso con un¿l rluracici¡-r ¡rrcclclcrnrln¿rcla.
La cltll'ación dcl ¡tulso pucclc cstablcccrse con exactitt¡C. Un nlonocstatrlercclisparablc reiniciará cl pcrlodcl activo cada vez que sea dlsparaclo. Unnronoestablc no redisparable se desactivará después del disparo y norciiiiciará el perioclo actjvo clurante el üempo que dure el pulso de saliclasi ulelvc a ser disparaclo en cstc lapso.
lil tcnl¡torlznrlor' 555 ¡lttcrlc r:on[l¡¡rrrn¡'sc l)ara co¡lstrr¡ll' r:o¡l ril rrn¡rro¡-¡Ocstablc c.r¿rcto c¡r-rc ¡lrrcdc tcner ¡tcrloclos ¡rcuvos muy granclcs.
Dstc CI a menudo sc cmplea conlo monocstable debido a las caractensti-cas quc Ucnc cn cuanto a la capaclclacl de corriente en su saiida. El 555Pucclc utlllzarsc para cxcltar la fuentc lu¡nlnosa del vlsualizador de unraciio cuanclo óstc se cnciendc o slntoniza, para apagarlo despuis dc cier-to ticmpo. Dl 555 pucde proporcionar suficiente corrientc para excitar lalánrpara pequerla para esta aplicación.
Iin la rttayor'ía rlc las aplk:actoncs cllgltalc.s clc los nlonocstablcs, .sc hacetr.so <lc vcrsloncs c¡l CI.
sc cmplean cl talcs conlo cl 7415121, el 74r,sr22y el z4I-Sl23 en lugardc constmir un ntoncstablc con varios CI.
I
t
Decodif icadores,multiplexores,
demultiplexores yvisu a lizado res
LrsrA nE rÉRMrNos
decodificadon completodecodificador pancialdemultiplexonmulriplexor
OBJETIVOS
dp qipi-e qFrtrnl=n-
de cr"istal líquido
LEDvisualizadon
UTJS
visualizadon
Ó Al tir'¡ri¡ro clc cst.c capÍtr.rlo cl lcctor clebc íjc' capa z cle:
l. Dx¡tlica,'cl fr-tncionamicnto y uso clc los decociificaclorcs.2. Dxplicar el furrcionarniento y Llso de los demultiplexores.3. Dxplicar el ltrncionamiento y uso de los rnultiplexores.4. Utiliz¿rr ttn nrl¡lti¡ilcxor para rcproclucir ura tabla clc r¡cl'cl:¡r-l
clc:sc¿r cla .
5. Utilizar Ci tÍpicos nrultiplexorcs y clemultipl':roies.6. Utilizar multiplcxores en rlna aplicación tÍpila- de un
osciloscopio de ocho trazas.7. Dxplicar el funcionaniento dc ios LtrD.B. trxplicar el funcionamiento cie los LED de sicte segmentos y
sus decodificadores.9. IDxplicar el funcionanriento de los LCD y cómo cxcitarlos.
494 Decodificadones, mul[íplexones, demultiprexones y visualizadones
14.1 DECODIFICADORES
I'a figtrra i4- I nlttcstra rrn ciccocliflcaclor conrpleto dc dos bits qtrc ¡aSilita-r'¿i t¡ll;r y sóro trna crc ras cu;rt¡'o conr¡rucr-tas AND para cacra uno cre losnúrtreros llinarios ¡losiblcs cn las entradas 20 y )t dei decodiflcador. l^afigtrra l4-2 ¡lre'senta la tabla clc vcrcl¿rcl para el áeco¿iflcacior conrplcto cleclos l>if.s rlc la ftgrrr.a l4_1.
Entradas de selección-----¡' 2t
FIGURA 14-1 Decodificadon compteto de dos bits
vendad pana un decodificadonbirs
Salidas
00-.0
01-> 1
10-> 2
11-r3
2l / 2' 7 a D
0 I U n 00 1 0 1 0 0I 0 0 I U f U
I 0 U 0 0 U I
FIGURA 14-Z Tabta de completo Ce dos
Electnónica digibal 4ss
i.,os dos ilversores del dccodiflcador de la figura l4- l generan las entra-clas 20 y 2l las que, junto con las entradas 2o y 2r, son e¡rüadas a lasc<,ttt¡lttcl'tas AND c¡r cl orclclt aprclplaclo para habilitar rr¡ra cle las conrpr-rcr-t:ts cttitrtclo sc prescnl.c cl nti¡ncro rlc cnt.¡'¿rcl¿r blnarlo iorrcsponctlcntc. Dstccll'tlttllo rcclltc cl ¡lo¡lrb¡'r: rlr: dccodiflcador completo cieblclo a quc ilcncurra líttca cle salldit actlva ¡lara r:acla ntinlcro btnarlo c.lc cntracla ¡iosiblc alclccoclifl caclor.
Sl st:.attnrctlta cl rrúntcro clc l;lt.s clcl ntinrcro ltlnario clc c¡lt¡.¿rclir aldccoclificaclor cn uno, csto cs, a trcs l¡lts, cl número clc saliclas será 23 tr Bpara Lln dccodificaclor conrpleto, como sc mucsLra en la figura l4-3. Nótese(ltlc a ntcclicla clue au¡rte¡rta cl núrnero dc bit.s cle la entracia, ta:nbié¡r creccel núr¡ncro dc entraclas de las compuertas AND empleaclas por eldccocliflcador. Si el núnlero binario es nluy grancle, entonces ci clccocli-flt:;trl0¡'r:oltr¡llclo l:t¡ltbli'tr sc vt¡r:lvr: nll¡y g¡'¿l¡tctri. P¿r¡'¿,r rrrt <lccoct lflr:¿rcl'r- cto¡tr-¡rlclo <lc fl lllts sc rcrlttlel'crl 25G <:ottt¡'rtrcrl¡rs AND, cacta lr¡1A cor.r ocho cntr..-rl¡ ¡ s.
Ff GtrRA 14-g Decodificador compleEo de tr.es birs
496 Decodificador"es, mulciplexor'es, demultiplexor.es y visualizadones
14.2
En la nrayorÍa de los casos no es necesario decocliflcar toclos los itits clettn ntimero bina¡io grar-rde. Por tanto. la verclacl cs qrre el clecocliflcaclorcctltt¡>.lcto no cs llcccs¡tt'lr;. Dl clccoclificaclor clc clirccciones clc un sistcnratÍ¡rico clc pttcrlos dc sllirla clc l¡na conr¡trrtaclora ZB0, lal vcz ¡rcccsitc sali-rl¿rs rlifcrcntcs ¡r;rra las clrrccciones bln¡rrlas clc ocho blts o, r,2y 3. No scncccsitan tod¿rs las clc¡lrás salldas posiblcs. Por consigulente, el clecoclificadorsc consh'lrll'á conlo sc llll.¡cstr.a cn la flgrrra I4-4.
Mcdlalrtc cl cntlllco clc ttna com¡ruert-a NOR alanlbracla for.¡l¿rcla pori¡tvc¡'sclt'cs clc colcct.or abicrlo, al ¡roncr ulr I c¡r cualquicra clc los ltit.s supc-riorcs clc la dirccción (bits Ara Ar),la salicla clc la conrpuerta NOR alanlbra-cla ir¿i ¿rl ¡rivcl ilA'Jo, provoóanclo quc las cuatro compuertas AND queclcninhal¡ilitadas. l,os únicos nút¡neros que pucclen habilitar- una cle las conr-¡rrrcltas AND son 0. r,2y 3 clcbiclo a que ¡io tienen un I en los l¡lts Ar n A,l'l:;tc t:i¡'c:ttltrl sc (io¡¡occ co¡no decodtfióador parclal y sc c¡rplc¿l co' ¡rir¡cll:rli'r:r:t ¡ r-: ltcl: r cr1 (:()n I l)t¡ I ¡trlr¡ ¡.:rs.
FIGURA 14-4 Decodificadon parcial de ocho birs
DEMUUTIPLEXORES
UIr demultiplexor es un intcnlptor cligital que per¡nite haccr la co¡le.xjónde una entrada con Llna de las nruchas lineas cle éall¿" posibles. La lÍnea desalida a la que se clcsca que qtredc conectacla la entraclá, está deternrinaclapor cl Irúnrero binario a la entr¿lcla del denrtrlüplexor. La figura l4-5 r:rtres-tla un dentulUplexor de 1 a 4. Su estructrrra es nruy simila¡- a la cleldecodificaclor: cle hccho, los clos circuitos son casi lc,s nrisnros, La lr¡ricadifercncia estriba en cl uso clc la lÍnea dc habilitación clcl clecodificaclor. U¡r
NOR alambrarjo
498 Decodificadones, multiplexones, demulEiplexor-es y visualízadones
14.3 MULTlPLEX ORES
iil multlplexor cs Io rl¡lttcslt¡ rlcl rlc¡rrr¡lf l¡rlc.xor', Iistc c!ls¡r'sf (tvo .sr:lr:<:r.1.¡*lttlt c:arr¿tl corllo c¡rtl';tcla y lo cc-rncct¿r a una salrcja clc señal. l-a flg'ra 14-6¡r1L¡csr.ra trn muril¡rrcxor conrprcto crc 4 a l. L^as sallcras dc ras.á?rp".ro,AND sc concctall ¿l una conrpucrta oR para produarr r.,no salicla conlú'. I-acompuerta AND quc controlará la salida, es seleccionacla por el .r.rn.,.robi¡r¿rrio presente en ras cntradas cle screcctón.
J-TJ-L
_fLfLN-ruL
_f--l-_J-
Jut_n_ru
01z' 2o
FIGURA 14-6 Mulciptexon de 4 a 1
USO DE UN MULTIPLEXOR PAHA REPRODUCIRUNA TABI-A DE VERDAD DESEADA
14,4
Para consttrrir u¡r clrcuito cllgltal que saüsfaga la tabla de verclacl nrostraclaen la figura r4-7, se hace uso de un nrurüpreior de 4 a I, como se rhrstra enla figura 14-7. Las entradas de serección .o.r."ponden a las r¡a¡rables deentrada de la tabla de verclad, y los canales de entrada se ponen los nivelesBA'JO o ALTO de acuerdo .oñ la salida deseacla para una conrbinacjóndada de las entradas A y B. Al ir canrbir"¿álárlritta¿as de selecci ón Ay Bsiguicndo Ia secue¡rcia de Ia tabla cle verdad, la salida del multipi;;;. irá alni'el BAJO o ALTo cle actterdo con los valoret q"a se encuentren en loscanales de entrada, reproducienclo de esta mu'.iu la tabla de verdad"
Enlradas de seleccién
Electnónica digical,'n'r"i7
clemultiplexor utiliza la lÍnea cle habilitación conlo entrada de datos. Nótesequc los datos aparecen en la salida seleccionada cuando el nú¡nero binarioc:o¡'rcsjl)o¡rclic¡rlc cslii ¡>rc.scnlc c¡r las cntracl¿rs dc selccclón.
Enlrada dc dalos SalirJ¿r
_J-t_n_
Entradas de selección
, n_fl_I-l
FfGURA 14-5 Demulciolexon de 1 a 4
B A Y
0 I
o I 0
I 0 1
I I 0
Eleccr-ónica digiral 499
FIGURA 14'7 uso de un mulIiplexon para nepnoducrr una tabla de verdad
A primera vista parecería que este método, en el que se hace uso de unmttlti¡'llcxor para rcproclucir Llna tabla cle verclacl, requicre un nitrltiplexorqttc lcnga al ¡rrc¡ro.s un trti¡tlcro dc cntraclas clc selecclón igual al ntlnlcro cleenl¡'¿tclns cn la lal:lrr clc vcrcl:rcl. Co¡r r¡n l)oco clc lngenfo, es poslSlc tr¿rcr.:¡.c¡ttc cl nltrltlplcxor colt clos cntraclas clc sclecclón funclonc co*o ''multiplexor con t¡es entradas de selección. Considéresc la tabla dc vcrclaclde la figura 14-8(A)' Esta ilustra el método convenclonai para escribir unatabla clc vcrdacl, conlenzando con OOO y contanclo en binarf o hasta i I l, c¡t,ces cl núrtrcro blna¡'io ¡rrás grandc quc puecle cxpresarsc con ü-cs bits. co¡rcstc procedlmlento se obtlencn todas las comblnacfones poslbles para lastrcs cntradas cladas, A, B y C"
Nótcse que los dos bits más significativos de la tabla cle verclacl , C y B,cntlrbl;ln clc valot'c:acl;r tcrc:cr:r línea. Por constgrrlcntc, tas línea.s clc la tahl.dc ve¡'cl¡rcl ¡rtteclen agntpal'se cn ctratro grupos cle clos lÍr.reas cacta r-,,ro. ar.,los quc cy B son tguales. En el prlnrergnrpo, cy Bvalen oy Aprlnrero csoy ltrcgo 1;pero la salicra para las lÍneas I y2vaie0. sf cyas..,.n., comolas cntradas de selccción cle un nrtrlüplexór de 4 a I y .é po.,. un o en elcanal 0 del multiple.xor, la salida es 0 cuanclo las entráclas'c y B son 0, sinimportar el va-lor que tenga A. Esto se ntuestra en la figuri l4_B(B). taslÍncas 3 y 4 de la tabla de verdacl son similares: pero en este caso, la salicla
í-.-l )iE 7-tl
5oo Decodificadores, muluiplexones, demuluiplexones y visualizadones
Entradas de selección
Canalos delIDrrlliploxor
(A)
(B)
Ff GURA 14-B Uso de un mulriplexon de 4 a 1 pana reproducir una [ablade vendad de tnes biUs
)'cs I e¡l nntltos casos. Por ta¡lto, sc pone cl canal I en el nlvel AI.T'O, o l.lrl r¡tre ¡lrrlclttcc t¡n I clt I:r s¿rllrlrr rlt:l ¡lrrrltl¡llcxclr sln lrnpor.tar.cl r,¿rlor-c¡rctcttga A. Las tlos lí¡lcas slgulcntcs rlc la tal¡la dc verclacl (lÍncas S y 6) notlcnc¡r el misnro valor para la salrda. Cuando A es l, la sallda y es I; ycua¡rdo A es 0, la salida Y cs O. Por tanto, slnrplemente se conecta la entra-da A a la entrada clcl canal 2. Dsto hará que la salida siga a la entracla Act¡a¡rdo Cy B sean I y O respcctlva¡nente, satlsfaclendo de csta nrancra latabla dc verdad. I-as clos úlümas lineas (lÍneas z y 8) tampoco üenenla misma salida. cuandoA es o. Yes l; y cuando la entradaA es 1, Ia satidaYcs o. esto es, la salida üene el va,lor opuesto deA. por tanto, se emplea Áco¡llo elltrada al terccr canal clel nrrrltlple.xor, Io que completa el circtrlto¡rat';r la laltla tlc vr.:¡'cl¡t(1. Iist;r nrancra clc crn¡:lcnr r¡n mrrltlplcxor l)arír l)ro-clt¡clt'tttt patl'rilr clc ¡ltrlscls cs b¿rsta¡rtc út.il ¡rara la sccr¡enclaclón clcl f't¡nclo-na¡nlento de u¡ra nráquina dlgital.
Ejemplo: Constmya un clrcuf to que inrplante la siguiente tabla de ver-dad utilizando contpuertas NAND dobles T4I.SZZ de cuat¡oentraclas con sa-lidas de colector abierto y un lnversor séxluple74tS04.
c B A Y
1 0 0 0 00
4 0 0 1 0
e 0 t 0 II
0 I I
5 1 0 0 0A
6 I 0 11I
7 1 0 '|
I 1 I 1 0
* E 2l ?0 0 0 1 1
0 II I 0
0 1 0 I I
0 ,|I '| U
t 0 I a
1 0 I 1 1
I U I U
1 I 1 0
Elecunénic;a dioi[al 50X
U2A
ual
LJ3^
u3u
tJ4A
LJ4A
U5A
us8
Soluclón:
FIGURA 14-9
FIGURA 14-10
¿ a 2l ?0 n 0 0 I
0 0 I 0 0
0 I 0 0 U
0 I I 0 1
1 0 0 0
0 1 U 1
I 0 0 o
I i 0
50? Decodificadones, mulüiplexones, demulLiplexones y visualizadores
14,5 CI MUHIPLEXORES Y DEMULTIPLEXORES
l;)xlslu¡l ¡ltt¡t:llos f l¡ros rlifi:t'r:¡llt:s rlcr rrrultl¡tlcxorcsy clc¡ltrrl¡¡tló.xor.<.:s r:¡l [rr.-lll,il dc Cl, f,rt f lgttl';r l4- I I nttrcstnr cl cllllg¡'llt)lll lrigtco rlc tr.csclcrrrulti¡rlcxorcs/clccorlificadorcs'l-l'1.. Nótcsc quc ci Z4lgB ticilc trc.s c'rr'-clas clc habllitación c¡uc ¡tttcclcn cnrplearsc como enlractas clc clatos o lÍncasde hallilitación. D|74154 cs un decoclificaclor completo dc cuatro bits con
'r3c" s!¡t. L9t! r3e,sl 30.Lst 39
YO
YI
Y2
YI
Y'
Y5
YO
Y7
1Y0
'lYlor !!l
rlAStLrfACtOa{ Gr
Al
liN IDA¡lrL l,rAlO!
x¡o'¡.'rrc,ór¡ G? !
2Y0
?YI
2Y2
2Ya
ENTnAOAS OtSETECCTON
ENTRAOAS OE
SETECCóN
(t.lA2_a¡!
ENTNAOAS SAL¡OAS
vccA B c DG2cl l3l. !3 t2 tl
7 t 0ro
GI
o2
BSA¡.IDAS
5¡13¡ (J,n$.trs1A {J.Fl54tsl $. (J.F)
ENTRADAS
7¡ r 3¡ (ro74Llt{A (N}7.tsr51 (N)
r xrn¡r¡¡s ot fsl tr ccrr'tt¡ I
:;Al lf,Ac l¡r Il)Al().1
A(t)
o (¡)
FIGURA 14-11 Decodif icador"es y demult¡plexones
-.4
Elecunéniru O,n'rffi'?"
l6 lÍneas cle sallcla y dos lÍ¡rcas dc habilitacién. Nótcse qtre los trcs CI tje-nc¡r salidas aclivas cn cl trivcl BAiO. I.a figura I4-I2 rntrestra los Citttr tlt f ¡rlcxr>rr:s 74 I 5rO y 7 4 |l: 1 .
!ltr lir ln¡r¡lllrr CIMOS exlstr:lt vnrlos nrtrlt.lplexo¡.cs y clernult.l¡tlcxorcsan:rlóglcos, lalcs co¡tto los CI 4O5l . 4052 y 4053, Un ¡ruittple.xor analógico¡rttcclc ¡rcrntltlr cl paso dc uner sc¡lal analóglca clel canal cle entracla a lasalicla. Dstos ilpos clc CI pucclcn cmplcarse para nrulLiple.xar las entraclasclc un osclloscopio de varias trazas o lÍneas telefónicas analógicas.
sErEccróNrHABtLtrActóN)
ET.¡TR DASDE DATOS
oú(r ¡)
oa( | t)
Voa ¡baio los clrcuitos cto oi3lamionlo do diroccionos
Clrcurtos do alrili||illonlo do d¡roccionos ptra ol54t5t N74 lSlA
irBaCc
74r5tA, LSr51, St5x ¡'f^!t?l'o"'*, 74rso
ljl snLron y
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ENTFIADASDE DATOS
EO
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s€rrccróN on f ^oaros lorrunnrol
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C¡roJilos do aislam¡onto de dirocciones oara ollls15tr4Ls151,74st5t ^ ^¡
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FfGURA 14-1? Muluiplexor.es
504 Decodificadones, mul[iplexones, demul[iplexones y visualizadones
cD406r BM / CD{O51 BC
CANAL DE t:NTnADA/SALI0A
7d5432r0I l2 ló It l12ft6ltl
ENTNADruÍ]AI.ID^coMÚN
v.¡
Ff GURA 14-12 lcontinuación)
El CI CMOS 4051 mostrado en la figura multiplexa ocho entradasanalógicas en t¡na salida analógica. EivoltáJe analógico plco-ptco está clado¡r<r'cl voltaJe ¡roslilvo v,rry clvoltaJc neg:iilvo vrr. Los uóttales más común-¡llc¡ltc crrr¡rlcaclos l);rr:r cslc cl so¡r lrn v,r,rrl" +s V, v.r., clc 0 volts y ¡n vr,. clc-5 V' Dsto pcrrtrlllrá cont.r'olar trn voltajó arralógtco"áe t0 V prco-ptco conrtna señal d¡gltal CMOS de 0 a 5 V. L1 rcsistencia de cncenAi¿o para elcanal selecclonado tlene un valor tÍplco de l20 ohms y Ia corrfente áe fugade a¡ragado tienc t¡n val<lr tÍ¡tlco clc O.OOI nanoanlperes. Este CI sc cnrplcaa nrc¡rttdo para sclecclonar la entrada analóglca de un convcr¡clor A/ñ.
vm
14,6 MULTIPLEXOR DE OCHO TRAZAS PARAosctLoscopto
I-a figrrra 14-13 nruestra un circuito mtrltiplexor de ocho trazas paraosciloscopio. trstc circuito resulta muy úül cuando se trabaja con circuitosdigitales en los que es necesario observar r¡arias señales al misrno tiempoasÍ conro la relación que existc ent¡e ellas.
El contador 7493 se enrplea como contador binario que cltüde entre ocho.Sus salidas se enr'ían a las entradas de selección de un mulüplexor cle B aI (el 74l5lA) y a los tres bits superlores de un convertjdor n7a cle cuatro
co¡rvrnsró¡¡DE NIVELLOGTCO
f)f:coDrflcADonDE BINANIO A I
DE 8 CONr¡¡ueglL¡r¡clóf-¡
Elecbnónica digiual 5n5
btts. El blt menos stgnlficattvo clel converüdor D/A se conecta a la lÍnea desalida clel mulüplexor. A ¡neclicla que cl 7493 cuenta, el voltaje analógicoclc l:r s:rllcl¿r clcl r:<"¡rrvc¡'tl(lor DlA ¿rt¡nrcnta cl<ls lncrcnicntos. Dst.o sc clcbc aqr,rc cl bit ¡nenos slgniflcatlvo clcl contaclor cstá conectado a la entrada2ldcl cor.rvcrllclor D / A.
+5 Vr'','-fr+
Al osciloscn¡tio
¡ 0.0€0 pFff
7493
CB
74LSt 51A
FIGURA 14-13 Multiplexon de ocho [nazas pana osciloscopio
5oE Decoclifrcacjor"es, rnult itrlexores, demult.iDlexores r¡ visualizadones
En la actualidaci cxisten nlr¡chos ti¡tosde visualizadores. En esta fotografÍa senrt¡estra¡l algtrnos de cllos. El visua-llz.rclol'nllis r.ll't¡¡rclc clc l;r ¡r;u'lc sl¡l)c-
rior cs un visualizadornrient¡as que ias piezasdcl extrenio derecho sonrle l.CD.
fluorescente,rectangularesüsualizadores
Cu¿rndo la s¿rlicl¿r clcl rtrrrlü¡rlcxor canlbia, el voltaJe analógico canrbia porun i¡rcrc¡lrento cle I clcbiclo a qtre la entrada 20 del conve¡1idor D/A estácontrolacla por la salida del nrrrltiplexor, Por consiguiente, los datos cielcanal O sc¡'¿in visualizaclos cn cl l¡rcrcnlento co¡r'espondiente al canlbio de Oa 1 del co¡rr¡ertidor D/A. El canal I será risualizado en el incremento co-n'espondiente al canrbio cle2 a 3, nrjentras que el ca:ral 2 seráüsualizadoerr cl ¡rivcl clc volla.ic analógico clcl convcrticlor D / A corrcspondiente al canr-lllrl rlt'4 :r 5. Iislr'¡lt'rtt'r:so co¡rf inri;r llirsl,:r (llr('<'l corl(¿tclcll'(ll¡e cllvlclc cl-¡trc:oclro vlrch,a ¿l c:olucnz¿u' ¡.r c:o¡lt¿u' rlcsclc O.
Cuanclo cl contaclor trabaja a una vclocidad al nrenos l0 vece.s ntenorc¡uc la frecuenci¿,r de ban-iclo, las ocho entradas aparecerán en el osciloscopio.se¡laradas por lo.s increnrcntos en los niveles de voltaje. Esto se debe a queel contador tl'abaja con una rapidez nrayor que la que puede detectar el ojo.Toclas las onclas aparecerán en el osciloscopio al lnismo üempo.
El reloj dei contador cs gencrado por un temporizador 555. El selectorgiratoño canrlti¿-t la frccucncia clel contador para producir una rapidez de
Electr'ónica digiIal 507
nlultiplexaclo al nlenos l0 veces menor que la frecuencia cle barriclo. tamcjor manera de sincronizar el osciloscopio con los patrones cle las onclasq:s r:otlt:c:l¡tnclo l¡nrr I)r¡¡lt:r rlr: sl¡lr:r'Onía cxtet'na a la f¡'ec:ue¡tcla rle cntr:r<i¡r¡ltlis lc¡tl¡t ¿tl ¡¡ttrltl¡rlcxor'. Iil ¡totcrrció¡nctro clc 25lcQ se crrrplca par.a a.lustart:l ¡rlvcl lrigt<;o clt:l 0 ¿rl I rlt: l;¡s FJ lor'¡rr:rs clc oncla cn cl oscllosccl¡;fc¡. Co¡l¡tlÓl.oclos slll'tllitrt:s ptrcclc ¡rroclr.rclrsc un osciloscoplo trrralóglr:o clc var-iLrstraz¿rs ulilizanclo rrn rntrl[iplcxc¡l' analóglco.
AUTOEVALUACION PARA LAS SECCIONES 14,1, 14.2, 14,3,14.4, 14.5 Y 14.6
Dilltr-lc cl cllatIr';utta lriglt:o cle r¡n cler:ocllflcacior conr¡tlcto clc ctrat_ro 5lts.I)llrrr.lc: c:l cll¿r(r'¿rnur lti{lt:<¡ rlc rrn clc:co<llflcaclor ¡rarclirl clc or:lro ltlts c¡rrt:clccocllflc¡trc los nürnlcros 2, 4,9 y 16.
Disc¡ic un circttito rtttrltl¡rlcxor qLrc nrtrltiplexe ocho canales clc clatoscligltztles cll t¡It can¿rl y lucgo clernulti¡>lc.\c estc c¿lrtál cn urlo clc ochcrcanalcs cr1 ci silto cic rccc¡rción. Uulicc un 74LSl3g, tur T4I-slsl vtoclos los clc¡lr¿is Ci qtrc ¡rcccsitc.
DIODT¡ EMISOR DE LUZ
Ctt:tnclcl los clect¡'oncs llc¡-t¿tn r¡n llr¡cccl ¡toslllvo cn la rrntó¡r clc ¡n nlalcl-lal/)tV, ¡llct'clclr r:lct'tir (:ne¡'gíit. Iisl¿r <:¡rcrgía.sc c¡nltc co¡"¡lo c¿rlor.y htz.. 'l'orllrsias uniones P¡ú haccn csto, pct'o las c¡uc cstán hechas clc gerllo cnlllc¡r can-tidadcs strficicntcs dc lttz con.lo para ser trtilizaclas conro fuentes clc ltrzvisiblc. De¡lencllendo dcl tipo y canüdacl clc lmpurezas clcl cristal, la l¡zcnrltida puedc ser roJa, vcrde o antarilla.
Dado quc cl LED cs ttna utrlótr PN, exhibc todas las propfeclaclcs cle u¡rclioclo colntin. El LtrD producirá luz ctrando el dlodo ósté polarizaclo epdirecta, pero no cuando lo esté en inversa. Esto se ilustá en la figuraL4-r4.
Iltl LIiD roJo lÍ¡tlco ¡rolrtr'lt,arlct cn dlrcctír llcnc rrna caírln ctc voltl.f c n¡rroxt"rtr¿tcl¿l clc 1.75V. Iil voltirJc cn ¡tolarlz¿rclón ctlrcct¿r es nrayor para los I.I1Darlrarillos y vcrdes. Para que su ltrz se vea bien, un LED tÍpico neccsitaentre 5 mA y 20 mA. El rcsistor cle la figtrra L4-L4 se enrplea para liniitar lacorricnte clue circula por el cliodo, Si no se pone el resistor, el clioclo sequcnla conlo consecuencia de la gran canüdad de corriente qtre circtrlarápor ó1.
l.
2.
3.
14.7
5oB DecodificaCores, mulriplexones, demuluiplexones y visualizadones
1.75 VPolarizado en directa
Anocjo
Corrientede 20 mA
F|GURA 14-14 Folanización det LED
I;l Intcnslclarl clc la ltrz procltrcicla por el I.DD es cllrcctamcntc ¡rr-o¡>orclo-¡rlrl it l¿t cor¡1cntc qr.rc clrcula por cl cllodo, con lo c¡uc éstc pucclc trt.ri>lc,",rs"conlo ttna fucntc dc luz nroclulada. La velocidad de encencltclo/afagadotalllllién cs grancle, dcl orclen de 1O nanosegundos para un i.DD roJo tí¡tlco"La velociclacl del I-liD permlte que se use eomo optoacoplaclor de alia velocl-dacl. trxisten varios tipos dc encapsulados para los LED, como se rlruestracn la figura 14-15. El cátodo del LED puede encontrarse buscanclo la ter-nrinal e¡r fornra de bandera dentro del encapsulado de plástico.
[]andcrn - l-3ta-a:-t:
J7ZaI oSlolo sogmontos
Símbolo dcl LED
LED encendido LED apagado
Encapsulado plano
Eslándar
FIGUHA 14-15 Encapsulados par.a LED
14.8
0
Elecunénica digiual liCI9
Cuando un LDD se excita con una salida TTL, lo meJor es diseñar elcircuito de modo que el LED quede polarlzado en directa (o encendido)ct¡¿r¡rclo la sallcla'l-ll. tcnga cl nivcl BAJO o se cncuentra al potencfal det.lcn'¿r. Esto sc clcbc a clue un¿r sallcla'fTI. t"íplca pucde ¡rroduclr hasta l6 nrA<:rr¿rnclo sc cncuclr[¡'a c¡t cl c.sl¿rclo I]AJO sln aunrcnt¿rr el voltaJc clcl 0 ¡¡r¿tsallá dc 0.4 V. Lo ¿rn[erior sc llustra cn la flgura 14-16.
[,a polarlzaclón clf rccta clc un LDD con un voltaJc Tl'L corrcsponcllentc alI lógico.producirá strflciente corrlente para encender trn I-ED roJo tÍpico:pcro en este caso cl voltaJe cle sa.llcla puede caer por clebaJo del límlte de los2 volts para u¡r I lógico. Dos CI útilcs quc permlten cxcltar LDD que nece-sitan corrientes ntayores son el 7406 y el74O7. trstos dos circultos tienensaliclas de colector abierto y pueclen consumlr hasta 40 nrA. En estos CItarrtbién se puedcn aplicar hasta 30 V al resfstor de acoplanriento cie lasallcla.lis{a ea¡'acterístlca los hace nrrry titllcs ctrando excltan rrn clisposiü-vr¡ rlr: vlsr¡allzaelri¡r ctr¡c rlt:l>l r¡llllz¿r¡. +l2V o nr¿is.
FIGURA 14-16 Exci[ación de un LED con una salida TTL
Dl 7/!AI^Sloo5 cs r¡¡r CI lnverso¡'sóxl.rrplc clc colcct,or ablcrlo c¡tre ¡rrrcclecotrsutttlf hast¿t 24 llrA. Ilstc CI ¡ruccle scr excltaclo por CI CMOS c¡trc [raba-Jen con un V,,o clc + 5V.
VISUALIZADOR DE SIETE SEGMENTOS
Conro puede observarse en la flgura L4-L7, el visualizador de siete seg-mentos cn rcalidacl está formado por ocho LED (siete segmentos y Lln pun-lo clcr:l¡¡lal). iil l-orrn¿tto clcl vlst¡allz¿rdo¡'clc slc[c scglllcntos sc r¡illlzr e¡rotros tlpos clc dis¡toslüvos clc vlsuallzaclón y pucde nrostrar ctrillqulcr nri-nrero desde 0 hasta L i.a flgura 14-17 presenta los segmentos üpicos em-pleados para mostrar los números del O al g.
Dxisten dos tipos de visualizadores de LED de siete segmentos: el deánodo común y el de cá[odo común. Conro puede verse en la flgura I4-lZ,el de cátodo común üene conectados entre sí a todos los cátodos de los slete
51O Decodificadones, multiplexones, demultiplexones y visualizadones
F, ln
,-tF' a a/-l a Op
D
0t¿t155t89F|GURA 14-17 Visualizadones de siete segmentos
segmentos, el de ánodo común üene la misma ca¡acterÍsüca, con la excep-ciÓn dc qt¡c son los ánoclos los qtre se conectan e¡ttre sÍ. Aslmlsnro, nótesel:r frl¡'¡ll;r c¡1 qllc sc l<lc¡lllflr:an los sletc scgnrcntos. Ilstc es l¡n cstánclar rlcIlecllo ¡lara vlsulrllz¿rclorcs clc slctc scgnrcntos y Cl MSI cllseñaclos para tra-baJar con rdstrallzaclo¡'cs rlc cstc il¡to.
La figura l4-IB ¡nuestra los dlagramas lóglcos de los decoclfflcacloresexcitadores TTL 7447 y 7448. Estos CI decodifican un ntirnero BCD clecuat-r'o bits gcncrando la salida a¡rroplada para ver el numero BCD en elrdsualizador de sietc segnrentos.
Ejemplo: Diseñc un contador RCD qlte cuentc desdc 0 hasta g9g y¡ttr¡cstr(: l¡r s¡tllcl¡r c¡r lrcs vlsr¡¡rllzarlores clc: LIil) clr: slclc: sc.A-nrc¡rtos FND-5 i 0. Utillcc ü es contadores BCD 74lS9O y tresCI decodiflcadores de BCD a siete segmentosZ4LS4T. El cir-crrito debe contar con prueba del visualizador y borrado delos ceros a la izquierda.
ENTNAOA T.}
ENTNADA C
ENTRAOA D (O]
ltvf il r( l
^04 Dü l'¡rlJl_ÍlA
rsuÁLtzADoFi (1,
ENtnAOA A SALIOA ¡
l)SALIOA C
!3o.'oo.
SALIOA d
(o)
' SALIOA o(1)
lil/fttto -
ENTTIADA DEf ,l utSA oEL
vrsuAUzA00n(l)
SALIOA g
' '" (5t
ten confirmar las condiciones do entrada. Todos los cir"cuilos, con excepción del LS49, cuentan con control deborrado autonlático de ceros en el flanco ascendentc odescendente (RBO y FBI). La prueba del visualizador(LT) de estos dispositivos puede efectuarse en cualctt¡iermomento en que el nodo Bl/R8O se encuentra en el ni-vellógico alto.Todos los tipos (incluyendo elLS4g)cuen-tan con una entrada de borrado con prioridad superior(Bl) que puede emplearse para controlar la intensidaddel visualizador (aplicando pulsos) o para inhabilitar lassalidas.
Elecunénica digital 511
!-o1n.,on '
IDA g''* (5)
Descripclón general
Los circuitos 464, 47A y LS47 tienen salidas activas enel nivel bajo diseñadas para excitar de manera directa alLED de ánodo común o indicadores incandescentes; loscircuitos 48, LS4B y LSa9 tienen salidas activas en clnivel allo para cxcitar dispositivos de aislamiento deindicadores o LED de cátodo común. Todos los circuitos.con excepcién del LS49, tienen controles completos deentrada/salida de propagación de borrado y una entradapara prueba. El LS49 cuenta con una entrada de borradodirecto. Los patroncs prescntados para entradas BCDnrayores quc nrlevc son sínlbolos cspeciales que pernri-
FIGURA 14-18 Excicadones decodificadores de siece segmentos
( 1.,,)
512 Decodificadones, muluiplexones, demuluiplexones y visualizadones
Nota 1: BI/RBO es unAND lógico alambradoqrrc sirve como enlradaclc lxrrraclo (t)l) o l;aliclaclr; ¡lro¡r;r1¡;rr;iún rlcllorrarl<¡ (llllO).
Nola 2: La entrada deborrado (Bl) debe cstarabierta o manlenerse enun nivel lógico allocuando se desea¡r lasfurrciones de salida 0 a15. La entrada depropagación de borrado(RBl) debc estar abiertao en allo si no se deseaborrar un ccro decimal.
Nola 3: Cu;:ulrJo sr: aplicadiroctanrcnlo un nivollógico bajo a la cntradadc borrarlo (t)l), ltrssalidas de lodos lossegmenlos son l-1 (46,47);L(aB), sin im¡rorlar cl nirelque lengan las demásenl radas.
Nota 4: Cuando laenlrada de propagaciónde borrado (RBl) y lasenlradas A, B, C y D
cslán cn urr nivel bajocon la onlrada do pruebadel visualizador cn allo.ias salidas de todos lossegmenlos van al nivel H
y la salida de propaga-ción de borrado (RBO)cambia al nivel bajo(condición de respuesta).
Nota 5: Cuando la salidade borrado (BI/BBO) esláabierla o se mantiene encl nivel allo y so aplica unnivol bajo a la ontrada deprueba del visualizador,las salidas de todos lossegmentos pasan al nivelL.
H = nivel alto
L = nivel bajo
X = indislinlo
464. 474
Dec¡nEl
hlnci/rl
Er¡tradasBtfiRo(1)
Salidasf.lnL1
LT nBl n n ha o
0
I
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14
15
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HHHLLI.LHHHHHHH
BI X^
X t HH HH H H H
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LT L X H L IL L L (try
Decin¡al
fr¡nción
EntradasBrnBO(1)
SalidasN¡ota
nBl B {a o U
1
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(21
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L
14
15
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X
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H
H
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H
H
LLLHHHHLLLLLLL
BI X X L LL L L L
RBI H L L I t L LL LL L (4)
L X X H HH IJH H u H (s)
F IGURA 1 4-1 I (continuación)
Elecunónica di¡¡iral .51 3
Solución:
AOABOg
ocoo
IA2u1 I{CEOsr/F80 €RBI F
tA2t,30aCañ8r/nno eAf}I F
!---.I-
!A2unB{CEO8r/Írflo enüf
PRUEsA DE LAMMRA
14.9
pFIGURA 14.19
VISUALIZADOR DE CRISTAL LíOUIOO
En la acttralidad se empiean dos t-ipos cle LCD: el dtnámico y el de efecto clecanlpo. Los dos tjpos emplean ntateriales diferentes para eicristal líquicloy funcionan de manera disünta. Ninguno de ellos emlte luz y para poderlosver es necesario contar con u¡ra fuente de luz externa.
514 Decodificadones, mulciplexores, demultiplexones y visualizadones
En el I.CD dinánlico el ;:laterial de cristal lÍquicto se encLlentra entrc dosplacas de viclrio transparcntes. Dl patrén de sicte segmentos se cncue¡ltragr';rlrirrlo cn la ¡tlirc¡t rlc r,lclr'lo fl'orttal y cstii hccho clc utr ¡nittc¡'liti con(lu(:lor'<lc c'lr-'c:f ¡'icicl¡rcl tr':rris¡r:rrcntc, lal co¡r)o cl rlxiclo clc l¡rrllo. Iil viclrio ¡'roslcriorc'st;i rr:<-'l¡l;ic¡'to r:on <:slc r:onclltclor tr':rns¡l;r¡'cntc cl cual corrcspotrclc a lclssietc scgnlc¡rtos, co¡no sc ¡rrr¡estra cn la figrrra l4-2O. De csta nrancra, sólose vcrán los segnrentos clc los clÍgitos cua¡rclo sc aplique corricnte al I-CD.
Plano lrascro
FIGURA 14-20 conduc[ones [ranspanen[es de segmenLo de un LCD
Cua¡rdo se aplica voltaje entre el ¡:atrón de segmentos y el conductor¡rostct'ior de la placa cle r¡iclrio posterior. el cristal líquido difunde la luz. Loanterior sucede debido a que el Índice de refracción canrbia al azar, provo-cando con ello que la luz se refracte aleatorianrente a medicla que pasa porcl ¡lt:ttcr'lal clc crist¿rl lic¡rrlclo. I.¿r acción cle <lis¡rcrsión hace quc el segntclttol)r'csclrlc rrn <lolor ltlancr¡ lcchoso.
Un voltaJe de cd procluclrá cstc efecto en un LCD dlnán'ilco. Sin cnlbar-go, se entplea un r¡oltajc clc ca dcbido a qr.lc lrna con'ientc dc cd, inclusontuy lrequeña, puecle hacer que se clectrode¡rosite material del c¡lstal iÍqui-clo cn el conductor clcl segnrento. I.a colliente de ca lmplcle que esto suce-cla. Lr corricnte para r¡¡r LCD dr: slete segnrentos dlnánllco tÍptco cs nluvpeqtreña, aproxintadarnente 25 ¡r,A a 30 \rno ), 60 Hz. I-a caracterÍstica a¡rte-rior es laraz.ón principai para hacer uso de visualizadores LCD.
El I.CD de efecto de canrpo o ncnrátjco con glro es el LCD dc rrso másconlti¡r. Iist.c cs c'l tl¡lrt rlc LCD t:rrt¡rlcnrlo ¡ror ll nlayor'¡xrrlc clc las crlcrrl¡r-doras, rcloJcs y corn¡rutacloras qtrc funclonan con batcl'Ías. Dl LCD ¡lláscomrin dc este ti¡ro producc un scg¡rlento oscuro sobre un fondo reflejalte.
Para co¡rrprender la forma en que fi-rnciona este visualizador de LCD.prinrero es necesario cntender el fi.rncionanriento de una placa de viddopolarizado. La figtrra l4-21muestra una placa de vidrio ¡:olarizaclo r¡ertical-¡nente. Nótcse quc sólo los rayos de luz que estén polarÍzados de nrancraverücal serán los que pasen por el r¡idrio. Laluz que pasa a tlavés del viddo
CBA
Electnónica digiral 515
Polarizadcl horizontalmente(la luz no pasa)
Viclrio polarizaclovcrticalnlcnto
Polarizado vertical-rnentc (la luz pasa)
FIGURA 14-21 Vidnio polanizado vercicalmente
cs{li ¡rol:rt'lz¿trl¿r vcrtlr,:¿rlntt:trtc y, c:lirrc¡ cst¿i. tlcnc una Intenslclacl nreno¡-clcltirlo í.1 clL¡c nl{rr¡tos clc lcls r¿ryos clc luz no ptrcdcn pasar por cl vidrlo.
Sl sc colocan clos ¡tlitclts clc vlclrio polarlzaclo cn lingulo rccto. nlngrinraycl clc luz pasará ¡ror cllas clcbldo a qtrc cl ¡rrlnrer vidrio polarlzaclo dctcn-clrá Loclos los rayos dc lrrz cluc no cstén polarizados verticalmentc, y cl sc-gu4clo viclrio polarizaclo sólo clcJar':i ¡rasar la luz polarizada horizontalnlen-tc. Por consiguiente. Ia luz no puede p¿sal' cuando se em¡tlean las dosplacas. Esto se nrtrestra en la figura 14-22.
io pol.rrizadohorizonlaln'lente
Cuando so cnrpleanlas dos placas, la luzno pasa
FIGURA 14-22 Filcnado de toda la luz
516 Decodificadones, muluiplexores, demul[iplexones y visualizadones
si fuese ¡rosible girar 9oo los rayos de luz verücales quc pflsan por elprlttrer vidrio polarizado vcrtlcalmente, entonces éstos pasar'Ían a travésclcl scgttndo viclrlo ¡tollrrizaclo h<¡r'lzontalnlcntc. Lo antcrlor cs exaclantc¡ttclo r¡trc ¡tttcclc ltaccr cl rlralcr'lal clc r:¡'lslal líqtrtclo, csto cs, gll'al'la lrrz gO".Alcolocar cl rltatc¡'i:rl clc crlst¿rl lícltrlclo cntre las dos ¡:lacas cle vldrlo ltolar-iza-clo, la Itrz polarlzacla vcrticalnrcnte gtra gOo y pasa a través del viclrio traseropolarizado horizonl:rlntcnte, con lo que Ia luz pasa a través clc las cios pla-cas de vidrio polarizado. El giro de los rayos cle luz verticales continuaráhasta qllc Pasc una corr-lcn1c clictrica por cl matcrial de cristal lÍeufdo.Cu¿t¡rclo csto succclc, cl crist¿ri líc¡uiclo cleJa cte giral' la luz y ésta paia sinalteración hasta cl viclrio polarizado horizontalmente, el cual bloquca supaso debido a que la luz csL'r polarlz;rda vertÍcaimente. Lo anterior r.,ir.,.rtrocn la figura 14-23. Nótcsc que sólo el área baJo el segmento conductor cs laquc sc vcrá afectada, ¡l'oclttcle¡rclo clc csta manera un segntcnto oscuro.
Polarización clcl vidrio Cuandoclóctricoluz pasa
no hay campoprcgenlc, la
La luz no glra en uncampo cléclrico yno pasa
Conductor lransparenledel segmento
Elcrislal líquido girael haz de luz
F¡GURA 14-23 LCD nemárico con gino
Dl LCD clc cfccto rl<: c:ltt:t¡ro o ¡rc¡u:illco co¡1 glro c11 gerrcral fr¡¡lctrlnn co¡rttn voltaJc dc ca clc B Vnn y 60 I-lz, co¡r una col'riente apro.xlnracla clc gOO pA.De nttevo, la ventaJa piincipal de estos I-CD es el baJo consumo de corrien-te. El voltaje de ca crnpleado para excitar un visualiz-ador de LCD puedeobtenerse con algunas compucrtas cMcs xoR y un reloJ que tenga unciclo de trabaJo del 50 o/o. Como pr,rede versc en ia flgura 14-24, cuando laent¡'ada es 0, el voltaje diferencial cntre el conductor del segntento y elplano trasero es o. cuanclo Ia entrada es 1, cl voltaie es cle ca.
Elecbnónica digital 511
0t: ---_-_._
0G_
0E-
0
O U Reloj y placa trasera
o u segmento B
O U Segmento A
OV
OV
Potencial del segmento A
Potencial del scgmcnto B
-0vVohaje de ca
FIGURA 14-24 Exci[ación de un LCD con un voluaje de ca
Compuertas de ürus estadose interfaz con corrienües
grandes
LrsrA oe rÉRMtNos
de Lnes esEadosamplificador de aislamienco
OBJETIVOS
excibadon bidineccional de busbus
csLc cer¡rilulcl cl lector debe scr capaz. cle:
furrcionamiento de una compuerta de tres
2.
3.
4.
5.
Ó /\r Lcr-rrro clc
l. Dxplicar elestados.I-lacer la interfaz entre compuertas lógicas y transistorespara controlar corrientes grandes.construir un circuito empleando compuertas de tres esta-dos para multiplexar dos o más seña_les a dos o másvlstrallz.aclol'c.s
I)csc:rlbir cl uso dc cornpllertas de tres estados con blrscsclc compu[aclora.Utilizar relevadores y optoacopladores para aislar circuitos.
528 Compuencas de [res esEados e intenfaz con conrientes gnandes
15.1 COMPUERTAS DE TRES ESTADOS
Ii¡l las cotn¡tucr-tas con sall<l¿ts cn tótcnl cstudiaclas anterlor.¡rrenlc, sólot¡rto clc los lr:ulsisf o¡'cs, cl sr.r¡rcrlol'o cl lllferlor, está cnccncilclo, y la sallclircs tlll I o un 0. Iill las c<xtt¡trtcrtas dc trcs estados, los clos ¡l'ansisrorcsprrcclcn cstar a¡tagaclos, y la salicla no cs llcvada a v* o a tferr-a. En cstec¿rso la conrpttcrta cntra cn Lln tercer estado, o estaclo áe alta inrpcclancia.Drr cstc cstadcl, lllZ, la comltuerta. no tfcne nlngtin efecto sobre las com-ptrcrtas a las quc se cncucntr¿t conectada. Sl sc conectan entrc sÍ las sali-das dc varias comllrertas, entonces sólo uno cle los CI pucde cstar acüt o ala vez. Con esto las dcnrás compuertas dcben estar en el estaclo de HiZ.
I;l figura 15-l ¡llt¡cstra clos compuertas de alslamiento de tres csta-doe. lin I:t ¡lt'ltttct':¡ <lt: cll;ts, t:i co¡ltrol ¡ro llc¡rc cl cír'cr¡lr¡ rlc nc¡¡:rr:l<'¡¡t. g¡r Ie¡l t'l crl¡tf t'ol ll;rl;llif:r cl CI, y I;r s;rllcl¡r ¡rrrcctc tc¡tc¡.cl csl:rclil AL't'O r¡ clIIAJO' scgtttt st:lt l;t ct¡tt':trlrt. tJ¡¡ 0 cn cl co¡rl¡'ol l¡lh¿tl;llltir l¿r cr)rrr¡lrrcr.l;r. y lirlr¿lcr: c¡lLl'¿lr cll cl c.staclo clc ¿tlta inrpcclancla. La scguncla corir¡trrcr-t. clcaisla¡:ric¡-ttcl clc la figul'a 15-l ticne un círctrlo clc negación en l¿r lÍncaclc control. Lo antcrior irn¡rlica quc un o hablllta ia conr¡ruer.ta y que las¿rlida tonra el valor I o O. Cr.rando la iÍnea cle control canrbia al nivel AI-TO,la s¿rlicla cntra en cl estaclo cle alta lnrpeclancia, y el contl-ol dc la salida¡rrrcclc haccrsc con oLra contpuerta de trcs cstacloi.
FIGURA 15-1 Compuer-tas de tres estados
La figtrra 15-2 nrucstl'a trcs conrpuertas cic aislanliento cle trcs cstaclos(lo¡lr'('t;trllts c¡llt'c sí, r:0n srrs s:rllrl:rs cxclla¡lrlo r¡na cont¡trtt:r-t ir OIi. prresfoqttc ln ctrt.l'¿rcln clc contlol cs acllr'¿r cn cl ¡rivcl AI-'I'O (no ¡ay cÍr.ctrlo clcinversiÓn)' sÓlo ttna entracla de control puede estar en el nivél AIÍO a lat'cz.I;t tabla l5-1 llrcscnta ttna ganla anrplia cle dts¡tositivos clc trcs esta-dos disponiblcs cn cl ntcrcado.
FIGURA 15-2 Sólo una cfe las enünadas cJe
AL]O a la vez
Elecunónica d¡gir;al 5¡¡q
conbnol puede [ener.el nivel
Tabla 15-1 compueruas de [r'es estados disponibres
Nrjrncro do dispositivo Ooscrlpclón
54175t74125
54LSJ 25/74LS I 25
Cornpucrla dc aislamicnto cjc lrcs ostados cuádruolo
5412e/74126
541512&741S126
Compuerta dc aislamiento de tres estados cuádruole
54S134?45r34 NAND de l2 entradas de tres estados
5415240n415240
54S240r45240
Conpuerla de aislamiento inversora de t¡es estados óctuple
54t s2 I tFt3I.Sz4l
545241U5S241
Conprnrtn <kl nislarnionkl (lo tro:t ostndos óctuplo
54LS?42n4L5242
545242n55242
Conpucrta dc aislanüento dc trcs estados óctuplo
5415243/7515243
54s243/755243
conpucla dc aislamiento dc tres estados óctuole
5415244/7515244
545244n5524É
Conpuerta de aislamiento de tres estados óctuole
54S244/Z55244 Conpurerta dc aislamiento de tres eslados óctuole
54LSi245n5[ S24s Corrpuerla cJc a¡slamionto drr trcfi cstacbs óctuplo
543G5/74365
s4L536s/75L336s
Corrpr,nrta dc flislar¡licnto c,o ltes eslados sóxtuplo
s4366|/4366
541S366r/41S366
Cornpuerta de aislamicnto dc trcs estados séxtuole
5467n4367
5415367f7 415367
Compuerta de aislam¡ento de trcs estados séxtuole
5436&74368
541336&7451536B
Conpuerta de aislamiento de tres estados séxtuole
530 Compuer-tas de Er-es es[ados e interfaz con conrienues gnandes
Tabla 15-1 Compuen[as de tnes estados disponibles [continuaciónJ
Núnroro do dlsposltlvo Ooscrlpción
545940 7 41.¡9a0 Cornprrcrla rl'.J ¡i:',1;ulrionlo rjc lros o:il¡chs óc[Jplc
5453411i5'J41 Cornprrcrl;r rh t¡ia,lírfr¡icnlo rjr: trcs c:;t¡dos ócfr¡f:le
54173174173
541S1 73r/4LS1 73
Rcgistros D cuádruplc de trcs eslados
54251t74251
5415251n 41S25 1
545251n.15251
Selector/mulliplcxor de datos de tres estados
5115254r7115253
s4s253,¡/4S?53
Seleclor/multiplcxor de dalos de tres esladosa
iral-52571/41.5257
54s25717asi)57
Soloclor/nlult¡plcxor do dos d'llos cl¡/¡rfntpto rje lros esl¡c¡os
54L525B//4tli250
54S258//45258
Solcclor/rnullip:0x0r ciO dos útlos cu/rdrtrplu de trcs cstados
54s299n,1S299 Registros dc alrnaccnamienloicorrimicnlo univers.¡les de B bits de tres cstados
5415353¡7415353 Sclector/n¡rJltiplcxor de dalos de lrcs cslados
5415373r/415373
54s373.",15373
nelenedor óctuplc dc lres cstados
5415374.7415371
54s374 7.1537,1
Relenedor ócluple de tres estados
541s670 7415670 Archrvo de 4 X 4 reg;stros de lres estados
54C173n4C173 Flip-flop D cuádruple de tres estados
54C373t74C373 Rclonodor ócluplc con s¡lidas dc lres cstados
54C37rn4C374 Flip-llop lipo D cuádrr;plo con salichs de lros cstados
40348M 403.18C Rc0istro d0 bus b¡dircccionat do lrcs cstildos rje ocho ctapas parslclc¡/sor¡o entrada/salida
40438M/40138C Relenedores RS NOR de trcs eslados cLrádruole
404BBtut;401BBC C,ompuerta de ocho cnlradas y ocho funciones arrpliable de tres cslados
40768¡r'4076BC Flip-flop D cLrádnrple de tres estados
45038M'45038C Compuerla do aislamicnto de trcs cslados no inversora séxtuole
15.2 INVERSORES Y COMPUERTAS DEAISIJTMIENTO DE TRES ESTADOS
I;rs compucrtas de aislamiento son circultos que tienen una cntracla vquc no aiteran la se¡1al; cntra l, sale l. Varios cie los CI que apalece¡t en latabla I5- I son contpuertas dc aislanrlento óctuples, tales como los 741-5.240,24I, 242. 243 y 244. La configuración de estos circLritos es la quc canlbia.Por cjenrplo, la figura 15-3 nluestra la distribución cle ternrinales del74L524A. Dñstctt dos gmpos de cuatro inversores de tres estados. Un gru-po cstá controlado i)ol la ternrinai rg,2G. cuanclo 2G va al nivel B,\Jo.
Electnónica digical 531
?G rYl 2/.1 XYz 243 tY3 U2 ;Y4 2Al
2Y4 lM 2Y3
5¡t:1210 (4,13210 (Jl
1A3 2Y2 1M ?Yt GNO
FIGURA 15-3 Invnnsol cle [rel;
7{Lg2r0 (¡07.92.0 (¡0
csuados 74LS24Asc lrabllitu cl corrjrurto srr¡;crio¡'clc lnvc¡-sc¡rcs, 2Al ,21\2,2A3 y 2A4, y losd¿rtos ¡>trcclcn l)as;.lr' l¡rvcrilclos <lc 2A I zt 2y I . cle 2A2 a 2y2, cle 2A3 a zvs yclc 2A4 a 2Y4. cuanclo 2e va al nivcl AL,TO, 2y r , 2y2, 2y3 y 2y4 cntran crrcl cslado dc alta ittt¡rcclancia. Iin este momento, el control de las lÍneas clesalicla pucden l.onrarlo otras conrptrcrtas cle tres estados. I-a serial I G cn latcrnrinal I controla el otro conjunto clc inversores. Cada grupo consLituycurr arreglo convenientc para el nranejo cle cuatro bits en paráteto.
DI 741-5241. figtrra l5-4, está diseñaclo de una nlanera sinrilar, co¡r laexccpclón de c¡trc las conrpttertas no hacen la inversión y el grul)o supcriorclc t:t¡:tl,ro co¡llpltcl'l¿rs c¡rrccl:r hnbillt¿rclo ct¡ando 2G va al ntvcl AL'¡O. Ar¡¡ct¡¿rttclo l:rs coltt¡lt¡ct'l:ts ¡ro ¿tlLc¡'¡trt l¿t scñ¡rl, aíslan la sallcla clc la c¡rtr¿lcl¿r.
vcc lYa 2Al
2Y1 rA2 2Y3 rA3 2Y2 tM 2Yt oNo
5.LS21r (J) 7¡LS?.r (r.{)
54S2,.1(J) 7(s?.r (N)
Ff GUBA 1s-4 Ct 74L5241
lY2
532 Compuenuas de [nes esbados e interfaz con conr.ienues gnandes
q 8 NC
Ml.fi?¡2 (.r)315242 (4
4A
7{LS2,U (N)7¡32.t2 (N)
NC --Sin conoxión inlorna
FIGURA 1s-s r.anscep[on de bus cuádnupre 74LSp4z
I-as cottt¡lttcrtas clc aislanllcnto sc ctuplcan para proporctonar co¡-icntcs ciec.rci[¿rció¡] mayorcs. A ¡ltcnuc]o la fuentc cle alimentación no es capaz cleproporcio¡rar ia corricntc dc c.xcitación requerida por los clrcuitossttl¡secuentes. trn estos casos, la ft¡ente excita una conlpuerta de afsla-nliento, y ésta es la que excita a los circuitos subsecue,rtei. La figura 15-5nrr¡est.r'a el tra¡rsccptnr de bus cuádl-trple Z4LSZ42.
ltl 741,5242 clc la flgtrra l5-5pcro ¿lconrocl¿rci;ts 1;or. ¡>arcs. i.aflgura l5-6 nlucslr¿r t¡no clc cs-tos ¡rares. Cuando GI3A tienc clnivcl AI-TO, G BA tanrbión debecstal'c¡l AI.TO. I-os clatos puedcnpasar inverüdos de lB a iA a tra-vés del inversor l. I-a salida delinversor 2 se encuentra en el es-tado de altir impedancia y no en-t¡'a elr confllctrl r:on l:r sr.:il;rl c¡lI lJ. I.¡ls cl¿rtos l)¿ls:ln clc la línc¿r obus lB al bus lA. Cuanclo GRI¡ticnc cl nivel BAJO, cl inr¡crsor 2es el que queda habilitado. GBAdebe tener ei nivcl BAJO ¡>araponcr al inr¡ersor 1 cn el estadode alta impedancia para que lasalida de éste no interfiera con
tlc¡rc ocho corn¡rucr-t¿rs clc alslanllcnto.
1BNC
COMPUERTA DE
AISLAMIENTO 2
COMPUERTA DEAISLAMIENTO 1
74L5242
G¡s Nc 1A
FfGURA 15-6 Sóto una delas compuer.bas de aislamientopuede esLan habilitada a la vez
Eleccnónica digiual 533
la señal que hay en lA. Mediante el contlol de estos cios inversores de trescstados, los datos pucden fluir cn cualquicr clirección e¡tü-c IAy 18. trstaco¡lblnación sc cor-locc cor]ro cxcltador bidirccclonal de bus o lransccptorclc lrrts, pr-rcsto qtre prrcdc l,¡'¿r¡rsrnitlr o rcclblr clatos. EI 741,5242 cs r-r¡r
transcc¡rtor clc br-rs cuádrtr¡rlc.
A ¡netruclo los slstentas cllgit.ales se configuran en paralelo, de nrodo quecacla bit tcnga su propia linca de clatos. Ds común que los slstenlas cont¡o-lados por mlcroprocesador trabaJen con 8 o l6 lÍneas de datos denomina-clas bus.
CIs como el74I-S245 de la figura l5-7 resultan tdeales para cont¡olar elbus de los microprocesaclores. cuando G tlene el nivel BAJO, las com-pucrtas L y 2 cst¡in habilltacl¿rs" Cuancio cl contl'ol clc dlrecctón DIR va alnivel ALTO, la contpuerta 2 produce un I en su salida, que a su vez habilitaIns ot:llo contJ'rr.tct-t;rs <le ¡llsl¡u¡llcnt.o, las cr¡¡rlcs clcJar pasar clatos clc lastc¡'¡llltutlcs Al a AB ¡r lls lr,:¡'¡rrlrr:rlcs Il I a tl8. t;r sallcla clc la conr¡tr¡crta I cs0, y l;ts co¡tll)ucrtÍrs clc alsl¿tnrlcnl<l qrrc clcJan pasax datos clc l¿rs lcntrl¡ralcstll a 88 a las t.cr¡ltltralcs Al a A8 cnt.ran c¡r cl cstado clc alt¡r lnr¡lcclancla.Ct¡anclo cl control clc clircr:clón tlc¡rc cl nlvcl BAJO, la compuerta l, que esuna conlpuerta NOII. procltrcc u¡r I ctr su saltda, y las ocho compuertas dealslamicnto c1t-tc clcJan pasar clat.os dc las ternrlnales Al a AB a las ternrlna-lcs 131 a BB cntran en el estado de alta impeclancla. Sólo un conJunto clcconrpuertas se encuentra actlvo alavez, con lo que no se presentan con-flictos.
FIGURA 15.7 CI 7415245
0 a 0 e !o
534 CompuerLas de tnes estados e inler"faz con connienLes gnandes
I(:oPA5EIt¡€7d)
0
frñññ¡ñ
!o noto rYfl
lto(D
+5VPuorlo do sat¡daPuorlo de onltada
15.3 BUSES DE COMPUTADORA Y IS COMPUERTADE TRES ESTADOS
un bus cs un gl-l¡l)o <lc co¡rclt¡ctores enrpleaclo para transfcrir ¡rú¡'c¡-osbi¡raños cligltales cl-c u¡r cllspositJvo a otro. I-as nricroconrputacloras cm-plean tres üpos de buses (de clirecciones, de ccntrol y de datos). co¡no senlttestl'a cn la figura 15.8, cl bus clc dlrecclones lo uultza cl proccsadorcentral para scleccionar la localiciad cle nrenloria o el dispositivo clc entra-dalsalida al qr're desea tener acceso. este uús es ritot....ional y tra'slierelas direccfones o clatos de la cPU a los disposrüvos conectados al nrismobus' Ia figura 15-8 muestra un puerto üpico de entrada/sallda conectado
rt
ABCOOI74LSt5,a
o r 2 3 ¡ 5 6 7 8 9 ,4 A "
O r7
Jrt lt \f ,rlrlrJl óó6ó741S75
DODO
FIGURA 15-B Un bus del BOBS
Iista fotografia nlr¡cslra clos clls¡tosltl-vos clc alta crtr¡'icntc. iil rclcvactor rlcla parle superior de l¿r fotografÍa cs cleun upo a:rtlguo dise¡iaclo para mane-
.J;tr'30 illll)crc.s it24Q V clc ca. Ill clis¡to-sltlvo clc l;r partc lnf'c¡-tor es un ctf oclo clcalta corrlente dlseñado para recüflcar.corrientcs hasta cle IOO an.lpercs,
Eleccrónica dioiIal l] tn
al btrs dc una CPU 8085, Dl bus clc cltrccclones cstá alslaclo con conrl)ricr-tas de tres estadosT4l-S244. Esto perrnite tener una btrena capaciclacl encuanto a la corrient.e cle excitación, aclemás de que el circuito pr-recle poner-sc: (:11 t:l cstnrlo cic alt¡t lln¡-tccl:irrr-'lrr ¡:rcrlf¿rntc r¡n:,r scrlltl <lc corit¡.o1, ctc¡ro¡lll-ll¿r(lit ilOf,n. Iistlr c:it¡tirc:lclirrl clc ctcsr:onct:ta¡'l¿i CI,U clc srr btrs ¡lcr..rttc c^tcotros disposlLivos, lalcs collto cl clc acceso clirectcl a nrenroria, obte¡ga¡ clconLroi dcl bus y uLiliccn cttalqt.tlera cle las locallclacles cle ntentoria oic losdis¡tositivos de enlrada/salfcla concctaclos al btrs.
Dl bus de clatos sc emplea para transferir clatos en forma clc núnrcrosbinarios cntrc la CPU y la lnenroria o los clispositivos cle entracla/salida.Dstc bus es bidireccional dcblclo a que los clatos fluyen en ambos senüclos.Para aislar este bus, debc emplearse un excitaclor de bus biclireccional.
536 Compuentas de ünes estados e intenfaz con connientes gnandes
conro el74I-5245. El CI 741-s245 proporciona una buena corrientc cle cxct-tación y permitc .selcccionar la dirección clel fluJo de datos. El bus cle datos¡lttcclc '(c¡rcr co¡rcctarlos ntt¡chos cllsposltlvos, óada uno clc los c¡alcs con-st¡¡l1c cor¡1c¡rtc rlcl callal. Iisto slgntfica qr.ic un CI NMOS tÍplco, t:rl conlottll:t CPU, l-t<l ¡lttcclc ¡>ro¡tot'clona¡'la corrlentc nccesada para produclr un Oo I lógico llueno, ¡lor lo cluc sc rcqulerc usar una compuerta dó alslanrfcnto.
. I-¿rs cott]puertas dc trcs estaclos tambtén se en'rplean para introducirclatos cn utl bus cle ci¿itos. Tal conro se nruestra en la flgura ls-8, el cllspo-sitjr¡o rlc cnr-racla cs ,¡r 74rs244, cr crrar está controraáo ruL-lg_qoni¡rno_ción dc un decodiflcador de dlrecclones y la señal de control I / o RD . Cua¡r-do la CPU:desea recibir datos de este puerto de entrada, coloca OO00ooOOcn los ocho bits menos significaüvos del bus de dtrecclones, lo que habilitala lÍnea de sclecclón O del decocllflcador cle cllrecclones z4ISlb4. A conu-¡rt¡acro¡r I¿r cpu canrrrra ar ¡rrvcr BAJO Ia scrlar I / o RD , lo quc hac. q,,. tn,collt¡lttct'las dc trcs estaclos clcl ptrcrto cle entracla sc habllitan y cnritrolcr.,cl l;us. una vcz cr_$_]a_qJru rraya rctc¡rrclo ros cratos cn un rcgtstro rntcrno,ca¡nl:la l:r sc¡1ar I/oRb ar nivcrAl-To, rnhabrrltanclo crc esta nrancra rascoltt¡lucrtas dc trcs cstados y ¡ronlénclolas cn cl estacio cle arta rnrpc,lrr,r.io.De csta nrAnera. Ia cpu ¡rr.,ché hacer que un drspostüvo y sóro uno tcnga cico¡rtrol clcl ltus a la vcz.
AUTO EVALUACI ó N pARA t-AS SECCTONES 15.1, 15.2 V 15.3
1' ¿,crr;ilcs son los clos t.lpos dc sallclas'lrl.c¡rrc ¡rucclcn co¡rcct¿¡-sc crr.rcsí'/ f ll
¿lin qr'ré direcclón irá cl fluJo dc datos en Lrn excitador biclireccional debus 74LS24b si la ternri¡ral DIR üene el nivel ALTO y ra termtnal HABI-LITACION G el nivel BAJD? I I ¡
¿Por qué se emplean las compucrtas dc tr-cs estados en los cfrcuitosque contienen nricroprocesadores? Ii, 4l
2.
3.
15,4 AISI.AMIENTO DE COHRIENTESY VOLTAJES ALTOS
A los ingenieros y técnicos en slstemas cliglL-?.les les gustana encencler yapagar el nrundo con Llna señal cle 5 V, p.ro .l nrunclo fúnciona con r¡oltajestales como l2O V ca. 44OV ca trilásicol, 1, sorr,entes que \¡an clel orclcn clentilia'rperes hasta meganperes. Sin embargo esto no ros ha disuacrido, ¡raqtre ltan discñado maneras de controla:'estó r,oltajes y corrientes granclcscon su señal digital de S V.
Eleccnónica digital 53'7
Dl control dc voltaJes y corrlentes de cci ¡nayorcs qr-re las qtre un CIdlgll.al puedc proporcionar, se hace ¡nedlant.c el cnrpleo cle un CI clc alsla-mlc¡rt.o o clc t¡u tt'ansistor. Los voltaJcs clc ca pueclen controlarsc con tllacssl rro son cn ext¡'cnlr¡ granclcs o la corrlentc ¡ro cs ntuy alta. Sl cl co¡lt¡.ol rronccc.slt¿t scl'tlltly t'li¡llclo. c¡tklllccs ¡ltrcclc cnr¡llcarsc un rclcv¿rclor'¡tarn als-I¿t¡' l¿t scñ¿rl cllgital dc corrlcntes y voltajes nluy granclcs. I.os relc.,'aclorcsof¡-ccc¡r una capaciclad de conclucclón cle corrlcnte grancley trn alslanricntocontplcto del circuiLo de voitaJes y corrientcs grancles. Tamblén se pueclclograr un alsla¡liento conrpleto clcl clrctrtto rnedlante optoaco¡tlaclores. Caclauna clc cstas opciones scrá cxa¡nlnada con nrayor cletallc nlás aclelante cnestc capÍtulo.
I-a figura l5-9 muestra cl emplco clc un translstor para proporcionar lacorrlcnte necesaria para cnerglzar un relevador que enciencle un motor clebcrnrlla. Dl7406 cs t¡n Inversor dc colcctor ablcrt"o cllscñaclo para alslantlcn-
+12 V dc
Soñal 'l-TL
de5V
Transislor PNP
20Vca
1,
FlGl.¡RA 15-9 Interfaz con connien[e al[a
Á":
538 Compuentas de tnes esfados e intenfaz con connientes gnandes
to cle voltajes grandcs (hasta 30 V) y con'icntes granclcs (hasta 40 piA).Cuando la entrada a ult 74OG es un i lógico ffL, la salida clcl inyersort:rt¡ltlrilt itl ¡llvcl llAJO, llaclc¡tclr¡ c¡trc fltrya una corrlcntc a¡tr.o.xilllacla clcj2il ¡¡rA ¡;ot'l:t t¡¡tftin l:;rsr:-c¡nlsor clcl lra¡tststor. Dsto sa¡ura tl lr-arrslstor 1,lrt ll;tt'r'l)asal';¡ t¡¡t csf ;trlo clc ¡1rnn co¡lrtr¡cclórr, Jrrocluctcnrlcl una corrlc¡.ltcclc colccLor grartclc pal'¿'t c¡tc¡'glzar al rclcvac.lor. I;r corric¡rtc quc cit-crrla ¡>¡rcl colccto¡'clcl tl'¿insistor cstá lll¡rltacla únlca¡rrentc por la rcilstcncla clc Iabobina clcl rclcvaclor, bo e, y por tanto pucdc ser muy granclc. Dn la flguraI 5-9 l¿r corricntc de colcctor cs l2 v cliviciicla entre so o o 240 nrA.
Cuanclo la sc¡ial lógica 'I-I'L va a O, la salicla clel tnversor canrbia al cstadocle alta inrpedancia, imposibilit¿indose asi el flujo cle coniente en la base,apagáIldosc c¡] consecuencia cl t¡a¡rsistor y deteniénclose cl fluJo cle co-rrientc en la bobina del relevaclor. Lo anterior hace que ei canrpo rriugneu.oclc l¡r llobi¡ra se rccttlzca clr;isllr:a¡nc¡rtc c¡"r sr¡s proptos clcvanaclosl l¡lclr¡-clc¡lrlrl tttt vollnic o fttc¡'2.¿t co¡rlraclcr-'lro¡not.riz opucsto al volta.f c c¡rrc ¡;r.oclrr-Jo cl c:rttt¡:o tttlrgtrillco. list¿r cs¡rlga clc voltaJe tnúerso pucclc r.i,ri.,y gr.'clcy clañitr al t¡'artslstor o a ol¡'os coltl¡)onentcs clel cfrculto. par.a cvtür.cll.lccsl;r cs¡llf;a scíl clc¡llasiaclo granclc sc coloca t¡n clloclo en par.alclo co¡r lallol>i¡ra clcl rclcvado¡'clc nloclo c¡uc qucclc polarizaclo cn l¡rversa por cl voltajcclcl cil'cl-¡ito. Ill rlioclo queclará polarlizado en cllrccta ¡tor ta fucr.zacolllr¿rc:lcctl'olllotr.iz gettcracla por la bobina clel rclevaclor. Ei clioclo irripiclcquc cl voltaje invcrso rcbase -O.7 v, que es el voltaje a través del cliocloctrando óste sc cnct¡cntl-a polar-izaclo en clirecta.
Dxisten dos aspectos que deben considerarse cuando se diseñan circui-tos que enrplean transistol'es para apagar o encencler una corriente alta. Elllt'itttct'o cs t¡llllzal'rttt l¡'a¡rslstor cle ¡rotcncla qtre tcnga una cor-r-lc.tc clccolct'f rlt'{. Irl st¡flck:¡ttc¡llcnlr: gt'itrtclc pa¡'il nranó1ar ta rñ¡.r.tc¡tc <lcl cl¡.c.lt'il (lorllt'ol¿t¡'. Iirr l¿t flgrrt'it l5-9, cl lr'¿r¡-rslsto¡'clcbc ser caJ)az c!c ¡':rrre.fnr.;rlIllcl'los 0.25 A o clc lo co¡rt.¡':r¡'lo sc clLle¡lar¿i. EI seguncto cs pr.opor.clo¡laruna col'l'iente cle l¡ase suficicntc para hacer pasar aib'ansistoi a ir¡r cstacloclc gran conducciÓn cle nloclo quc la caÍcla cle voltaje en óste sca pccjr.rcña. Sil¿t conicntc dc l;asc es Ilruy pcqucr-ra, el flu1o cle corricntc clcl cmlsor alcolector clisminr-ryc, produciendo cle esta manera una caÍda de voltaJe atrar¡Ós del transistor. Dsta caída cle voltaje hace que el transistor clisipe nráspotencia y que pueda quenra'se por el calor generado. Recuérdese quela potcncia es el producto del volta.fe por la corilentc. Cr¡anclo la caÍda cievolt;r.lC I ll':tvt':s <lcl tr';'t¡lslslo¡'r.rs r:¡rsl ccro, la ¡rolcncta cl lsl¡r;rclir ¡r.r- cl l¡.¡r¡l-slsto¡'cllsrrrlnuyc.
trl 74C908 es un CI diseñaclo para hacer la interfaz cle niveles lógicosCMOS o TTL con tln relevador. Este CI ptrecle proporcionar con-ientcs de250 mA a 30 V, suficiente para energizar a ta nrayorÍa de los rel6,aclorespecltrcrlos.
La sede de circuitos integrados 75)OC{ está compuesta principahltentepor cl de intcrfaz corl una capacidad para mar¡eJar- corrientes 1r voltajes
Elecunónica digital s39
FIGURA 15.1O
grandes. El 75491 y el 75492 son buenos eJemplos de esta serie de cl.Ambos son cxcitadores dc alta corriente, como sc mt¡estra cn la figtrra l5-lo. til 75492 cs tllt crlnJtttrto clc Lra¡rslstorcs cn pa¡'D:rrltnglo¡l c,rr-i cl c¡¡!-sot'clcl translstor clc sallcl¿r conectado a tlcrra y el colector conlo saltcla. Dl7549I tiene conlo salidas al emisor y al colector, de modo qtre el discñadorpueda emplearlo ya sea como consunrldor o fuentc de corriente.
Dstos dos CI excitadores pueden manejar hasta 250 mA de corriente desalida y hasta 20 V en el colector. l¿. serie de clrcuitos integrados 7S)Oe( seemplea para excltar disposiüvos tales como relevadores, motores cle pasos,servomotores, cabezas de impresora y visualizadores.
COLLCTOfi
54o Compuertas de tnes esbados e incenfaz con conr.ienEes gnandes
EJemplo: Diseñc u¡r circuito excrtacror dc co¡riente para cxcitar un¡'elevarl.r'clc 2.s nru¡>crcs y 24 v. uulrcc r¡¡r cl 74e7 vr¡n tr'¡r¡rslsto¡'pNI)'flp l2s. Dl t_¡-anslsto¡.TIp l2s ttc¡lc unáI-lfc <lc 2500 y "a co'rre'tc clc colcctor. r¡ráxr¡rr¿r crc ochoan)pc¡'csi. Iistas caract.e¡-Ís[icas lo convierten en una bucnao¡>clón para cste tipo de clrcuito.Soluclón:
La conlcntc cle colector cleternlinará la con-icntc clc rrasc nc_ccsarra para colocar ai transisto¡- en satur-aclón. Es buenaidea enrplear de 2 a 4 veces Ia corrrente necesaria en er cir-cuito dc ra base dcl transistor l)ara asegurar que éste sienr_prc sc encucnt¡'e en saturación. st cl h.ánslstor salicra clc las¡rlr¡¡'¡rcr<'l¡r y co¡n(:¡)z¡rrfl a proclrrcrr l¡na c¡rírl¿r <lc vort:rJc irt¡';rvós <lr:l r:¡'ts'r y t:r colcclo¡', la ¡rotcncr:r crr.sr¡racr;r ¡ror cllr'¡rrrslslo¡' :llr¡r.rr:nr'ría y poclrí:r quenr¿rrse. I.a cnr¡.lc¡lt.c rotalncccsarla ¡tzrrar ci cllscrio antedor es clc sólo I nrA; clc ¡rrocloque cn cl clrscrlo sc har¿i uso cre 4 mA. I-a rcsrste.cra carctrra_da cs clc 5B2s ohnrs, pero éste no cs un varor conrercral crc
'esistcncia para rcsistores, cre niodo qlrc sc anipian*i ,rnodc 5 l< orrnr. Esto rncrenientará la comrente de basc a unvalor un poco nlayo. que 5 nrA. La coriente que circtrla ¡rorel rcsisto' Rb se calcura crivicriencro ra ca:cra oÉ ,roriaie de r.4v de Ia unió' base-emisor polarizada e. cirecta :-lrre Ia re-sistencia de Rb, que es I Ke. AI hacer esto se obüe¡re unaconientc dc r.4 nlA ra qlre, c'a¡rcio se suma a ra crc 5 r'A quecl'cr¡l;r ¡>o'I?;r, ¡:roctrrcc r¡¡l:r co¡-¡-lc¡rtc tolal cle 6.4 ¡rrA, In r:r¡¡rlsc c¡lcr.rc11h'¿r clcnt.¡'o clc los lÍnrrtc.s clc co¡rtcntc clcl cl 7407.
+24 V
MOTOR DE CA
110VCA
RELEVADOR
FIGURA 15.11
Bobina de 2.5 A
Elecunónica digical 541
InFIfc=*=2500 típ!co
Itr
., 2.5 AIl) - _---=I Il)ál
2500
UTII,ICD UNA Ib DD 2 A 4 VDCES MAYOR
15.5 MUUTIPLEXADO DE VISUALIZADORES DE
24 - 0.7Ra=4ma
Ra = 5825 Ohms
SIETE SEGMENTOS
Dl circuito de la figura 15- l2 emplea una compuerta de aisiarniento óctuple741'5241 para ntultiplexar dos dÍgitos en dos visualizaclores cle siete seg-mcntos. Cua¡rclo la salida Q clel 7476 üene el nivel BAJO, el dígito BcDnú¡'nero I pasa por las contpuertas de aislamiento de trcs estados hacia cl7447, clorlclc cs clccodiflr:aclo para cxcltar un vlsuallzaclor dc stctc scgmcn-to.s. f,os vlsttallz¿tclol'cs sol'l clc ¿inoclo conrtin. Para qtrc Ios vlsrrallzarlorcsfiurclo¡rcn, cl ánoclo conrún clcl:c concctarsc alvoltaJc clc aillncntaclón posl-tlvo. I.a sallcla 0 .t lnvcrtlcla por cl lnvcrsor númóro I del 7406. Dl nfvclBAJO enclende a Ol, y el r,'isualizador de slete segmentos núnrero I qucclaconectado a +12 V a través del translstor encendido.
Drrrantc estc ücnrpo, las saliclas zYI, 2Y2, 2Y3 y 2Y4 dcl Z42tl L sc cn-cttentt'an en su cstado de a-lta impedancia y no interfleren con el clÍgitoBCD númcro l. El 7406 es de colector abierto. Cuando Q va al nlvel BAJOy es invertida por el inversor 74OG número 2, la salida es llevada ai nivelALTO por cl rcslstor dc 470 Q. Con csto, la trnlón base-cmfsor dc Q2 ya noc.sl:i ¡rolat'lzaclii ctr rll¡'cc[a y 82 sc apaga. Sólo cl vtstrallz.adorclc stctc scg-rncrrtos nt'r¡nero I cs cl c¡uc estel cnccndldo y muestra cl dígtto BCD ntinre-ro].
Cuando el7476 cambia de estado, Q pasa al nivel ALTO, el dígito BCDnúnrero 2 pasa il7447 donde es decodificado. El lnversor 7406 número 2va al ntvel B.A.Jo y gz se enclencle. con esto, el digtto BcD núnrero 2 apa-rece en el visualizador de siete segmentos número 2. El visualizaclor núme-ro I se apaga,
o.¡J
E(f)0)
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542 Compuentas de Enes esbados e inuenfaz con connientes gnandes
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Electnénica digi[al 543
Dslc proceso se realiza en fornra alternada, de acuc¡'clo con la s¿rlicla dcl7476, el cual cstá ala¡¡rbrado de modo quc conmute. Su salicla liene rrncic:lo clc tral:alo clcl 5O oh, clr lnoclo c¡r.rc c:rcl:r conf trnto clc conrprrertas clealsl¡t¡llicnto clc: lt'cs csl.¿tclos sca h¡tbllil-¿rclo trna canticlacl lgrral clc Ucnrpo,cotr lo c¡r.tc la lt¡'illa¡ttcz clc cada vlsr-raliz¿rdor clc sfetc se{lrrentos clcl-¡erá scr.c¿rsi l¡.t ¡lrisnla. C¿¡cl¿t visu¿tlizaclor cstá ¿rclivc.¡ la nlitacl clc c¿rcla ciclo clc r.cloJ,y la int.cnslclacl cort la c¡uc brillan es casi la nritacl de la quc tenclrÍan si serlrantltüesen encendidos todo el ticmpo. El valor de los resistores linritacloresdc corricntc ptrcclc rcclucirsc para pernrltir cluc clrculc una corrlcntc rtrayorpor los LED dtrrante el tiempo que óstos se encuentra¡r encencliclos. Sf schacc lo anterior y el reloj se dclicnc, los LED pueclen destr-uirse clcbiclo alexccso clc co¡-rientc.
AUTOEVALUACTÓn¡ pnnR LAs SECCIONES 15.4 y 15.5
l. Utilicc cl proccclinlicn[o clcli¡rc¿rclo en la.sccción 15.4 para cliscñ¿rr t¡l¿ri¡lt.crfaz clc cot'rie¡rtc alt¿r con LlrlA scrial cle contl'ol cie nivcl Tff- ¡tar.ac.xcitar trn ¡'clcv¿rclo¡'clc 12v y 500 nrA. utillce u¡r b-anslstor "i.lp 120"Dnrlrlcc rrn cl 74492 parer cxcit.ar un rclcvaclor clc l2 Vy loo nlA.
¿Cttálcs son l¿ts ventajas y las clcsventajas princi¡tales clel uso clc unrclcvaclor para control¿rr un dispositivo cle alta con-iente?
15.6 AISI..AMIENTO ENTRE CIRCUITOS IVIEDIANTEOPTOACOPI-ADORES
Dl ctrcuito cic la figura l5-13 ttüliza un optoacoplador para conver[ir lafi'ccttcncfa clc la lÍnea de 60 FIz a r:na serial lógrcá TfL eitá¡rclar. trl opto-aco¡llaclor ta¡rrbión aÍsla cl voltaJe de ca dc l¿r señal cltgital. El o¡rtoacoplaclorllcnc trn I-DD cclnrtin quc, clranrlo es polartzado en dlrecur, hacc q¡e unfotodiodo conduzca corrientc. Esta corrlente enciende un t¡ansistor NpNqlre proporciona una señal TTL a un disparador de Schmitt inversor.
I-o ú¡rico cluc co¡tccta a Ios clos clrcultos es la luz cmitjcla por cl LED. I-os<tpl.rlltt:0¡ll¿rclorcs aísl¿¡tr clc ¡naner':r corrr¡rlcta tr:t clrcrrlto <lc otrcl, ciel ¡lrls¡rtonlodo quc los rclevadores, pero con mucha mayor rapidez. La velocldad deloptoacolllador lo hace muy úrLil en apllcaciones tales conlo el alslamiento clela interfaz de transnrisión/recepción en serie.
2.
"1.
544 Compuenbas de [nes esbados e intenfaz con connienLes gnandes
FIGURA 15-13 Optoacoplador pana aislan el volLaje de ca
tttlJLJLsf,
HESUMEN
I l'a cottt¡lttct't¿t clc lt'cs cst¿tclos llcnc u¡ra c¡ttracla actlclonal clcnonllnaclac¡rtracla cle conl,¡-ol.
Cua¡rdo Ia c¡ltr¿rcl:r clc control clc una contpuqrta cle tres cslaclos estáactiva, la s¿rllcla clc l¿r contptrerta se encuentra en ei estaclo clc altaitttpcclancia. La sallcla pticcle ser AIÍO o B.A.JO cuando la cntracla clc con-tl'ol cstá inactiva. Con csto las conrpuertas de tres cstaclos ticncn t¡.essalidas posibles. Lo a:rterior también perniite conectar entre sÍ las sa.Udascle las cornpuertas cle tres estados, pero se necesita tener un control de lasalida que puede estar acüva en un momento determinado.
r Las cont¡rttcrtas clc trcs cstaclos sc enr¡tlcan para alslallllcnto y usual-lllc¡'l1c licllcn col'l'lcntcs clc c.rcltaclón nrayorcs quc las clc las corri¡^¡c¡.t¿rs'l-l'l- ¡ror¡llaics.
Iil cxcitadol'clc btls btdireccional es un conJunto cle conrpucrtas clc tr.csestados conectadas en paralelo entrada con sallda qr. pérnliten que losclatos sean tt'ansfericlos en alnbas clirecciones a través del CL La com-puerta dc fu'es estados se trtiliza amirlianrente en conrputacloras para con-tu'olar los sistenlas de bus cle Ia computaclora.
r Los disposiüvos que requieren de corrientes o voltajes grandes para fun-cionar pueden interconectarse a lógica CMOS y lTL mediante cl empleoclc transistorcs clc: ¡r.tc¡rcta y clc cl ilc tnt ct faz óspcctalcs.Si l¿r ¡totcncla quc rccltrlcr.c r,l¡t cli.s¡tosiuvo es mayor quc la cluc ¡ttreclcIllaneiar t¡n tl'atlsistor o cl cli.s¡tositir¡o cs de CA, entones pueclen cnrplear-sc relevaclores u optoacopladores.
I I'os relevaclores son lentos pero ofrecen buen aislamiento ent¡e circuitosy capacidad de nranejo de voltajes y corrientes muy grandes.Los optoacopiadores utilizan la luz de un LED para controlar unfototransistor o fototriac" Con esto se obtiene un aisla:rriento entre circui-
Eleccr'ónica digiual'i l,rl
CONECTOR Dt] 25
I;r flgtrra nrucstra cl diagr.ama clc unalinea dc contunlcación ItS232 con opro-aco¡>lanricnto. Dl circuito cnrplca trnoptoacoplaclor para aislar clóctrica-ment-e un disposiür'o RS232 cie otro(lr.rc sc cncrrcnl.ra cn cl otro c.xtrcnloclc: los ctr:rl¡'r¡ ¿rla¡r1it¡.r)s, tistrt sc ll¿rcccuanclo l¿ts cll[cl'clrclas cn ci ¡>otcnclalcle ticrra r¡ otros proltlcnras clcctrlcospucdcn provocar daños a los disposi-
!00
LEDTRANSMISOR
ct.1PLACAPASAt,ilLOS(,1)
s OPTOACOPLADOR TTt.
-f¡r'
ttvos RS232. El autor ha enr¡>lcaclo cstcclrculto por varios arios para concctarvarios ediflclos a un sistenra clc compu-tadoras VAX. Antes del empleo cle losoptoacopladores, los CI excitadores deRS232 sc qucmaban con nrucha frc-cucncla clcl:lclo a las cllfcrclrcl¿rs c¡t clpotcncial clc tlcrr.a que aparccÍan elttrclos cdlflctos durante las tornrentas clóc-[ricas.
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546 Compuertas cje tnes esüados e interfaz con connienEes clnandes
tos y rapiclcz ltruy bttcnos, pcro la capacidad de nrancJo de corricr-rte yvoitaje, aunqllc es buena, no cs tan grande como la cie un relevaclor.I;t sc'¡'lr: rlc cl¡'ct¡ltos Irttcg¡'a<los 7SXXX cslli conr¡tucsta ¡l¡l¡cl¡t:rl'rclltc¡lrll'CIs tlc llrtcrfirz cllsc¡i¿tclosi ¡)i¡r';r ¡llr.¡cll<-rs t.l¡l<ls clifcl'c¡rtcs clc ¡ti.9l;lc¡rasrlc i¡ltcl'faz.
Ll 74OG y cl 74O7 so¡r Ci'l-l'l- clc colector airicrto c¡uc ücncn nivclcs clcVolta.ic y corricntc clc salicla l'clativame¡rtc altos. trsto los convlertc cnl>ttcnas opciones ¡tat'a la intcrl'az co¡r co¡r'icnte y voltaJc mocleraclos.
r Los transistoles'l'lP r2s y 'Ilp 120 son pares Dar.lington pNp y NpN quepueden nraneJar hasta I anrperes en el coiector. y tienen una l-{fc ntayorqtte 2000. Esta caractcrÍstica los convierte en buenas alternailvas paradiseños dc intct'faces.
PREGUNTAS Y PHOBLEMAS
l. I{aga una lista tlc contpucrtas CMOS cle tres estaclos. (U¡licc su nta-ntral CMOS).ttj
2. En el circuito dc ia figtrra l5-9 calcule el valor del resistor dc la bascncccsallo par¿l Lina cort'ientc cle colector de 3OO ¡¡A. (La Hfc clcl tra¡-sistor es 15.) [21
3' Haga los canrbios neccsarios al circuito nrulti¡rlexor cle Ia figura lb-12I)al'a clr¡c nrr_rlü¡rlc.xc cr-rlt_l.o vf sualiz¿rdo¡.cs. l3l
4. E¡rcl llt¡.sclcllrl^tgtrra l5-Bl¡rcluyaun¡tucrtoclcentraclae¡lactl¡.ccclci'000tr hcxaclccl¡n¿rl. [41
5' trn cl bus cle la figura l5-8 i¡rcluya un puert.o de salida en la clirecció¡00F0 hcxaclecinral. [4i
6. ¿Dr-r qué clirección circtrlarán los clatos cn un CI74I-SZ45 st las tcrnrl-¡ralcs 1 y 19 tiencn cl nivcl B,&JO? tll
7. ¿Pan'a qué sc emplea el bus cle direcciones en una computaclora üpica?ttl .
8' ¿,Cr¡¡ilcs sotl los cios tl¡tos clc sallrlas'i-1'1, quc ¡tucclcrr co¡rr:ct¡¡..sc cr)rr-csÍ'2 ll ]
9. ¿Por qué se enrplea el diodo en el circuito cre la figura 1s-g? Iz, s)
10. Mcncioire clos razones por las que los relevadores son l:uenos parahacer la intel'faz cle clispositir¡os de alta corriente con una salicla'l'Ti..12, 3l