Laboratory Exercise 3.en - Es

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Escuela de Ingeniería Electrónica

Electrónica Digital 1 Curso
Ejercicios de laboratorio
Ejercicio de laboratorio 3
Puertas lógicas básicas: implementación física
El objetivo principal de este ejercicio es reconocer algunas características físicas de las puertas lógicas reales y verificar su impacto en el funcionamiento de los
circuitos.
Introducción
La mayoría de las herramientas de simulación ofrecen muchas ventajas, como el diseño y la comprobación rápidos. Sin embargo, hay algunos aspectos que
deben estudiarse a partir de la implantación real de los circuitos. A través del desarrollo de este ejercicio de laboratorio, el alumno debe ser capaz de
comprender e interpretar algunas de esas características que la simulación no muestra por completo.
Familias lógicas
Dependiendo de la tecnología utilizada para construir circuitos integrados digitales, se clasifican en un conjunto de grupos llamados "familias lógicas".
Hay dos familias lógicas principales, CMOS (MOSFET complementado) y TTL (lógica de transistortransistor).
• La tecnología CMOS se basa en transistores MOSFET. Debido a esto, una entrada de compuerta CMOS necesita una cantidad mínima de
corriente para excitarse (debido a la entrada aislada en los MOSFET). El consumo de energía es proporcional a la frecuencia de operación, debido
a la capacitancia parásita, que también los hace más lentos.
• Los chips TTL están construidos con transistores bipolares. Este hecho hace que necesiten más corriente que los chips CMOS para entusiasmarse y su
consumo de energía es casi el mismo independientemente de la frecuencia. Sin embargo, el consumo de energía en los chips TTL es más alto que en los
chips CMOS en la mayoría de los casos.
Fan-In y Fan-Out
Fan-In está asociado directamente al número de entradas a una puerta lógica, la imagen a continuación muestra una puerta Fan-In = 3 AND. Cuanto más alto es el Fan-In de
una puerta, más lento es.
Figura 1 Fan-In = 3 Y puerta
Fan-Out es el número máximo de entradas digitales que puede alimentar la salida de una sola puerta. Esto generalmente se calcula a partir de las mismas puertas de la familia
lógica. Cuando una puerta genera un nivel lógico alto (1), se comporta como una fuente de corriente, y las entradas de las puertas conectadas a ella son sumideros de
corriente. Cuando una puerta genera un nivel lógico bajo (0), se comporta como un sumidero de corriente, y las entradas de las puertas conectadas a ella son fuentes de
corriente. Las siguientes figuras muestran estas situaciones:
yo OL yo ILLINOIS
IH
yo IH yo ILLINOIS
yo IH yo ILLINOIS
(una) (si)
Figura 2 a) Puerta como fuente de corriente; b) Puerta como sumidero de corriente
Donde OH: corriente de salida cuando es alta, yo IH: corriente de entrada cuando alta, yo OL: corriente de salida cuando baja, I ILLINOIS: corriente de entrada cuando baja. Estos
parámetros se encuentran en la hoja de datos. Dado que estos valores suelen ser diferentes para los estados bajo y alto, hay dos posibles cálculos de Fan-Out:
•••••• = • ••
• ••
•••••• = • ••
• ••
El valor real de Fan-Out corresponde al menor de estos cálculos.
Retardo de propagación
Es el tiempo que tarda una puerta en cambiar el estado de una de sus salidas desde el cambio de una de sus entradas. Teniendo en cuenta que un
cambio de estado es realmente una rampa, el cambio de estado se establece cuando la señal cruza el 50% del valor máximo. Hay dos mediciones de
tiempo de propagación, cuando la salida seleccionada pasa de alta baja a (t PHL) y viceversa (t PLH).
50% V H 50% V H
Entrada
50% V H 50% V H
Salida
t PHL t PLH
Fig. 3 Retraso de propagación en forma de onda I OH yo

Parte 1
Implemente en protoboard el diseño desarrollado para la Parte III del Laboratorio Ejercicio 2, utilizando interruptores DIP como entradas y un LED como
salida de alarma. Verifique la tabla de verdad y verifique los tiempos de propagación de cada entrada a la salida. Analizar y explicar.
Parte II
Suponga que desea instalar varias alarmas en diferentes ubicaciones de la casa (4 en total), para hacer eso, decide agregar dos puertas NO TTL en
cascada para cada alarma de salida y conectarlas todas a la salida original. ¿Todavía funciona? ¿Qué sucede con el voltaje de salida original
cuando agrega las nuevas salidas, una por una? Analizar y explicar el comportamiento.
Parte III
El diseño ha cambiado, y ahora necesita conectar una alarma a 800 m de distancia. Para evitar la atenuación de la señal, decide instalar "estaciones de
amplificación" cada 100 m, en base a dos compuertas NO en cascada (no tiene que usar piezas de 200 m de cable, solo debe implementar las
estaciones). Verifique los tiempos de propagación de cada entrada a la salida de cada estación. Analizar y explicar.

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Puertas lógicas básicas: implementación física

Figura 1 Fan-In = 3 Y puerta

Figura 2 a) Puerta como fuente de corriente; b) Puerta como sumidero de corriente

El valor real de Fan-Out corresponde al menor de estos cálculos.

Fig. 3 Retraso de propagación en forma de onda I OH yo

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