Resumen Unidad 5 - Juan Manuel Gonzalez

Juan Manuel Gonzalez -2013-0571
RESUMEN UNIDAD 5
Los Circuitos integrados y el proceso de micro miniaturización
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de
pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos
milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos
generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado
plástico o de cerámica.1 El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para
hacer conexión entre el circuito integrado y un circuito impreso.
Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta

generación: el reemplazo de las memorias con núcleos magnéticos, por las de Chips de
silicio y la colocación de muchos más componentes en un Chip: producto de la
microminiaturización de los circuitos electrónicos. El tamaño reducido del microprocesador
de Chips hizo posible la creación de las computadoras personales. (PC) Hoy en día las
tecnologías LSI (Integración a gran escala) y VLSI (integración a muy gran escala)
permiten que cientos de miles de componentes electrónicos se almacénen en un chip.
Usando VLSI, un fabricante puede hacer que una computadora pequeña rivalice con una
computadora de la primera generación que ocupara un cuarto completo. Una tendencia
constante en el desarrollo de los ordenadores es la microminiaturización, iniciativa que
tiende a comprimir más elementos de circuitos en un espacio de chip cada vez más
pequeño. Además, los investigadores intentan agilizar el funcionamiento de los circuitos
mediante el uso de la superconductividad, un fenómeno de disminución de la resistencia
eléctrica que se observa cuando se enfrían los objetos a temperaturas muy bajas.
Clasificación de los circuitos integrados
Existen tres tipos de circuitos integrados:
Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio,

pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero,
además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos
conversores A/D y conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los
progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De

hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc,
sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se
depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser.
Circuitos integrados comparadores
Son circuitos integrados combinacionales con uno o más pares de entradas que tienen
como función comparar dos magnitudes binarias para determinar su relación.
El comparador más básico, que determina si dos números son iguales, se consigue
mediante una puerta XOR (or exclusiva), ya que su salida es 1 si los dos bits de entrada
son diferentes y 0 si son iguales.
Muchos comparadores poseen además de la salida de igualdad, dos salidas más que
indican cual de los números colocados a la entrada es mayor (M) que el otro, o bien es
menor (m) que el otro.
Vamos a implementar un circuito comparador de dos bits empleando puertas elementales,

para lo que, en primer lugar escribiremos su tabla de verdad.
Convertidores digitales-analógicos (DAC) y analógicos-digitales (ADC)

En el mundo real las señales analógicas varían constantemente, pueden variar
lentamente como la temperatura o muy rápidamente como una señal de audio. Lo que
sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de manipular, guardar y
después recuperar con exactitud.
Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin

problema. La información manipulada puede volver a tomar su valor analógico si se desea
con un CDA (convertidor Digital a – Analógico) o un DAC (Digital to Analog Converter).
Un DAC contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, que tiene
una tensión de referencia estable y fija como entrada. Hay que definir que tan exacta será
la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que
tendrá.
En la figura siguiente se representa un convertidor Digital – Analógico de 4 bits. Cada

entrada digital puede ser solo un “0” o un “1”. D0 es el bit menos significativo (LSB) y D3
es el más significativo (MSB). El voltaje de salida analógico tendrá uno de 16 posibles
valores dados por una de las 16 combinaciones de la entrada digital.
La resolución se define de dos maneras:
Primero se define el número máximo de bits de salida (la salida digital). Este dato permite
determinar el número máximo de combinaciones en la salida digital.
Este número máximo está dado por: 2n donde “n” es el número de bits. También la
resolución se entiende como el voltaje necesario (señal analógica) para lograr que en la
salida (señal digital) haya un cambio del bit menos significativo (LSB). Para hallar la
resolución se utiliza la siguiente fórmula: Resolución = VoFS / [2n – 1], donde:
 n = número de bits del convertidor
 VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para
obtener una conversión máxima (todas las salidas son “1”)
Ejemplo: Se tiene un convertidor digital – analógico de 8 bits y el rango de voltaje de
salida de 0 a 5 voltios.
Con n = 8, hay una resolución de 2n = 256 o lo que es lo mismo: El voltaje de salida
puede tener 256 valores distintos (contando el “0”).
También: resolución = VoFS / [2n – 1] = 5 / 28-1 = 5 / 255 = 19.6 mV / variación en el bit
menos significativo. Con n = 4 bits, se consiguen 2n = 16 posibles combinaciones de
entradas digitales.
Operación de la unidad temporizadora de Cl
Aun que su funcionamiento puede variar dependiendo de como este configurado este
dispositivo, podemos darnos una idea de como funciona si conocemos sus elementos
principales. A grandes rasgos este circuito esta compuesto por dos compradores,
un flip flop RS, un transistor y una compuerta lógica Not.
Los comparadores funcionan de tal manera que cuando el voltaje (V+) es mayor al voltaje
(V-) mandan una señal activa, y cuando el voltaje (V-) es mayor que el V+ mandan un
señal baja. El flip flop se basa en su tabla de funcionamiento que dice que si R es activa y
S esta en bajo la salida manda un señal positiva, en el caso contrario la salida es baja. El
transistor normalmente se conecta a un capacitor que gracias a su capacidad de carga y
descarga nos generan los intervalos de tiempo, por último la compuerta Not solo se utiliza
para invertir la salida del biestable.
Terminales del temporizador 555
Estos temporizadores están constituidos por 8 terminales y cada un representa una parte
del diagrama anterior.
GND (1): Es la terminal número 1 y es en donde se coloca la tierra.

Disparo (2): Esta terminal sirve para dar inicio al ciclo del temporizador.
Salida (3): Aquí se conecta el componente o circuito que queremos activar.
Reinicio (4): Sirve para reiniciar el circuito desde cero, si esta terminal no se utiliza es
importante conectarla a voltaje.
Control de voltaje(5): Sirve para modificar el Voltaje de referencia de los comparadores,
es decir si normalmente el temporizador dispara con 2.5 volts, pero modificamos el voltaje
de referencia a 5 volts, el temporizador solo iniciara cuando tenga una señal mayor a 5v.
Esta terminal normalmente se utiliza cuando queremos modificar el tipo de señal que
arroja la salida. Si no se utiliza se coloca un capacitar de 10 nf para evitar interferencias.
Umbral(6): Es la terminal que establece el tiempo de temporizado.
Descarga(7): Sirve para generar el tiempo de temporizado, esto mientras se descarga el
capacitor que se conecta normalmente. Voltaje de alimentación: Se coloca el voltaje con
el que funcionara el circuito.
Configuraciones del temporizador 555
Este circuito se caracteriza por tener la capacidad de ser configurado de diferentes

formas, una en donde con un solo disparo el ciclo se repite una y otra vez
indeterminadamente hasta que alguien o algo lo pare(Temporizador astable, y otra en la
que el ciclo se repite una sola ves por pulso.
Temporizador monoestable
Este tipo de temporizador es el más sencillo, ya que con un pulso se activa la señal de
salida y después del tiempo programado se desactiva. Una vez que termina el ciclo se
puede volver a activar, pero es necesario volver a aplicar otro pulso, este circuito se
puede volver a iniciar cuantas veces sea necesario.
Esta configuración es fácil de identificar, ya que el circuito solo lleva una resistencia, un
capacitor y las terminales 6 y 7 se conectan juntas. El tiempo en que la señal se queda
activada depende totalmente de R1 y C1.
La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel alto) es:
T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)

Temporizador Astable
En esta modalidad se forma una señal de salida de onda cuadrada, ya que los estados de
alto y bajo se repiten una y otra vez. A simple vista podemos identificarlo por que tiene 2
resistencias y un capacitor en serie, y por que las terminales 2 y 6 van juntas. Cabe
mencionar que los tiempos de los estados bajo y alto dependen totalmente de los valores
de las resistencias R1, R2 y del capacitor C1, estos valores los podemos elegir
resolviendo una serie de formulas en donde T1 es el tiempo de activación y T2 para
desactivarlo.
Los tiempos de duración dependen de los valores de las resistencias: R1 y R2 y del

condensador C1.
T1 = 0.693(R1+R2)C1
T2 = 0.693 x R2 x C1 (en segundos)
La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:
f = 1 /T
y el período es simplemente
T=1/f
Circuito oscilador de onda cuadrada

Este generador de onda cuadrada es como el circuito de disparo Schmitt en donde el
voltaje de referencia para la acción del comparador depende del voltaje de salida. Este
circuito se clasifica también como un multivibrador inestable (astable).

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Los Circuitos integrados y el proceso de micro miniaturización

Dos mejoras en la tecnología de las computadoras marcan el inicio de la cuarta

Clasificación de los circuitos integrados

Existen tres tipos de circuitos integrados:

Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio,

Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De

Circuitos integrados comparadores

Vamos a implementar un circuito comparador de dos bits empleando puertas elementales,

Convertidores digitales-analógicos (DAC) y analógicos-digitales (ADC)

Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría manipular sin

En la figura siguiente se representa un convertidor Digital – Analógico de 4 bits. Cada

La resolución se define de dos maneras:

Operación de la unidad temporizadora de Cl

Terminales del temporizador 555

GND (1): Es la terminal número 1 y es en donde se coloca la tierra.

Configuraciones del temporizador 555

Este circuito se caracteriza por tener la capacidad de ser configurado de diferentes

T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)

Los tiempos de duración dependen de los valores de las resistencias: R1 y R2 y del

Circuito oscilador de onda cuadrada

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