Definición de Amplificador Operacional, Configuración Básica de un sumador según un Amplificador Operacional, Configuración Básica de un Restador según un Amplificador Operacional, Configuración Básica de un Inversor según un Amplificador Operacional, Con
Introducción:
El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito
general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una
frecuencia definida por el fabricante; tiene además limites de señal que van
desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también
definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales caracterizan por
su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105
equivalentes a 100 dB.
El A.O. es un amplificador de alta
ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes
positivas y negativas, la cual permite que tenga excursiones tanto por arriba
como por debajo tierra (o el punto de referencia que se considere).
El nombre de amplificador operacional
proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo son realizar
operaciones matemáticas en computadores analógos.
1. Definición de Amplificador Operacional.
Un "amp
op" es un amplificador diferencial que puede ser modelado por el circuito de
dos puertas que aparece en la siguiente figura (1). Lo que lo caracteriza como
un amplificador operacional es su elevada ganancia de voltaje una A de 100000 o
superior. Por lo tanto, sólo se requieren aproximadamente 50 mV en vi para producir v0 = 5
V.
Figura No. 1
En
la figura (2) aparece el símbolo correspondiente a un amplificador operacional.
A diferencia del modelo, el amplificador operacional no está en realidad
conectado a tierra. Sin embargo, sí está conectado a una fuente de voltaje
positivo y negativo, estableciendo en efecto una "tierra" aproximadamente a
mitad entre los suministros. Estos son típicamente de +15 V y -15 V, puro
pueden ser de +5 V y -5V. Los terminales "más" y "menos" a la entrada del
amplificador operacional indican la polaridad de vi que hace positivo a v0.
Figura No. 2
Las conexiones de la
fuente de energía con frecuencia no aparecen en los símbolos de los amplificadores
operacionales. Los voltajes exactos de funcionamiento no son importantes para
la operación de los amplificadores operacionales, en tanto el voltaje de señal
no exceda de los suministrados.
Un amplificador
operacional ideal tendría ganancia infinita y ninguna corriente de entrada, y
la salida v0 no sería afectada por ninguna carga. Estas propiedades
pueden resumirse como
A = ¥, Rentr.= ¥, Rsal..=
0
Un
"amp op" ideal tiene otras propiedades, tales como un ancho de banda infinito,
un intervalo de voltajes infinito a la entrada y la salida. Pero la propiedad
más importante para simplificar las ideas de diseño es A = ¥. En la práctica esto no puede
lograrse, pero el análisis basado en un modelo con ganancia infinita conduce a
un acuerdo excelente en cuanto a la actuación real en la mayoría de los casos.
El Amplificador
Operacional ideal se caracteriza por:
1.
Resistencia de entrada, (Ren), tiende a infinito.
2.
Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.
3.
Ganancia de tensión de lazo abierto, (A), tiende a
infinito.
4.
Ancho de banda (BW), tiende a infinito.
5.
Vo = 0, cuando V+ = V-,
Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita,
la corriente en cada entrada , inversora y no inversora, es cero. Además el
hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre
las dos terminales sea cero, como es muestra a continuación:
V+ - V-
= Vo
A
V+ - V- = 0
V+ = V-
2. Configuración Básica de un sumador según
un
Amplificador Operacional.
Es probable que el más útil de los circuitos
de "amp-op" utilizados en computadoras analógicas sea el circuito amplificador sumador.
La figura (3) muestra un circuito sumador de tres entradas, el cual brinda un
medio para sumar (añadir) algebraicamente voltajes de tres entradas, cada uno
multiplicado por un factor de ganancia constante.
Figura No. 3
Amplificador Sumador
Si se utiliza el circuito equivalente virtual, el
voltaje de salida puede expresarse en términos de entrada como:
Vo = (Rf/R1)V1 + (RF/R2)V2 + (Rf/R3)V3
|
En otras palabras, cada entrada añade un voltaje a la salida
conforme se obtiene de un circuito de ganancia constante inversor. Si se
emplean más entradas, ellas añaden componentes adicionales a la salida.
Un ejemplo
del amplificador sumador es el circuito que aparece en la figura (4).
Figura No. 4
Este circuito puede usarse para
combinar o mezclar señales de audio. Las fuentes V1, V2 y V3 determinan las
corrientes i1,i2 e i3 a través de sus respectivas resistencias a tierra (se
trata de una tierra "virtual" establecida por el corto virtual del amp-op).
Cada corriente es proporcional a su correspondiente voltaje, por ejemplo, i1 =
V1/(1KW). Aplicando la LKC, la corriente i4 que pasa por el resistor de
realimentación de 3KW es la suma de estas corrientes:
I4 = i1 + i2 + i3 = (V1 + V2 + V3)/1KW.
Pero Vo = 3KW
* i4. Por lo tanto,
Vo = -3 (V1 + V2 + V3).
El voltaje de salida es la
suma de los voltajes de entrada a los que se agrega alguna ganancia.
3. Configuración Básica de un Restador según un
Amplificador Operacional.
Algunas aplicaciones requieren que se
amplifique la "diferencia" entre dos voltajes. Este es el caso de un sistema de
control en el que el comparador tom a la diferencia entre el voltaje de entrada y el voltaje de retroalimentación.
Otro ejemplo es el que se encuentra en las aplicaciones de biomedicina, en las
que se realiza una medición de la diferencia de voltaje entre dos puntos del
cuerpo del paciente. En Estos casos la configuración diferencial del amp-op que
aparece en la figura (5) es la requerida. Si se pone a tierra V1, entonces V2
contempla una configuración inversora. Si se pone a tierra V1 (por medio de un
divisor de voltaje), verá una configuración no inversora. Un análisis basado en
el método de la superposición nos da el resultado:
Vo = (R2/R1)(V1-V2).
Figura No. 5
Amplificador en Configuración
Diferencial
El punto de importancia en este caso es que la salida depende solamente
de la "diferencia" entre los voltajes de entrada. Si estos voltajes se mueven
juntos arriba y abajo, no hay efecto que se observe a la salida. Esto se
denomina rechazo
por modo común.
4. Configuración Básica de un Inversor
según un
Amplificador Operacional.
Un
amplificador con ganancia infinita no es muy útil en si. La utilidad de los
"amp op" procede de incluirlos en otros elementos que determinan la respuesta
del circuito. En la figura (6) se utiliza un amplificador operacional junto con
dos resistores para integrar un amplificador con ganancia -3.
Figura No. 6
En
todas las aplicaciones lineales del "amp op" la salida ésta conectada de alguna
forma al terminal "menos" de entrada, por conducto de R2 en este
caso. Esto da como resultado una realimentación negativa. En estas condiciones
el amplificador actúa logrando que el voltaje de entrada v1 se hace
negativo, llevando al terminal "menos" ligeramente debajo de "tierra". Entonces
vi se hace positivo, volviendo a v0 también positivo; lo
bastante positivo para elevar el terminal "menos" de forma que Vi es cero de
nuevo. Debido a que la ganancia (ideal) es infinita, ni siquiera un pequeño
voltaje puede mantenerse en Vi.
Esto tiene la mayor importancia para
comprender un circuito con amplificador operacional: el voltaje entre los dos terminales de
entrada del amplificador es cero. Esto es un logro nada trivial
porque se obtiene sin sacar ninguna corriente a la entrada del "amp op". Por
ejemplo, en el circuito de la figura (6) se podrían tener cero volts de tierra
a la unión de R1 y R2, poniendo simplemente en corto y a tierra dicha junta.
Pero esto sacaría corriente a través del corto, perturbándose así la operación
del circuito. El amplificador operacional no toma corriente (idealmente) por
sus terminales de entrada.
La esencia de la operación del "amp op"
se capta mediante un elemento imaginario llamado cortocircuito virtual. Este
elemento tiene la propiedad de contar
al mismo tiempo con cero volts a través del mismo y cero corriente a lo largo
del mismo. (Véase figura 7).
Figura No. 7
5. Configuración Básica de un Comparador
según un
Amplificador Operacional.
Un comparador analiza una señal de voltaje en una entrada respecto a un
voltaje de referencia en la otra entrada. El amplificador operacional de
propósito general se utiliza como sustituto de los CI diseñados específicamente
para aplicaciones de comparación.
Desafortunadamente, el voltaje de salida del amplificador operacional
no cambia con mucha velocidad. Además sus salida cambia, entre los límites
fijados por los voltajes de saturación, +Vsat y - Vsat,
alrededor de ± 13 V. Por tanto, su
salida no puede alimentar dispositivos, como los CI de lógica digital TTL, que
requieren niveles de voltaje entre 0 y +5 V.
Tanto el amplificador operacional de propósito general como el
comparador no operan con propiedad si hay ruido en cualquier entrada. Para
resolver este problema, se aprenderá como con agregar retroalimentación
positiva se resuelve el problema de ruido. Obsérvese que la retroalimentación
positiva no elimina el ruido; pero, hace que el amplificador operacional
responda menos a él.
La manera más simple de construir un comparador consiste en conectar un
amplificador operacional sin resistores de retroalimentación, como se ve en la
fig (a). Cuando la entrada inversora esta aterrizada, el más pequeño voltaje
(de fracciones de Milivolts) es suficiente para saturarlos. Si A es la ganancia
de voltaje diferencial del amp-op, el voltaje de entrada mínimo que produce saturación es:
a)
Amplificador operacional utilizado como
comparador.
b) Característica de transferencia de un
amplificador operacional.
6. Configuración de un Generador de Onda Cuadrada:
La onda cuadrada es una forma de onda periódica, producida por un
oscilador (circuito generador de ondas). Los osciladores se aplican a los
generadores de tono para música electrónica, relojes para computadores o
marcadores de tiempo "timers", portadoras para los sistemas de comunicación
para los circuitos de energía.
Podemos
modificar el disipador Schmitt para hacer un oscilador que genere una onda
cuadrada..
7. Configuración de un Generador de Onda Sinusoidal:
La onda sinusoidal:
V(t) = Vm sen wt (a)
La cual se
representa en la figura (8). La amplitud de la senoidal es Vm, la cual es el
máximo valor que la función alcanza. La frecuencia en radianes o frecuencia
ondular, es w, medida en
radianes por segundo (rad/s).
Figura No.8
Función Senoidal
La senoidal es
una función periódica, definida en general por la propiedad:
n (r + T) = n (t) (b)
donde t es el
periodo. Esto es, la función pasa a través de un ciclo completo o periodo, a
partir del cual se repite cada T
segundos. En el caso da la senoidal, el periodo es:
T = 2p
w (c)
como se puede
ver a partir de (a) y (b). Así en 1 seg. La función pasa a través de 1/T
ciclos, o periodos. Su frecuencia es entonces:
f = 1 = w (d)
T 2p
ciclos por
segundo, o hertz (Hz). Este último término, es ahora la unidad estándar de la
frecuencia. La relación entre frecuencia y frecuencia en radianes se ve en (d)
que es
w
= 2pf (e)
Una expresión senoidal más general está dada
por
n(t)
= Vm sen(wt +f) (f)
donde f
es el ángulo de fase, o simplemente la fase. Para ser consistentes, puesto que wt
está en radianes, f debiera expresarse en radianes. Sin embargo, en
ingeniería eléctrica a menudo es conveniente especificar f
en grados.
El la figura (9) se muestra un trazo de (f)
mediante la línea contínua, a lo largo de un trazo de (a) en línea discontínua.
La curva en línea contínua desplazada f/w
segundos, o f radianes a la izquierda. Por tanto, los puntos de la curva en línea continua, tales
como sus picos, ocurren en f rad o f/w
seg., antes que los puntos correspondientes de la línea discontinua.
Figura No. 9
Dos senoidales con
fases diferentes
A consecuencia de lo anterior, diremos que , Vm.sen(wt+f)
adelantada a Vm sen wt
en f rad. (o grados). En general la senoidal
n1 =
Vm sen (wt
+ a)
adelanta a la senoidal
n2 =
Vm2 sen (wt
+ b)
en a
- b.
Una expresión equivalente es es n2
se atrasa n1 en a - b.
Ejemplo:
n1
= 4 sen (2t + 30°)
y
n2 =
6 sen (2t - 12°)
Entonces n1
adelante a n2 (o n2 se atrase de n1)
en 30 - (-12) = 42°.
Hasta ahora se han considerado funciones seno y no funciones coseno al definir
senoidales. No importa qué forma se utilice puesto que
Cos(wt - p/2
) = sen wt
(g)
O bien
Cos (wt + p/2
) = cos wt
(h)
La única
diferencia entre senos y cosenos es el ángulo de fase. Podemos podemos escribir
(f) como
n(t) =
Vm cos (wt
+ f
+ p/2).
8. Configuración Básicas de las compuertas
Lógicas según
transistor- transistor (TTL)
La compuerta original básica TTL fue una
mejora ligera sobre la compuerta DLT. Conforme progresó la tecnología TTL, se
agregaron mejoras adicionales al punto en que esta familia lógica llego a ser
el tipo de uso mas amplio en el diseño de sistemas digitales. Hay muchas
versiones de la compuerta básica TTL. Los nombres y características de cinco
versiones aparecen en la siguiente tabla, junto con sus valores de retardo, de propagación , disipación de potencia
y producto velocidad-potencia.
Nombre
|
Abreviatura
|
Retardo de propagación
(ns)
|
Disipación de potencia (mW)
|
Producto potencia-velocidad
(pj)
|
TTL
estándar
|
TTL
|
10
|
10
|
100
|
TTL baja potencia
|
LTTL
|
33
|
1
|
33
|
TTL alta potencia
|
HTTL
|
6
|
22
|
132
|
TTL Schottky
|
STTL
|
3
|
19
|
57
|
TTL schottky
De baja potencia
|
LSTTL
|
9.5
|
2
|
19
|
La compuerta lógica estándar TTL fue la
primera versión en la familia TTL. Esta compuerta básica se construyó entonces
con resistores de diferentes valores para producir compuertas con disipación
más baja o velocidad más alta. El retardo de propagación de una familia lógica
saturada depende principalmente de dos factores: tiempo de almacenamiento y
tiempo de las constantes RC. La reducción del tiempo de almacenamiento
disminuye el retardo de propagación. La reducción de los valores de resistores
en el circuito reduce las constantes de tiempo RC y disminuye el retardo de
propagación. La velocidad de la
compuerta es inversamente proporcional al retardo de propagación.
En la compuerta TTL de baja potencia los
valores de los resistores son más altos que en la compuerta estándar para
reducir la disipación de potencia, pero se aumenta el retardo de propagación.
Con la compuerta TTL de alta velocidad, los valores de los resistores se
bajan para reducir el retardo de
propagación, pero se aumenta la disipación de potencia. La TTL Schottky es una
última mejora en la tecnología que elimina el tiempo de almacenamiento de los
transistores al evitar que vallan a saturación. Esta versión aumenta la
velocidad de operación sin un aumento excesivo en la disipación de potencia. La
versión TTL Schottky de bala potencia sacrifica un poco de velocidad para
reducir la disipación de potencia. Es casi igual a la compuerta TTL estándar en
el retardo de propagación, pero sólo tiene una quinta parte en la disipación de
potencia. Tiene el mejor producto de velocidad-potencia y, como consecuencia,
ha llegado a ser la versión de más uso en los nuevos diseños.
Todas las versiones TTL están disponibles en
poaquetes SSI y en formas más complejas como funciones MSI y LSI. Las
diferencias en las versiones TTL no están en las funciones digitales que
realizan, sino en los valores de los resistores y el tipo de transistores que
usa su compuerta básica. En cualquier caso, las compuertas TTL en todas las
versiones están disponibles en tres tipos de configuraciones de salida.
1.
Salida de colector abierto.
2.
Salida de poste totem.
3.
Salida de tres estados (o triestado).
1. Salida de colector abierto:
La compuerta de colector abierto se usan en
tres aplicaciones principales: impulsar una lampara o un relevador, realizando
lógica alambrada y para la construcción de un sistema de bus común. Una salida
de colector abierto puede impulsar una lampara colocada en su salida a través
de un resistor limitador. Cuando la salida es baja, el transistor saturado
forma una trayectoria para la corriente que enciende la lampara. Cuando el
trransistor salida está apagado, la lampara se apaga ya que no hay trayectoria
para la corriente.
Figura No.10
La lógica alambrada lleva a cabo las compuertas TTL de colector
abierto. El alambrado físico en (la figura 10) muestra como deben conectarse
las salidas de un resistor común. El símbolo gráfico para dicha conexión se
demuestra en (la figura 10.b).
Las compuertas de
colector abierto pueden ligarse para formar un bus común. En cualquier momento,
todas las salidas de compuerta ligada al bus, excepto una, deben mantenerse en
su estado alto o bajo, dependiendo de si se desea transmitir un 1 o un 0 en el
bus. Deben usarse circuitos de control para seleccionar la compuerta particular
que impulsa al bus en cualquier momento dado.
2. Salida en poste totem:
La impedancia de salida de una compuerta por
lo común es una carga resistiva más una carga capacitiva. La carga capacitiva
consta de la capacitancia del transistor de salida, y cualquier capacitancia
dispersa de alambrado. Cuando la salida cambia del estado bajo al alto, el
transistor de salida de la compuerta pasa de saturación de corte y la
capacitancia total de carga.
La conexión de lógica de alambrada no se
permiten en los circuitos de salida en poste totem. Cuando dos postes totem se
alambran juntos con la salida de una compuerta alta y la salida de la segunda
compuerta en baja, la cantidad execiva de corriente retirada puede producir
suficiente calor para dañar los transistores en el circuito. Algunas compuertas
TTL se construyen para soportar la cantidad de corriente que fluye bajo esta condición. En cualquier caso, la corriente
de colector en la compuerta en baja puede ser lo suficientemente alta para
mover el transistor dentro de la región activa y producir un voltaje de salida
en la conexión alambrada mayor de 0.8 V, lo cual no es una señal binaria válida
para compuertas TTL.
Compuerta
TTL Schottky: Una reducción en el tiempo de
almacenamiento resulta en una reducción del retardo de propagación. Esto de
debe a que el tiempo necesario para que un transistor salga de saturación retarda el cambio del transistor desde la
condición de encendido a la condición de apagado. La saturación puede
eliminarse colocando un diodo schottky entre la base y el colector de cada
transistor saturado en el circuito. El diodo Schottky esta formado por la junta
de un metal y un semiconductor, en contraste con un diodo convencional que esta
formado por la junta de material semiconductor tipo p y tipo n. El voltaje a
través de un diodo Schottky conductor es solo 0.4 V, en comparación con 0.7 V
en un diodo convencional. La presencia de un diodo Schottky entre la base y el
colector evita que el transistor pase a saturación. Uno de los transistores
Schottky en una TTL disminuye el retardo de propagación sin sacrificar la
disipación de potencia.
3. Salida de tres estados:
Las salidas de dos compuertas TTL con
estructura de poste en totem no pueden conectarse juntas como en salidas de
colector abierto. Sin embargo, hay un tipo especial de compuerta de postre en
totem que permite la conexión alambrada de las salidas para el propósito de
formar un sistemas de bus común. Cuando una compuerta TTL de salida de poste en
totem tiene esa propiedad, se denomina compuerta de tres estados.
Una compuerta de tres estados
exhibe tres estados de salida: (1) un estado de bajo nivel cuando el transistor
inferior en el poste totem está encendido y el transistor superior está
apagado; (2) un estado de alto nivel cuando el transistor superior en el poste
totem está encendido y el transistor inferior está apagado; y (3) un tercer
estado cuando ambos transistores en el poste totem están apagados. El tercer estado
proporciona un circuito abierto o un estado de alta impedancia que permite una
conexión alambrada directa de muchas salidas a una línea común. Las compuertas
de tres estados eliminan la necesidad de compuertas de colector abierto en las
configuraciones de bus.
9. Tablas de la verdad de cada una de las Compuertas
Lógicas:
10. Configuración básica de las compuertas lógicas según
I.C. (Circuito Integrado):
Los circuitos digitales se construyen en
forma invariable con I.C.. Las compuertas digitales I.C. se clasifican no solo
por su operación lógica, sino también por la familia de circuitos lógicos a las
cuales pertenecen. Cada familia lógica tiene su propio circuito electrónico
básico en el cual se desarrollan circuitos y funciones digitales más complejos.
El circuito básico de cada familia es una compuerta NAND o bien una compuerta
NOR. Los componentes electrónicos que se amplían en la construcción del
circuito básico por lo general se utilizan para nombrar la familia lógica. En
el comercio se han introducido muchas familias lógicas diferentes de I.C.
digitales. Las que han alcanzado un amplio uso popular se listan a
continuación.
TTL
|
Lógica de
transistor-transistor.
|
ECL
|
Lógica de
emisor acoplado.
|
MOS
|
Semiconductor
de óxido metálico.
|
CMOS
|
Semiconductor
complementario de óxido metálico.
|
I2L
|
Lógica de
inyección integrada.
|
La lógica TTL tiene una lista extensa de
funciones digitales y hoy día es la familia lógica más popular. La lógica ECL
se utiliza en sistemas que requieren operaciones de alta velocidad. Las MOS e I2L
se usan en circuitos que requieren altas densidades de componentes y la CMOS se
emplean en sistemas que necesitan bajos consumos de potencia.
Debido a la alta densidad con la cual pueden
fabricarse ellos transistores en MOS e I2L, estas dos familias son
las que más se utilizan para las funciones LSI y también un gran número de
dispositivos MSI y SSI. Los dispositivos SSI son los que incluyen un pequeño
número de compuertas o flip-flops en un paquete IC. El límite de número de
circuitos en los dispositivos SSI es el número de clavijas en el paquete. Por
ejemplo, un paquete de 14 clavijas puede acomodar solo 4 compuertas de dos
entradas, debido a que cada compuerta requiere 3 clavijas externas, dos para
cada una de las entrada y una para la salida, con un total de 12 clavijas. Las
dos clavijas restantes se necesitan para suministrar potencia a los circuitos.
Algunos circuitos típic_s SSI se muestran en
la figura (11). Cada IC se encapsula de 14 o 16 clavijas.
Los IC de la familia TTL por lo común se
distinguen por designaciones numéricas como las series 5400 y 7400. La primera
tiene amplios márgenes de temperatura de operación adecuados para uso militar y
la segunda tiene márgenes más reducidos de temperatura adecuados para uso
industrial.
4 Figura No. 11
En
la figura (11-a) se muestran dos circuitos TTL SSI. La serie 7404 proporciona 6
(hex) inversores en un paquete. La serie 7400 proporciona 4 (cuádruple) puertas
NAND de dos entradas. Las terminales marcadas Vcc y GND son las clavijas de
suministro de potencia que requieren un voltaje de 5 Volts para la operación
apropiada.
Figura No. 11-a
El tipo más común de ECL se designa como la
serie 10000. En la figura (11-b) se muestran dos circuitos ECL. La serie 10102
proporciona compuertas NOR de dos entradas. Obsérvese que una compuerta ECL
puede tener dos salidas una para la función NOR y otra para la función 0
(clavija 9 del 10102 IC). El 10107 IC proporciona 3 compuertas excluyentes OR.
Aquí hay de nuevo dos salidas para cada compuerta; la otra salida de la función
excluyente NOR o de equivalencia. Las compuertas ECL tienen 3 terminales para
suministro de potencia. Vcc1 y Vcc2 por lo común se conecta a tierra y Vee a
una suministro de 5.2 Volts.
Figura No. 11-b
Los circuitos CMOS de la serie 4000 se
muestran en la figura (11-c).
Solo pueden acomodarse en el 4002 dos compuertas NOR de 4 entradas, debido a la
limitación de clavijas. El tipo 4059 proporciona 6 compuertas buffer. Ambos ICs
tienen dos terminales sin uso marcadas NC (no conexión). La terminal marcada
Vdd requiere un voltaje en el suministro de potencia de 3 a 15 Volts, en tanto
Vss por lo común se conecta a tierra.
Figura No. 11-c
Características
Especiales:
Las características de las familias IC de
lógica digital por lo común se comparan por el análisis de circuito de la
compuerta básica en cada familia. Los parámetros más importantes que se evalúan
y comparan son las salidas en abanico (multiplicidad de conexiones en las
salidas), disipación de potencia, retardo de propagación y margen de ruido.
•
El Abanico de Salida: Especifican el número de cargas estándar que
pueden impulsar la salida de una compuerta sin menoscabar su operación normal.
Una carga estándar por lo común se define como la cantidad de corriente
necesaria por una entrada de otra compuerta en la misma familia IC. Algunas
veces el término cargado se usa en lugar de abanico de salida. La salida de una
compuerta por lo general se conecta a las entradas de otras compuertas
similares. Cada entrada consume una cierta cantidad de potencia de la entrada
de la compuerta, de modo que cada conexión adicional se agrega a la carga de la
compuerta. Las "reglas de carga" por lo común se listan para una familia de
circuitos digitales estándar. Estas reglas especifican la máxima cantidad de
carga permitida para cada salida de cada circuito. Las capacidades del abanico
de salida de una compuerta pueden considerarse cuando se simplifican las
funciones booleanas. Los amplificadores no inversores o buffers algunas veces
se emplean para proporcionar capacidades adicionales de impulsión para cargas
pesadas.
•
La Disipación de
Potencia: Es la potencia suministrada requerida para
operar la compuerta. Este parámetro se expresa en miliwatts (mW) y representa
la potencia real disipada en la compuerta. El número que representa este
parámetro no incluye la potencia suministrada pos otra compuerta; más bien,
representa la potencia suministrada a la compuerta por el suministro de
potencia. Un IC con cuatro compuertas requerirá, de sus suministro de potencia,
4 veces la potencia disipada por cada compuerta. En un sistema dado pueden
haber muchos IC y, la potencia requerida por cada IC debe considerarse. La
disipación total de potencia en un sistema, es la suma total de la potencia
disipada en todos los IC.
•
El Retardo de
Propagación: Es el retardo de tiempo de transición promedio
para que una señal se propague desde la entrada a la salida cuando la señal
binaria cambia en valor. Las señales a través de una compuerta toman cierta
cantidad de tiempo para propagarse desde las entradas a la salida. Este
intervalo de tiempo se define como el retardo de propagación de la compuerta.
El retardo de propagación se expresa en nanosegundos (ns) y, un ns es igual a
10-9 de un segundo.
11. Configuración básica de las compuertas lógicas
según
C.M.O.S.
Los circuitos MOS complementarios aprovechan el hecho de Aue tanto los
dispositivos de canal "n" como de canal "p" pueden fabricarse en el mismo
subestrato. Los circuitos CMOS constan de ambos tipos de dispositivos MOS
interconectados para formar funciones lógicas.
La lógica CMOS por lo común se especifica para operación con suministro
único, en
el orden de 5-15-V, pero algunos circuitos pueden operarse a 3 V o 18 V. La
operación CMOS en valores más altos de
voltajes de suministros producen una disipación más grande de potencia. El
tiempo de retardo de propagación disminuye y el margen de ruido mejora con un voltaje aumentado de suministro de
potencia. El retardo de propagación del inversor es cercano a 25 ns. El margen
de ruido por lo común es aproximadamente el 40% del valor del voltaje de
suministro Vdd. Las ventajas del CMOS, esto es, baja disipación de potencia,
excelente inmunidad al ruido, alta densidad de empaque y una extensa amplitud
de voltaje de suministro, hacen que sea un buen candidato para una familia de
uso popular estándar para circuitos digitales.
Figura No.12
En la figura (12) se muestran
otras dos compuertas básicas CMOS. Una compuerta de dos entradas NAND consta de
dos unidades de tipo "p" en paralelo y dos unidades tipo "n" en serie como se
ilustra en la figura (12-b). Si todas las entradas están altas, ambos
transistores de canal "p" se apagan y ambos transistores de canal "n" se
encienden. La salida tiene una baja impedancia a tierra y produce un estado
bajo. Si cualquier entrada baja, el transistor asociado de canal "n" se apaga y
el transistor asociado de canal "p" se enciende. La salida se acopla a Vdd y
pasa al estado alto. Las compuertas NAND de entradas múltiples pueden formarse
colocando números iguales de transistores del tipo "p" y tipo
"n" en paralelo y en serie, respectivamente, en un arreglo similar al que se
muestra en la figura (12-b).
Figura No. 12-b
Una compuerta NOR de dos entradas consta de dos unidades tipo "n" en
paralelo y dos unidades tipo "p" en serie como se muestra en la figura (12-c).
Cuando todas las entradas están en baja, ambas unidades de canal "p" están
encendidas y ambas unidades de canal "n" están apagadas. La salida se acopla a
Vdd y pasa al estado alto. Si cualquier entrada esta en alta, el transistor de
canal "p" asociado se apaga y el transistor de canal "n" asociado se enciende.
Esto conecta la salida a tierra, causando una salida de nivel bajo.
Figura No. 12-c
Conclusiones:
Una vez culminada la investigación podemos
decir lo siguiente :
Que un amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito
general el cual tiene capacidad de manejo de señales normales o definidas por
fabricantes. Que pueden ser manejadas por configuraciones básicas de un
amplificador operacional. Y por medio de Operaciones lógicas básicas.
Y que hoy en día su utilidad es
indispensable, ya que es utilizado para la fabricación de productos eléctricos.
Ya sean electrodomésticos, computadoras, televisores, lavadoras. Por que se
emplean también en cada una de ellas para su diseño, las operaciones básicas
lógicas. Y que sin ellas no tendríamos el avance tecnológico que tenemos hoy en
día y que seguiremos disfrutando.
Bibliografía:
JOHNSON, HILBURN Y JOHNSON. "Análisis
Básico de Circuitos
Eléctricos"
Editorial Prentice Hall Inc. Mexico. 1991.
Mitsubishi Motors. "Nociones de Electricidad y Electronica".
NATIONAL SCHOOLS. "Electricidad y Refrigeración".