Universidad Técnica de Ambato FISEI – Electrónica Contenido 1. TEMA:.................................................. 2 2. INTRODUCCIÓN:..........................................2 3. OBJETIVOS:............................................. 2 3.1. Objetivo general:...................................2 3.2. Objetivos específicos:..............................2 4. JUSTIFICACIÓN:.........................................2 5. MARCO TEÓRICO..........................................4 LA ELECTRONICA.............................................4 TIPOS DE CIRCUITOS........................................15 CIRCUITOS CONVENCIONALES..................................25 SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN................................37 6. DESARROLLO DEL PROYECTO...............................49 6.1. TAREAS DEL PROYECTO................................49 6.2. SUBTEMAS DEL PROYECTO..............................49 6.3. CRONOGRMA DE ACTIVIDADES...........................50 6.4. APLICACIONES Y/O PROGRAMAS UTILIZADOS..............50 6.5. PAGINAS WEB UTILIZADAS.............................50 6.6. CREACIÓN DE USUARIOS EN LAS WEB UTILIZADAS.........52 6.7. CAPTURAS DEL SITIO WEB CREADO......................53 7. CONCLUSIONES..........................................53 8. RECOMENDACIONES.......................................55 9. BIBLIOGRAFIA..........................................55 10. ANEXOS...............................................56 1
Este informe está enfocado a presentar de manera precisa una interpretación de lo que se puede realizar con circuitos digitales, una breve clasificación de los importantes circuitos, teniendo en cuenta sus definiciones que den una precisa información para lograr una mayor comprensión de lo que son los circuitos digitales, desde una perspectiva amplia, teniendo en cuenta el proceso de realizar estos circuitos y los materiales necesarios para realizarlo.
Cabe mencionar que los circuitos son una muestra rápida de cómo funcionan estos circuitos ya que su complejidad depende de cómo se lo vaya realizar.
Se espera un mayor entendimiento de lo que se refiere a estos circuitos que son muy interesantes y didácticos.
3. OBJETIVOS:
3.1. Objetivo general: Demostrar la aplicación de un circuito digital con compuertas lógicas
3.2. Objetivos específicos: Dar la definición de cada uno de los circuitos digitales que lo conforman. Presentar la diferente clasificación con sus respectivos gráficos de los
circuitos mencionados Presentar ejemplos de la construcción de los circuitos para una mayor
comprensión
4. JUSTIFICACIÓN:
2
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Nuestro proyecto es interesante ya que se muestra una amplia gama de conceptos y demostraciones sobre electrónica como este es un tema muy extenso para explicar nos basaremos en circuitos digitales, lo que lo vuelve interesante es que los circuitos digitales se pueden demostrar en distintos programas fáciles de manipular y se puede aprender cosas nuevas.
Es muy importante saber principalmente de que se trata la materia en si de electrónica así tendremos en claro que es lo que vamos a realizar y a que se refiere su rama que estamos desglosando así siendo los circuitos digitales, al igual también tener bien en claro que son los circuitos digitales, entonces en base a esto nuestro informe brindara de información necesaria y concisa para su mejor comprensión.
Este proyecto se considera factible ya que la información sobre electrónica es muy extensa y se la puede conseguir en muchas páginas web, también la información puede ser encontrada en libros es un tema de gran demanda por eso mientras se vaya descubriendo nuevos temas que se refieran a electrónica la información se ira expandiendo. Tener en cuenta que principalmente nuestro informe será factible para cualquier persona interesada en saber precisamente en circuitos digitales.
Además nuestro proyecto en lo práctico se lo puede realizar de acuerdo a criterios individuales pues en el informe se muestra diversidad de circuitos que se pueden realizar, como ya mencionada anteriormente se puede realizar en programas o físicamente, en conclusión esto se puede realizar de distintas maneras.
Originalmente realizado por nosotros ya que la información recolectada fue resumida por nosotros. Las idea de este proyecto además de videos y un circuito simulado en un programa llamado “PROTEUS ISIS” en el cual se realizó con gran éxito el proyecto demostrado a continuación.
5. MARCO TEÓRICO
3
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
LA ELECTRONICA
La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
HISTORIA
El funcionamiento de este dispositivo está basado en el efecto Edison. Edison fue el primero que observó en 1883 la emisión termoiónica, al colocar una lámina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento que producía en la ampolla de vidrio el filamento de carbón. El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906.
Este dispositivo es básicamente como el diodo de vacío, pero se le añadió una rejilla de control situada entre el cátodo y la placa, con el objeto de modificar la nube electrónica del cátodo, variando así la corriente de placa. Conforme pasaba el tiempo, las válvulas de vacío se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos, como los tetrodos(válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia.
Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain, de la Bell Telephone Company, en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las radios. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios de tensión para funcionar. La electrónica es, por tanto, una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección en el futuro, junto con la informática.
RAMAS DE LA ELECTRÓNICA
DOMOTICA
El término Domótica proviene de la unión de las palabras domus (que significa casa en latín) y tica (de automática, palabra en griego, 'que funciona por sí sola'). Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar. Se podría definir como la integración de la tecnología en el diseño inteligente de un recinto cerrado.
ROBOTICA
La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como
4
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables y las máquinas de estados. El término robot se popularizó con el éxito de la obra RUR (Robots UniversalesRossum), escrita por KarelCapek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés como robot.
ELECTRONICA DIGITAL
La electrónica digital es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión. Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital.
Por lo regular los valores de voltaje en circuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora. Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.
ELECTROMEDICINAL
A “electro medicina” es la especialidad de las Ciencias de la Salud que estudia y analiza el cuidado de la Salud desde el punto de vista de la Tecnología sanitaria. En otras palabras, consiste en la correcta planificación, aplicación y desarrollo de equipos y técnicas utilizadas en los exámenes y tratamientos médicos, así como el control de calidad de los equipos empleados y el control y prevención de los riesgos asociados. En los países anglosajones esta especialidad se la conoce como Ingeniería Clínica(aunque las funciones y atribuciones de estos profesionales pueden variar de un país a otro).
MICROCONTROLADOR
Un micro controlador es un circuito integrado que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida. Son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación.
El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un
5
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
sistema de frenos ABS (AntilockBrakeSystem) se basa normalmente en un micro controlador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.
TELECOMUNICACIONES
La telecomunicación («comunicación a distancia», del prefijo griego tele, "distancia" y del latín communicare) es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el atributo típico adicional de ser bidireccional. El término telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, incluyendo radio, telegrafía, televisión, telefonía, transmisión de datos e interconexión de computadoras a nivel de enlace. El Día Mundial de la Telecomunicación se celebra el 17 de mayo. Telecomunicaciones, es toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, datos, imágenes, voz, sonidos o información de cualquier naturaleza que se efectúa a través de cables, radioelectricidad, medios ópticos, físicos u otros sistemas electromagnéticos
PROCESAMIENTO DE SEÑALES
El procesamiento de señales es el procesamiento, amplificación e interpretación de señales. Las señales pueden proceder de diversas fuentes. Hay varios tipos de procesamiento de señales, dependiendo de la naturaleza de las mismas. Procesamiento de señales digitales - para señales digitalizadas. El procesado se hace mediante circuitos digitales, microprocesadores y ordenadores. Procesamiento de señales analógicas para señales no digitalizadas Procesamiento de señales de audio para señales electrónicas que representan sonidos Procesamiento de señales de voz - para analizar señales de voz humana Procesamiento de señales de vídeo - para interpretar movimientos en escenas Procesamiento de matrices
RADIOGRAFÍA
Se hace pasar un haz de rayos X a través del paciente, tras el cual se coloca una película radiológica sensible a estos rayos. Según el grosor y el tipo de tejido, los rayos son absorbidos por éste en mayor o menor grado. La parte no absorbida incide en la película radiológica y la impresiona. Regulando voltaje e intensidad de corriente se consiguen distintas profundidades de penetración de los rayos.RejillaFiltroHaz de rayos XGenerador de rayos XPelículafotográficaPacienteDiafragma.
SISTEMAS ELECTRÓNICOS
Un sistema electrónico es un conjunto de circuitos que interactúan entre sí para obtener un resultado. Una forma de entender los sistemas electrónicos consiste en dividirlos en las siguientes partes:
ENTRADAS O INPUTS
6
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Sensores (o transductores) electrónicos o mecánicos que toman las señales (en forma de temperatura, presión, etc.) del mundo físico y las convierten en señales de corriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia para medir la intensidad de la luz, etc.
CIRCUITOS DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES
Consisten en artefactos electrónicos conectados juntos para manipular, interpretar y transformar las señales de voltaje y corriente provenientes de los transductores.
SALIDAS U OUTPUTS
Actuadores u otros dispositivos (también transductores) que convierten las señales de corriente o voltaje en señales físicamente útiles. Por ejemplo: un display que nos registre la temperatura, un foco o sistema de luces que se encienda automáticamente cuando esté oscureciendo.
Básicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda (circuito procesador) y la tercera (circuito actuador).
DISPOSITIVOS DE ENTRADA
Son elementos mediante los cuales los circuitos reciben las órdenes de actuación
Interruptores de maniobra. Requieren la intervención directa de una persona.
Pulsador Interruptor Conmutador
Pueden ser unipolares o multipolares
Interruptores automáticos. Son activados por elementos móviles de las máquinas o mecanismos.
Interruptores de movimiento Interruptores de presión Interruptores magnéticos
SENSORES.
Son dispositivos que detectan una magnitud física o química (presión, temperatura, humedad, velocidad, fuerza, luminosidad, etc) y proporcionan una variación medible en alguna de sus características.
La mayoría de los sensores usados proporcionan una salida de tipo eléctrico, por las grandes posibilidades de manipulación de las variables eléctricas.
RESISTENCIAS LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR).
7
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Son resistencias fabricadas con material semiconductor (Si) encapsulado en plástico transparente y por tanto expuesto a la luz, cuyo valor varía con la cantidad de iluminación que reciben.
FOTOTRANSISTORES
Son transistores en los que la base está expuesta a la luz a través de un encapsulado de plástico. El efecto que en un transistor normal produce la corriente aplicada a la base, se consigue en un fototransistor iluminando la base a través del plástico, que en ocasiones constituye una lupa para aumentar la sensibilidad del fototransistor.
FOTODIODOS
Son diodos encapsulados en plástico transparente.
CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
Son dispositivos similares, en cuanto a funcionamiento, a los fotodiodos.
Se emplean como generadores de corriente continua conectadas grupos de fotocélulas en serie para aumentar el voltaje y en paralelo para aumentar la intensidad de corriente.
TERMISTORES
Son resistencias que tienen un elevado coeficiente de variación con la temperatura.
DISPOSOTIVOS DE SALIDA
DIODOS LED
Son diodos encapsulados en plástico transparente. Tienen polaridad como todos los diodos.
ZUMBADORES
Son dispositivos que emiten un sonido cuando se les aplica una corriente eléctrica.
Magnético
Piezoeléctrico
Se emplean como señalizadores acústicos o como altavoz.
RELÉS
Un relé es un dispositivo formado por un electroimán cuyo campo magnético desplaza los contactos de uno o varios pulsadores, interruptores o conmutadores.
8
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
SEÑALES ELECTRÓNICAS
Es la representación de un fenómeno físico o estado material a través de una relación establecida; las entradas y salidas de un sistema electrónico serán señales variables.
En electrónica se trabaja con variables que toman la forma de Tensión o corriente estas se pueden denominar comúnmente señales. Las señales primordialmente pueden ser de dos tipos:
Variable analógica: son aquella que pueden tomar un número infinito de valores comprendidos entre dos límites.
Variable digital– También llamadas variables discretas, entendiéndose por estas, las variables que pueden tomar un número finito de valores. Por ser de fácil realización los componentes físicos con dos estados diferenciados, es este el número de valores utilizado para dichas variables, que por lo tanto son binarias.
Señal Analógica: es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.
Un ejemplo de sistema electrónico analógico es el altavoz, que se emplea para amplificar el sonido de forma que éste sea oído por una gran audiencia.
Las ondas de sonido que son analógicas en su origen, son capturadas por un micrófono y convertidas en una pequeña variación analógica de tensión denominada señal de audio.
Señal Digital: es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos
Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L
COMPONENTES ELECTRÓNICOS
Para la síntesis de circuitos electrónicos se utilizan componentes electrónicos e instrumentos electrónicos. A continuación se presenta una lista de los componentes e instrumentos más importantes en la electrónica, seguidos de su uso más común:
DISPOSITIVOS ANALÓGICOS
9
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Amplificador Operacional: Un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un dispositivo electrónico que tiene dos entradas y una salida.
El primer amplificador operacional monolítico, que data de los años 1960, fue el Fairchild μA702 (1964), diseñado por Bob Widlar. Le siguió el Fairchild μA709 (1965), también de Widlar, y que constituyó un gran éxito comercial. Más tarde sería sustituido por el popular Fairchild μA741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnología bipolar.
Condensador Eléctrico: Un condensador es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Diodo: Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos.
Diodo Zener: Es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.
Inductor: Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.
Potenciómetro: Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.
Relé: El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Resistor: Se denomina resistor o bien resistencia al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. Se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule.
10
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
Transistor: El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador orectificador.
Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video,relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc.
DISPOSITIVOS DIGITALES
Biestable: Un biestable (flip-flop o LATCH en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:
Asíncronos Síncronos
Memoria(Informática):En informática, la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que integran una computadora.
Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna
. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento (CPUpor su sigla en inglés, central processingunit).
Además, se refleja una diferencia técnica importante y significativa entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo, que se ha ido diluyendo por el uso histórico de los términos "almacenamiento primario" (a veces "almacenamiento principal"), para memorias de acceso aleatorio, y "almacenamiento secundario" para dispositivos de almacenamiento masivo. Esto se explica en las siguientes secciones, en las que el término tradicional "almacenamiento" se usa como subtítulo por conveniencia.
Microcontrolador: Un microcontrolador es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos deentrada/salida.
Cuando es fabricado, el microcontrolador no contiene datos en la memoria ROM. Para que pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del microcontrolador algún programa.
Puerta Lógica: Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico con una función booleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Son circuitos de conmutación integrados en un chip. La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando
11
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.
DISPOSITIVOS DE POTENCIA
DIAC: El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor de dos conexiones.
El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la referencia.
Fusible: Se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal oaleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, porEfecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
Tristor: Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación.
. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.
El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos.
Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950
Transformador: El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética
El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.
TRIAC: Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con untiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es uninterruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
12
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas.
Varistor: Un varistor es un componente electrónico con una curva característica similar a la del diodo. El término proviene de la contracción del inglés variable resistor. Los varistores suelen usarse para proteger circuitos contra variaciones de tensión al incorporarlos en el circuito de forma que cuando se active la corriente no pase por componentes sensibles.
EQUIPOS DE MEDICIÓN
Electrómetro: Se denomina electrómetro a un electroscopio dotado de una escala. Los electrómetros, al igual que los electroscopios, han caído en desuso debido al desarrollo de instrumentos electrónicos de precisión.
Uno de los modelos de electrómetro consiste en una caja metálica en la cual se introduce, debidamente aislada por un tapón aislante
Amperímetro: es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.
En términos generales, el amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente), con una resistencia en paralelo, llamada "resistencia shunt".
Galvanómetro: es una herramienta que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Es capaz de detectar la presencia de pequeñas corrientes en un circuito cerrado, y puede ser adaptado, mediante su calibración, para medir su magnitud.
Este consiste en una bobina normalmente rectangular, por la cuál circula la corriente que se quiere medir
La inmensa mayoría de los instrumentos indicadores de aguja empleados en instrumentos analógicos, se basan en el principio de operación explicado, utilizándose una bobina suspendida dentro del campo asociado a un imán permanente.
Óhmetro: es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmnimetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.
Voltímetro: Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Vatímetro: es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de uncircuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un
13
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo.
Multímetro: Un multímetro, también denominado polímetro,1 es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna.
Puente de Wheatstone: Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.
Osciloscopio: es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla. Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales.
Capacímetro: es un equipo de prueba electrónico utilizado para medir la capacidad o capacitancia de los condensadores. Dependiendo de la sofisticación del equipo, puede simplemente mostrar la capacidad o también puede medir una serie de parámetros tales como las fugas, la resistencia del dieléctrico o la componente inductiva.
Frecuencímetro: es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en la misma posición en un intervalo de tiempo mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un período, su medida es generalmente sencilla. La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión.
TIPOS DE CIRCUITOS
MULTIPLEXORES Y DEMULTIPLEXORES
DEMULTIPLEXORES
14
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
En electrónica digital, un demultiplexor es un circuito combinacional que tiene una entrada de información de datos d y n entradas de control que sirven para seleccionar una de las 2n salidas, por la que ha de salir el dato que presente en la entrada. Esto se consigue aplicando a las entradas de control la combinación binaria correspondiente a la salida que se desea seleccionar. Por ejemplo, si queremos que la información que tenemos en la entrada d, salga por la salida S4, en la entrada de control se ha de poner, de acuerdo con el peso de la mísma, el valor 100, que es el 4 en binario.
En el campo de las telecomunicaciones el demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un medio de transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes de la misma encaminándolas a las salidas correspondientes.
La señal compleja puede ser tanto analógica como digital y estar multiplexada en cualquiera de las distintas formas posibles para cada una de ellas.
Diagrama lógico de un demultiplexor 1 a 4.
El demultiplexor, es un circuito combinacional que aunque la función básica es la que hemos explicado, puede utilizarse en muchos casos como decodificador y adopta cualquiera de las funciones que un decodificador realiza.
Una aplicación muy práctica de los demultiplexores utilizados como decodificadores, si lo combinamos con una puerta NO-Y NAND, es la generación de funciones lógicas, de modo, que si nos dan la función lógica F=S3(2,4,5,7), las salidas correspondientes a los unos lógicos se conectarían a la puerta NO-Y. En este caso la entrada de información se puede utilizar como entrada inhibidora si mantenemos a cero lógico, y subiéndola a uno, cuando queremos inhibir la generación de la función.
Una de las funciones que realiza el decodificador hexadecimal como demultiplexor, es la función de conectar, a sendos contadores, C0 a C15, que reciben los impulsos de una entrada común a todos. Cada uno posee una entrada de inhibición que según el estado en que se encuentra (0,1), permite o no que se realice el contaje de los impulsos. Cada entrada de inhibición se conecta a una salida del demultiplexor.
MULTIPLEXOR
15
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una única salida de datos, están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada hacia dicha salida.
En el campo de la electrónica el multiplexor se utiliza como dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo.
Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo.
Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión, existen varias clases de multiplexación:
Multiplexación por división de frecuencia Multiplexación por división de tiempo Multiplexación por división de código Multiplexación por división de longitud de onda
DISEÑO EN ELECTRONICA DIGITAL
Estos circuitos combinacionales poseen 2^n líneas de entrada de datos, una línea de salida y n entradas de selección. Las entradas de selección indican cuál de estas líneas de entrada de datos es la que proporciona el valor a la línea de salida.
También se pueden construir multiplexores con mayor número de entradas utilizando multiplexores de menos entradas, utilizando la composición de multiplexores.
En electrónica digital, es usado para el control de un flujo de información que equivale a un conmutador. En su forma más básica se compone de dos entradas de datos (A y B), una salida de datos y una entrada de control. Cuando la entrada de control se pone a 0 lógico, la señal de datos A es conectada a la salida; cuando la entrada de control se pone a 1 lógico, la señal de datos B es la que se conecta a la salida.
El multiplexor es una aplicación particular de los decodificadores, tal que existe una entrada de habilitación (EN) por cada puerta AND y al final se hace un OR entre todas las salidas de las puertas AND.
La función de un multiplexor da lugar a diversas aplicaciones:
Selector de entradas. Serializador: Convierte datos desde el formato paralelo al formato serie. Transmisión multiplexada: Utilizando las mismas líneas de conexión, se
transmiten diferentes datos de distinta procedencia. Realización de funciones lógicas: Utilizando inversores y conectando a 0 o 1 las
entradas según interese, se consigue diseñar funciones complejas, de un modo más compacto que con las tradicionales puertas lógicas.
CODIFICADORES, DECODIFICADORES Y COMPARADORES
16
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Un codificador es un circuito combinacional con 2N entradas y N salidas, cuya misión es presentar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada.
Existen dos tipos fundamentales de codificadores: codificadores sin prioridad y codificadores con prioridad. En el caso de codificadores sin prioridad, puede darse el caso de salidas cuya entrada no pueda ser conocida: por ejemplo, la salida 0 podría indicar que no hay ninguna entrada activada o que se ha activado la entrada número 0. Además, ciertas entradas pueden hacer que en la salida se presente la suma lógica de dichas entradas, ocasionando mayor confusión. Por ello, este tipo de codificadores es usado únicamente cuando el rango de datos de entrada está correctamente acotado y su funcionamiento garantizado.
Para evitar los problemas anteriormente comentados, se diseñan los codificadores con prioridad. En estos sistemas, cuando existe más de una señal activa, la salida codifica la de mayor prioridad (generalmente correspondiente al valor decimal más alto). Adicionalmente, se codifican dos salidas más: una indica que ninguna entrada está activa, y la otra que alguna entrada está activa. Esta medida permite discernir entre los supuestos de que el circuito estuviera deshabilitado por la no activación de la señal de capacitación, que el circuito no tuviera ninguna entrada activa, o que la entrada número 0 estuviera activada.
También entendemos como codificador (códec), un esquema que regula una serie de transformaciones sobre una señal o información. Estos pueden transformar una señal a una forma codificada usada para la transmisión o cifrado o bien obtener la señal adecuada para la visualización o edición (no necesariamente la forma original) a partir de la forma codificada.
En este caso, los codificadores son utilizados en archivos multimedia para comprimir audio, imagen o vídeo, ya que la forma original de este tipo de archivos es demasiado grande para ser procesada y transmitida por los sistemas de comunicaciones disponibles actualmente. Se utilizan también en la compresión de datos para obtener un tamaño de archivo menor.
DECODIFICADOR
Un decodificador o descodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a la del codificador, esto es, convierte un código binario de entrada (natural, BCD, etc.) de N bits de entrada y M líneas de salida (N puede ser cualquier entero y M es un entero menor o igual a 2N), tales que cada línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada. Estos circuitos, normalmente, se suelen encontrar como decodificador / demultiplexor. Esto es debido a que un demultiplexor puede comportarse como un decodificador.
Si por ejemplo tenemos un decodificador de 2 entradas con 22=4 salidas, su funcionamiento sería el que se indica en la siguiente tabla, donde se ha considerado que las salidas se activen con un "uno" lógico:
17
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Un tipo de decodificador muy empleado es el de siete segmentos. Este circuito decodifica la información de entrada en BCD a un código de siete segmentos adecuado para que se muestre en un visualizador de siete segmentos.
COMPARADORES
Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es mayor.
FUNCIONAMIENTO
Estudiemos el siguiente circuito:
En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones +Vcc = 15V y -Vcc = -15 V. Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.
Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional.
A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores).
Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el amplificador operacional se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15 V.
SISTEMAS COMBINACIONALES
18
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Reciben esta denominación los sistemas combinacionales que indican si dos datos de N bits son iguales y en el caso que esto no ocurra cuál de ellos es mayor. En el mercado se encuentran, generalmente, como circuitos integrados para datos de 4 u 8 bits y entradas que facilitan la conexión en cascada para trabajar con más bits.
En este grafico se puede observar el esquema de 4 bits. Posee dos tipos de entradas: las de comparación (A0...A3 y B0...B3) y las de expansión (<,=, y >) para la conexión en cascada. La función que realiza el comparador anterior se puede observar en la tabla de verdad que aparece en imagen a continuación, se puede observar que las entradas de expansión sólo afectan a las salidas cuando los datos en las entradas A y B son iguales.
En algunos casos es necesario realizar comparaciones entre entradas que tienen un número de bits mayor que el permitido por el integrado, en estos casos se realiza la conexión de varios integrados en cascada.
CIRCUITOS ARITMÉTICOS
Dentro de la variada gama de circuitos digitales, tenemos los denominados circuitos aritméticos. Estos tienen como objetivo realizar operaciones aritméticas en formato binario o BCD, punto fijo o punto flotante. Dependiendo de la aplicación se utilizarán unos u otros.
Son dispositivos MSI que pueden realizar operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) con números binarios. De todos los dispositivos, nos centraremos en los comparadores de magnitud, detectores y generadores de paridad, sumadores y ALU’s; (El diseño MSI surgió gracias a los avances en la tecnología de integración. Estos avances abarataron los costes de producción, y permitieron el desarrollo de circuitos más generales.)
19
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Desde el punto de vista de cómo se procesan los datos tendremos que pueden ser del tipo “serie” o “paralelo”. En el primer caso los datos se van presentando al circuito de a un bit por vez, generalmente comenzando primero con el LSB (bit menos sgnificativo). En el segundo, los datos se presentan en formato paralelo, es decir, todos los bits simultáneamente.
Dependiendo de la función a realizar, tenemos sumadores, restadores, multiplicadores, divisores y funciones combinadas de los mismos para realizar operaciones complejas como por ejemplo el cálculo de raíz cuadrada, exponenciales, etc.
Si bien es posible generar funciones complejas en base al uso de un microprocesador, a través de algoritmos que se corren en un programa, la posibilidad de generar dichas funciones en hardware, en muchos casos, presentan ventajas en cuanto a velocidad y/o el empleo de menores recursos lógicos, como es el caso de la ausencia de un micro para realizarlas.
CIRCUITOS BIESTABLES
Un biestable (flip-flop o LATCH en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones.1 Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza variando sus entradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables se dividen en:
Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS. Síncronos: además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo
o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.
La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Los biestables síncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las deficiencias de los latches (biestables asíncronos o sincronizados por nivel).
BIESTABLE T (TOGGLE)
Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 estados (alto y bajo). El biestable T cambia de estado ("toggle" en inglés) cada vez que la entrada de sincronismo o de reloj se dispara mientras la entrada T está a nivel alto. Si la entrada T está a nivel bajo, el biestable retiene el nivel previo. Puede obtenerse al unir las entradas de control de un biestable JK, unión que se corresponde a la entrada T. No están disponibles comercialmente.
La ecuación característica del biestable T que describe su comportamiento es:
20
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Y la tabla de verdad es:
T Q Qsiguiente
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
BIESTABLE JK
Es versátil y es uno de los tipos de flip-flop más usados. Su funcionamiento es idéntico al del flip-flop S-R en las condiciones SET, RESET y de permanencia de estado. La diferencia está en que el flip-flop J-K no tiene condiciones no válidas como ocurre en el S-R.
Este dispositivo de almacenamiento es temporal que se encuentra dos estados (alto y bajo), cuyas entradas principales, J y K, a las que debe el nombre, permiten al ser activadas:
J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida. K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.
Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. A diferencia del biestable RS, en el caso de activarse ambas entradas a la vez, la salida adquirirá el estado contrario al que tenía.
La ecuación característica del biestable JK que describe su comportamiento es:
Y la tabla de verdad es:
J K Q Qsiguiente
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 X 0
1 0 X 1
1 1 0 1
1 1 1 0
21
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
X=no importa
BIESTABLE JK ACTIVO POR FLANCO
Junto con las entradas J y K existe una entrada C de sincronismo o de reloj cuya misión es la de permitir el cambio de estado del biestable cuando se produce un flanco de subida o de bajada, según sea su diseño. Su denominación en inglés es J-K Flip-FlopEdge-Triggered. De acuerdo con la tabla de verdad, cuando las entradas J y K están a nivel lógico 1, a cada flanco activo en la entrada de reloj, la salida del biestable cambia de estado. A este modo de funcionamiento se le denomina modo de basculación.
a) por flanco de subida y b) por flanco de bajada
BIESTABLE JK MAESTRO-ESCLAVO
Aunque aún puede encontrarse en algunos equipos, este tipo de biestable, denominado en inglés J-K Flip-Flop Master-Slave, ha quedado obsoleto ya que ha sido reemplazado por el tipo anterior.
Su funcionamiento es similar al JK activo por flanco: en el nivel alto (o bajo) se toman los valores de las entradas J y K y en el flanco de bajada (o de subida) se refleja en la salida.
a) activo por nivel alto y b) activo por nivel bajo
q Q J K
0 0 0 X
0 1 1 X
1 0 X 1
22
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
1 1 X 0
Siendo q el estado presente y Q el estado siguiente. La ecuación característica del flipflopjk es: Q(t+1)=JQ´+K´Q la cual se obtiene de la tabla característica del flipflop.
CIRCUITOS CONTADORES
En electrónica digital, Un contador es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas lógicas capaces de realizar el cómputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cómputo se realiza en un código binario, que con frecuencia será el binario natural o el BCD natural.
CLASIFICACIÓN
Según la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de contadores síncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no es común y los biestables conmutan uno tras otro).
Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes y UP-DOWN (ascendentes o descendentes según la señal de control).
Según la cantidad de números que pueden contar, se puede hablar de contadores binarios de n bits (cuentan todos los números posibles de n bits, desde 0 hasta 2n-1), contadores BCD (cuentan del 0 al 9) y contadores Módulo N (cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto.
El número máximo de estados por los que pasa un contador se denomina módulo del contador. Este número viene determinado por la expresión 2^n donde n indica el número de bits del contador. Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir un circuito combinacional.
CIRCUITOS CONVENCIONALES
CIRCUITOS INTEGRADOS
El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad enorme de dispositivos microelectrónicas
interactuadas, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.
El primer Circuito Integrado fue desarrollado en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Los elementos más comunes de los equipos electrónicos de la época eran los llamados “tubos de vacío”, las lámparas usadas en radio y televisión y el transistor de germanio (Ge).
En el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las cosas. Entonces concibió el primer circuito electrónico cuyos componentes, tanto los activos como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.
El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado sobre una pastilla cuadrada de germanio (Ge), un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador. El éxito de Kilby supuso la entrada del mundo en la microelectrónica. El aspecto del circuito integrado era tan nimio, que se ganó el apodo inglés que se le da a las astillas, las briznas, los pedacitos de algo: chip.
En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su invento al desarrollo de la tecnología de la información. Los circuitos integrados fueron posibles gracias a descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar las funciones de los tubos de vacío o circuitos de varios transistores. La integración de grandes cantidades de diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre la ensamblaje manual de los tubos de vacío (válvulas) y circuitos utilizando componentes discretos. La capacidad de producción masiva de circuitos integrados, con fiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron obsoletas a las válvulas o tubos de vacío.
Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales: coste y rendimiento. El bajo coste es debido a que los chips, con todos sus componentes, son impresos como una sola pieza por fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en múltiples artefactos, desde ordenadores hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información.
CLASIFICACIÓN
Circuito monolítico:
La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya que desde su intervención los
24
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
Circuito híbrido de capa fina:
Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnologíamonolítica. Muchos conversores A/D – D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que progresos en la tecnologíapermitieron fabricar resistencias precisas.
Circuito híbrido 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. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está “moldeada”, sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.
CLASIFICACIÓN DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
SSI (Small ScaleIntegration) pequeño nivel: inferior a 12. MSI (Medium ScaleIntegration) medio: 12 a 99. LSI (Large Scale Integration) grande: 100 a 9999. VLSI (Very Large Scale Integration) muygrande: 10 000 a
99 999. ULSI (Ultra LargeScaleIntegration) ultra grande: igual o superior a 100 000.
En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados (IC):
Circuitos integrados analógicos:
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.
Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas hasta los más complicados microprocesadores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la
fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido.
LIMITACIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS:
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Son barreras que se van alejando almejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia-Evacuación del calor:
Los circuitos electrónicos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo.
Además, en muchos casos es un comportamiento regenerativo, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más calor producen, fenómeno que se suele llamar “embalamiento térmico” y como consecuencia, el llamado “efecto avalancha”, y que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar “protecciones térmicas”.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones con cápsulas más pequeñas.
Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como TTL o CMOS. Aun así en los circuitos con más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas, llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y autoinducciones parásitas:
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de reloj, etc., es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y de microondas.
26
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
LÍMITES EN LOS COMPONENTES:
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas:
Resistencias:
Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y, en tecnologías digitales, se eliminan casi totalmente.
Condensadores:
Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional uA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
Bobinas:
Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran.Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo), que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo.
COMPUERTAS LÓGICAS
Dentro de la electrónica digital, existe un gran número de problemas a resolver que se repiten normalmente. Por ejemplo, es muy común que al diseñar un circuito electrónico necesitemos tener el valor opuesto al de un punto determinado, o que cuando un cierto número de pulsadores estén activados, una salida permanezca apagada. Todas estas situaciones pueden ser expresadas mediante ceros y unos, y tratadas mediante circuitos digitales. Los elementos básicos de cualquier circuito digital son las compuertas lógicas.
En el presente trabajo se intenta dar una definición de lo que es un álgebra de boole; se tratan las funciones booleanas, haciendo una correlación con las fórmulas proposicionales. Asimismo, se plantean dos formas canónicas de las funciones booleanas, que son útiles para varios propósitos, tales como el de determinar si dos expresiones representan o no la
Lógica Positiva
En esta notación al 1 lógico le corresponde el nivel más alto de tensión y al 0 lógico el nivel más bajo, pero que ocurre cuando la señal no está bien definida. Entonces habrá que conocer cuáles son los límites para cada tipo de señal (conocido como tensión de histéresis), en este gráfico se puede ver con mayor claridad cada estado lógico y su nivel de tensión.
Aquí ocurre todo lo contrario, es decir, se representa al estado "1" con los niveles más bajos de tensión y al "0" con los niveles más altos.
Por lo general se suele trabajar con lógica positiva, la forma más sencilla de representar estos estados es como se puede ver en el siguiente gráfico.
COMPUERTAS LÓGICAS SENCILLAS
Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos mencionados en lo anterior y funcionan igual que una calculadora, de un lado ingresas los datos, ésta realiza una operación, y finalmente, te muestra el resultado.
Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación lógica) se corresponde con una tabla, llamada Tabla de Verdad, veamos la primera.
Compuerta NOT
Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a a invertida
Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.*Observa que su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto*
Compuerta OR
Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas... Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, el tema es que se trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b*Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1*
Compuerta OR-EX o XOR
Es OR EXclusiva en este caso con dos entradas (puede tener más) y lo que hará con ellas será una suma lógica entre a por b invertida y a invertidapor b.*Al ser O Exclusiva su salida será 1 si una y sólo una de sus entradas es 1*
COMPUERTAS LÓGICAS COMBINADAS
Al agregar una compuerta NOT a cada una de las compuertas anteriores los resultados de sus respectivas tablas de verdad se invierte, y dan origen a tres nuevas
compuertas llamadas NAND, NOR y NOR-EX. Veamos ahora como son y cuál es el símbolo que las representa...
Compuerta NAND
Responde a la inversión del producto lógico de sus entradas, en su representación simbólica se reemplaza la compuerta NOT por un círculo a la salida de la compuerta AND.
Compuerta NOR
El resultado que se obtiene a la salida de esta compuerta resulta de la inversión de la operación lógica o inclusiva es como un no a y/o b. Igual que antes, solo agregas un círculo a la compuerta OR y ya tienes una NOR.
Compuerta NOR-EX
Es simplemente la inversión de la compuerta OR-EX, los resultados se pueden apreciar en la tabla de verdad, que bien podrías compararla con la anterior y notar la diferencia, el símbolo que la representa lo tienes en el siguiente gráfico.
Buffer's
En realidad no realiza ninguna operación lógica, su finalidad es amplificar un poco la señal (o refrescarla si se puede decir). Como puedes ver en el siguiente gráfico la señal de salida es la misma que de entrada.
La tabla de verdad es un instrumento utilizado para la simplificación de circuitos digitales a través de su ecuación booleana.
Todas las tablas de verdad funcionan de la misma manera sin importar la cantidad de columnas que tenga y todas tienen siempre una columna de salida (la última columna a la derecha) que representa el resultado de todas las posibles combinaciones de las entradas.
El número total de columnas en una tabla de verdad es la suma de las entradas que hay + 1 (la columna de la salida).
El número de filas de la tabla de verdad es la cantidad de combinaciones que se pueden lograr con las entradas y es igual a 2n, donde n es el número de columnas de la tabla de verdad (sin tomar en cuenta la columna de salida)
Ejemplo: en la siguiente tabla de verdad hay 3 columnas de entrada, entonces habrán: 23 = 8 combinaciones (8 filas)
Un circuito con 3 interruptores de entrada (con estados binarios "0" o "1"), tendrá 8 posibles combinaciones. Siendo el resultado (la columna salida) determinado por el estado de los interruptores de entrada.
Los circuitos lógicos son básicamente un arreglo de interruptores, conocidos como "compuertas lógicas" (compuertas AND, NAND, OR, NOR, NOT, etc.). Cada compuerta lógica tiene su tabla de verdad.
Si pudiéramos ver con más detalle la construcción de las "compuertas lógicas", veríamos que son circuitos constituidos por transistores, resistencias, diodos, etc., conectados de manera que se obtienen salidas específicas para entradas específicas
La utilización extendida de las compuertas lógicas, simplifica el diseño y análisis de circuitos complejos. La tecnología moderna actual permite la construcción de circuitos integrados (ICs) que se componen de miles (o millones) de compuertas lógicas.
Se desea controlar dos bombas B1 y B2 de acuerdo con el nivel de líquido existente en un depósito. Su funcionamiento es el siguiente:
Cuando el nivel de líquido está comprendido entre los dos sensores (depósito con nivel medio), “c” y “d” debe funcionar la bomba B1, o B2 si el sensor de temperatura de la bomba B1, “a” se ha activado. La bomba se parará cuando se supere el valor máximo marcado por el sensor “d”; si el nivel de agua está por debajo del nivel mínimo marcado por el sensor “c” arrancarán las dos bombas; en caso de funcionamiento anormal de los sensores de nivel (activado el sensor “d” y no el “c”), las dos bombas se pararán.
Además, ambas bombas poseen sendos sensores de temperatura “a” y “b” para B1 y B2 respectivamente, de forma que cuando la temperatura de alguno de ellos supera el valor marcado por el sensor de temperatura dicha bomba se parará.
Implementar dicha función con el mínimo número de puertas NAND.
SOLUCIÓN
Para la resolución del problema planteado se supondrá que el nivel lógico “1” corresponde al nivel alto de tensión y el nivel lógico “0” al nivel bajo.
Tabla de verdad
c d a b B1 B2
0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 1 0
0 0 1 0 0 1
32
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
0 0 1 1 0 0
0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 1 1 0
1 0 1 0 0 1
1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 0 0
1 1 0 1 0 0
1 1 1 0 0 0
1 1 1 1 0 0
Para obtener las expresiones lo más simplificadas posible se recurre a los mapas de Karnaugh. Puesto que se implementa con puertas NAND, se utiliza la primera forma canónica.
Bomba B1
c d
a b 0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1
1 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
33
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Bomba B2
c d
a b 0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0
1 0 1 0 0 1
Implementación del circuito
En el laboratorio se dispone de los módulos Logitronic-3 de Alecop formados por circuitos lógicos de la familia CMOS. Estos módulos poseen puertas NAND de 2 y 4 entradas.
Puesto que una entrada al aire para una puerta CMOS no se sabe a que estado lógico corresponde, cuando necesitamos sólo 3 de las entradas disponibles conectamos la que no se utilice a nivel alto (“1” lógico) de modo que la función, en este caso, no se ve afectada.
34
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Las salidas (B1 y B2) se conectan a sendos LEDs para indicar visualmente su estado. Al comprobar con un polímetro las tensiones correspondientes a cada uno de los estados lógicos se obtiene que un “1” lógico son 4,24V y un “0” lógico son 0,00V.
SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN
SISTEMA DE REPRESENTACIÓN BINARIO
CONCEPTO
El sistema binario, en ciencias e informática, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1). Es el que se utiliza en las computadoras, debido a que trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo cual su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido 1, apagado 0).
HISTORIA DEL SISTEMA BINARIO
El antiguo matemático indio Pingala presentó la primera descripción que se conoce de un sistema de numeración binario en el siglo tercero antes de nuestra era, lo cual coincidió con su descubrimiento del concepto del número cero
Una serie completa de 8 trigramas y 64 hexagramas (análogos a 3 bits) y números binarios de 6 bits eran conocidos en la antigua China en el texto clásico del I Ching. Series similares de combinaciones binarias también han sido utilizadas en sistemas de adivinación tradicionales africanos, como el Ifá, así como en la geomancia medieval occidental.
Un arreglo binario ordenado de los hexagramas del I Ching, representando la secuencia decimal de 0 a 63, y un método para generar el mismo fue desarrollado por el erudito y filósofo Chino Adgart en el siglo XI.
En 1605 Francis Bacon habló de un sistema por el cual las letras del alfabeto podrían reducirse a secuencias de dígitos binarios, las cuales podrían ser codificadas como variaciones apenas visibles en la fuente de cualquier texto arbitrario.
El sistema binario moderno fue documentado en su totalidad por Leibniz, en el siglo XVII, en su artículo "Explication de l'ArithmétiqueBinaire". En él se mencionan los símbolos binarios usados por matemáticos chinos. Leibniz utilizó el 0 y el 1, al igual que el sistema de numeración binario actual.
En 1854, el matemático británico George Boole publicó un artículo que marcó un antes y un después, detallando un sistema de lógica que terminaría denominándose
35
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
Álgebra de Boole. Dicho sistema desempeñaría un papel fundamental en el desarrollo del sistema binario actual, particularmente en el desarrollo de circuitos electrónicos.
OPERACIONES CON NÚMEROS BINARIOS
Suma de números binarios
La tabla de sumar para números binarios es la siguiente:
+ 0
1
0 0 1
1 1 10
Las posibles combinaciones al sumar dos bits son:
0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10
Note que al sumar 1 + 1 es 102, es decir, llevamos 1 a la siguiente posición de la izquierda (acarreo). Esto es equivalente, en el sistema decimal a sumar 9 + 1, que da 10: cero en la posición que estamos sumando y un 1 de acarreo a la siguiente posición.
Ejemplo:
1
10011000
+ 00010101
———————————
10101101
Se puede convertir la operación binaria en una operación decimal, resolver la decimal, y después transformar el resultado en un (número) binario. Operamos como en el sistema decimal: comenzamos a sumar desde la derecha, en nuestro ejemplo, 1 + 1 = 10, entonces escribimos 0 en la fila del resultado y llevamos 1 (este "1" se llama acarreo o arrastre). A continuación se suma el acarreo a la siguiente columna: 1 + 0 + 0 = 1, y seguimos hasta terminar todas la columnas (exactamente como en decimal).
36
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
RESTA DE NÚMEROS BINARIOS
El algoritmo de la resta en sistema binario es el mismo que en el sistema decimal. Pero conviene repasar la operación de restar en decimal para comprender la operación binaria, que es más sencilla. Los términos que intervienen en la resta se llaman minuendo, sustraendo y diferencia.
Las restas básicas 0 - 0, 1 - 0 y 1 - 1 son evidentes:
0 - 0 = 0
1 - 0 = 1
1 - 1 = 0
0 - 1 = 1 (se transforma en 10 - 1 = 1) (en sistema decimal equivale a 2 - 1 = 1)
La resta 0 - 1 se resuelve igual que en el sistema decimal, tomando una unidad prestada de la posición siguiente: 0 - 1 = 1 y me llevo 1 (este valor se resta al resultado que obtenga, entre el minuendo y el sustraendo de la siguiente columna), lo que equivale a decir en el sistema decimal, 2 - 1 = 1.
Ejemplos:
10001 11011001
-01010 -10101011
—————— —————————
00111 00101110
En sistema decimal sería: 17 - 10 = 7 y 217 - 171 = 46.
Para simplificar las restas y reducir la posibilidad de cometer errores hay varios métodos:
Dividir los números largos en grupos. En el siguiente ejemplo, vemos cómo se divide una resta larga en tres restas cortas:
100110011101 1001 1001 1101
-010101110010 -0101 -0111 -0010
————————————— = ————— ————— —————
010000101011 0100 0010 1011
Utilizando el complemento a dos (C2). La resta de dos números binarios puede obtenerse sumando al minuendo el «complemento a dos» del sustraendo.
Ejemplo:
La siguiente resta, 91 - 46 = 45, en binario es:
37
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
1011011 1011011
-0101110 el C2 de 0101110 es 1010010 +1010010
———————— ————————
0101101 10101101
En el resultado nos sobra un bit, que se desborda por la izquierda. Pero, como el número resultante no puede ser más largo que el minuendo, el bit sobrante se desprecia.
Un último ejemplo: vamos a restar 219 - 23 = 196, directamente y utilizando el complemento a dos:
11011011 11011011
-00010111 +11101001
————————— —————————
11000100 111000100
Y, despreciando el bit que se desborda por la izquierda, llegamos al resultado correcto: 11000100 en binario, 196 en decimal.
Utilizando el complemento a uno. La resta de dos números binarios puede obtenerse sumando al minuendo el complemento a uno del sustraendo y a su vez sumarle el bit que se desborda.
Producto de números binarios[editar · editar código]
La tabla de multiplicar para números binarios es la siguiente:
· 0
1
0
0
0
1
0
1
El algoritmo del producto en binario es igual que en números decimales; aunque se lleva a cabo con más sencillez, ya que el 0 multiplicado por cualquier número da 0, y el 1 es el elemento neutro del producto.
Por ejemplo, multipliquemos 10110 por 1001:
10110
1001
—————————
10110
38
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
00000
00000
10110
—————————
11000110
En sistemas electrónicos, donde suelen usarse números mayores, se utiliza el método llamado algoritmo de Booth.
11101111
111011
__________
11101111
11101111
00000000
11101111
11101111
11101111
______________
11011100010101
DIVISIÓN DE NÚMEROS BINARIOS
La división en binario es similar al decimal; la única diferencia es que a la hora de hacer las restas, dentro de la división, éstas deben ser realizadas en binario.
Ejemplo
Dividir 100010010 (274) entre 1101 (13):
100010010 /1101 = 010101
-0000
———————
10001
39
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
-1101
———————
01000
- 0000
———————
10000
- 1101
———————
00111
- 0000
———————
01110
- 1101
———————
00001
SISTEMAS DE REPRESENTACION:
SISTEMA OCTAL
El sistema de numeración octal es un sistema de numeración en base 8, una base que es potencia exacta de 2 o de la numeración binaria. Esta característica hace que la conversión a binario o viceversa sea bastante simple. El sistema octal usa 8 dígitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) y tienen el mismo valor que en el sistema de numeración decimal.
Otro modo de manejar números binarios es con el uso del sistema de numeración hexadecimal. Este sistema es de base 16, lo que significa que para cada columna es posible escoger uno de entre 16 dígitos. Éstos son O, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F. Para contar en el sistema hexadecimal se inicia en la primera columna a la izquierda del punto hexadecimal y se cuenta desde O hasta F. Una vez que se llena la primera columna, se pone en cero a ella y se suma uno a la segunda columna. Después del 18, 19, lA, 1B, 1C, 1D, lE, lF siguen el 20, 21, y así sucesivamente. Después del 9FFF sigue el A000, etc.
Tabla de conversión entre decimal, binario, hexadecimal y octal
Un bit es una señal electrónica que puede estar encendida (1) o apagada (0). Es la unidad más pequeña de información que utiliza un ordenador. Son necesarios 8 bits para crear un byte.
La mayoría de las veces los bits se utilizan para describir velocidades de transmisión, mientras que los bytes se utilizan para describir capacidad de almacenamiento o memoria.
El funcionamiento es el siguiente: El circuito electrónico en los ordenadores detecta la diferencia entre dos estados (corriente alta y corriente baja) y representa esos
42
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
dos estados como uno de dos números, 1 o 0. Estos básicos, alta/baja, ambos/o, si/no unidades de información se llaman bits.
También se puede decir que Bit es el acrónimo Binarydigit (dígito binario). Un bit es un dígito del sistema de numeración binario.
Mientras que en el sistema de numeración decimal se usan diez dígitos, en el binario se usan sólo dos dígitos, el 0 y el 1. Un bit o dígito binario puede representar uno de esos dos valores, 0 ó 1.
Se puede imaginar un bit, como una bombilla que puede estar en uno de los siguientes dos estados:
Apagada o Encendida
Memoria de computadora de 1980 donde se pueden ver los bits físicos. Este conjunto de unos 4x4 cm. corresponden a 512 bytes.
El bit es la unidad mínima de información empleada en informática, en cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos representar dos valores cuales quiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, rojo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de "apagado" (0), y el otro al estado de "encendido" (1).
Con un bit podemos representar solamente dos valores, que suelen representarse como 0, 1. Para representar o codificar más información en un dispositivo digital, necesitamos una mayor cantidad de bits. Si usamos dos bits, tendremos cuatro combinaciones posibles:
0 0 - Los dos están "apagados" 0 1 - El primero está "apagado" y el segundo "encendido" 1 0 - El primero está "encendido" y el segundo "apagado" 1 1 - Los dos están "encendidos"
Con estas cuatro combinaciones podemos representar hasta cuatro valores diferentes, como por ejemplo, los colores azul, verde, rojo y magenta.
A través de secuencias de bits, se puede codificar cualquier valor discreto como números, palabras, e imágenes. Cuatro bits forman un nibble, y pueden representar hasta 24 = 16 valores diferentes; ocho bits forman un octeto, y se pueden representar hasta 28 = 256 valores diferentes. En general, con un número n de bits pueden representarse hasta 2nvalores diferentes.
NOTA: Un byte y un octeto no son lo mismo. Mientras que un octeto siempre tiene 8 bits, un byte contiene un número fijo de bits, que no necesariamente son 8. En los computadores antiguos, el byte podría estar conformado por 6, 7, 8 ó 9 bits.
VALOR DE POSICIÓN
En cualquier sistema de numeración posicional, el valor de los dígitos depende de la posición en que se encuentren.
En el sistema decimal, por ejemplo, el dígito 5 puede valer 5 si está en la posición de las unidades, pero vale 50 si está en la posición de las decenas, y 500 si está en la posición de las centenas. Generalizando, cada vez que nos movemos una posición hacia la izquierda el dígito vale 10 veces más, y cada vez que nos movemos una posición hacia la derecha, vale 10 veces menos. Esto también es aplicable a números con decimales.
En el sistema binario es similar, excepto que cada vez que un dígito binario (bit) se desplaza una posición hacia la izquierda vale el doble (2 veces más), y cada vez que se mueve hacia la derecha, vale la mitad (2 veces menos).
+-----+-----+-----+-----+-----+
| 16 | 8 | 4 | 2 | 1 | <-- Valor del bit de acuerdo a su posición
+-----+-----+-----+-----+-----+ expresado en números
| 2^4 | 2^3 | 2^2 | 2^1 | 2^0 | <-- Valor del bit de acuerdo a su posición
+-----+-----+-----+-----+-----+ expresado en forma de potencias de 2
Abajo vemos representado el número 19.
16 + 2 + 1 = 19.
16 8 4 2 1 <-- Valor de posición
Representación gráficade los bits como bombillasencendidas y apagadas
1 0 0 1 1 <-- Dígitos binarios (bits)
También se pueden representar valores fraccionarios. Los números reales se pueden representar con formato de coma fija o de coma flotante. Abajo vemos el número 5,25 representado en una forma binaria de coma fija.
4 + 1 + 0,25 = 5,25
4 2 1 1/2 1/4 <-- Valor de posición
Representación gráficade los bits como bombillasencendidas y apagadas
1 0 1 0 1 <-- Dígitos binarios (bits)
La de arriba es una representación en coma fija de un número real en formato binario. Aunque la representación de números reales en coma flotante es diferente lo que se muestra, el esquema da una idea una parte del concepto. La representación en coma flotante es similar a la notación científica en una calculadora de mano, solo que en vez números decimales se usan números binarios y el exponente no está en base 10 sino en base 2.
Cuando se trabaja con varios sistemas de numeración o cuando no está claro con cual se está trabajando, es típico usar un subíndice para indicar el sistema de numeración con el que se ha representado un número. El 10 es el subíndice para los números en el sistema decimal y el 2 para los del binario. En los ejemplos de abajo se muestran dos números en el sistema decimal y su equivalente en binario. Esta igualdad se representa de la siguiente manera:
1910 = 100112
5,2510 = 101,012
6. DESARROLLO DEL PROYECTO
6.1. TAREAS DEL PROYECTOTAREAS DEL PROYECTO
TAREA N°1
REALIZAR UN CIRCUITO EL CUAL EXPLIQUE LO QUE ES LA ELECTRÓNICA DIGITAL.
El circuito a elaborar deberá contener elementos que comprendan los que es la electrónica digital, como son algunos de los circuitos integrados más utilizados AND, OR, NOT; y contadores como el flip-flop.
TAREA N°2
REALIZAR UN VIDEO EN EL QUE NUESTRO GRUPO HABLANDO SOBRE EL TEMA SELECCIONADO.
El video deberá durar como mínimo 5 minutos y deberemos aparecer en él, utilizar todos los programas y archivos necesarios para realizarlo.
TAREA N°3
REALIZAR UN INFORME DETALLADO SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES DE NUESTRO PROFESOR.
El informe debes estar realizado de acuerdo al documento de referencia que el profesor ha subido a la página de internet campus.dokeos.com.
6.2. SUBTEMAS DEL PROYECTOCIRCUITOS DIGITALES
SUBTEMA 1 LA ELECTRÓNICA En este tema revisaremos temas importantes en el cual está incluido el tema de los circuitos digitales.
SUBTEMA 2 SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN
Los sistemas de representación son fundamentales ya que son la parte matemática que permite q la parte práctica se lleve a cabo.
46
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
SUBTEMA 3 CIRCUITOS CONVENCIONALES En este tema se revisa más a profundidad lo que son los circuitos digitales y en qué consisten y su funcionamiento, ya que nos explica y aclara su funcionamiento.
SUBTEMA 4 TIPOS DE CIRCUITOS Hay varios tipos de circuitos pero los más importantes se revisan en este tema ya que son utilizados en nuestro diario vivir y son fundamentales para el desarrollo de la tecnología.
6.3. CRONOGRMA DE ACTIVIDADES
ORGANIZACIÓN DEL APRENDIZAJE
NOMBRE DEL PROYECTO CIRCUITOS ELECTRONICOS
N° ACTIVIDADFECHA
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 REUNION DEL GRUPO DE TRABAJO
2 REALIZACION DEL VIDEO 3 REALIZAR EL CIRCUITO 5 TERMINACION DEL INFORME 6 EDICION DEL VIDEO 7 PREPARACION DE DIAPOSITIVAS
8 PREPARACION INDIVIDUAL PARA LA PRESENTACION
9 PRESENTACION DEL INFORME 10 EXPOSICION DEL TEMA 11 PRESENTACION DEL CIRCUITO 12 PRESENTACION DEL VIDEO
6.4. APLICACIONES Y/O PROGRAMAS UTILIZADOS. Sony Vegas PRO 10. Microsoft Word. Microsoft Excel. Microsoft Power Point. Navegador Google Chrome. Format Factory. Camtasia Estudio 8. Proteus ISIS
6.5. PAGINAS WEB UTILIZADASYOTUBE: creamos una cuenta en youtube para poder subir nuestros videos y compartirlos en nuestra página web.
47
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
GMAIL: para crear una cuenta de correo electrónico
SLIDESHARE: una cuenta en slideshare para poder compartir nuestros documentos en nuestra página web rcampus.
RCAMPUS: la página web del grupo sirve para subir todos los archivos y videos que se basan en nuestro proyecto.
48
Universidad Técnica de AmbatoFISEI – Electrónica
6.6. CREACIÓN DE USUARIOS EN LAS WEB UTILIZADAS
ALEJANDRA CARDENAS
YOUTUBE: ale cardenas SLIDESHARE: aleja1806 GMAIL: [email protected]
7. CONCLUSIONES Logramos conocer un concepto específico sobre electrónica. Aprendimos matemática lógica con códigos binarios. Caímos en cuenta de que se tratan circuitos basados en códigos binarios. Conocimos principales circuitos integrados.
8. RECOMENDACIONES Expandir el tema de electrónica digital para poder entenderlo con los
conceptos básicos de electrónica. Comprar circuitos integrados para reconocer los micro elementos que
componen la electrónica digital. Construir minis simulacros de circuitos para aprender su funcionamiento. Elaborar un cuadro con la numeración de los circuitos integrados y su
estructura interna. Comprender los sistemas binarios y hexadecimal ya que en estos
circuitos son de mucha ayuda.
9. BIBLIOGRAFIA Albert Malvino, 07/06/2007, Principios de Electrónica, Edición 7 Publicación. David Luque Sacaluga, 27/06/2005, Electrónica básica (CEKIT), Edición ultima
Electrónica Digital y Programable. Allan R. Hambley, año 2001, Electrónica, 2da Edición, Editorial Prentice Hall Cecilio Blanco Viejo, año 2005, Fundamentos de Electrónica Digital, España
