Introducción
Un circuito integrado (CI) es un circuito electrónico, que contiene componentes como transistores, diodos, resistencias y capacitores, se encuentran interconectados dentro de una lámina de material semiconductor y encapsulados en una pastilla montada en un empaque, con sus conexiones soldadas a las patillas externas para conformar el circuito integrado.
Los circuitos integrados para su trabajo necesitan estar alimentados con energía eléctrica por lo cual tienen dos patitas en el encapsulado que son destinadas para su alimentación, en (Vcc) se colocará la alimentación positiva y en (GND) se colocará el cable de tierra o común.
Ubicando la muesca y mirándola de frente se cuentan las patillas en sentido en contra de las manecillas del reloj y empezando por la parte izquierda.
Los circuitos integrados se clasifican en dos categorías generales:
- Lineales - Trabajan con señales continuas y producen funciones electrónicas, como amplificadores o moduladores.
- Digitales - Trabajan con señales binarias (1 y 0), como compuertas digitales.
Tabla de integración de los circuitos integrados digitales.
| Nivel de integración | Número de compuertas | Función |
|---|---|---|
| SSI Integración en pequeña escala | Pocas compuertas | Ninguna función específica, solo compuertas |
| MSI Integración en mediana escala | 10 a 100 compuertas | Cumplen con una función lógica completa |
| LSI Integración a gran escala | Más de 100 compuertas | Funciones lógicas con arreglos de compuertas |
| VLSI Integración a muy grande escala | Más de 1000 compuertas | Funciones lógicas con arreglos de compuertas |
Las familias de circuitos integrados se distinguen por el tipo de dispositivo semiconductor y la manera como los dispositivos son interconectados para la conformación de las compuertas. Las más populares son:
- TTL Lógicas de transistores (Transistor-Transistor Logic). Estos circuitos se identifican con una combinación de letras y números que comienzan con el número 74. Por ejemplo: 7400 (NAND de dos entradas, 7402 (NOR de dos entradas),7404 (NOT), 7408 (AND de dos entradas), 7432 (OR de dos entradas), 7464 (XOR de dos entradas), etc.
- ECL Lógica de acoplamiento de emisor (Emitter-Coupled Logic).
- MOS Semiconductor de óxido de metal (Metal-oxide semiconductor).
- CMOS Semiconductor de óxido de metal complementario (Complementary Metal-Oxid Semiconductor). Son muy sensibles a la electricidad estática del cuerpo humano, por lo que requieren un manejo cuidadoso ya que se pueden dañar al tocar sus terminales. Se identifican con la “familia 4000”, es decir con números 4001 (NOR de dos entradas), 4011 (NAND de dos entradas), 4069 (NOT), 4071 (OR de dos entradas), 4081 (AND de dos entradas), etc. Cada circuito integrado tiene cierto número de pines o terminales. Es muy importante saber dónde va conectado cada terminal, ya que si se conecta en forma errada se puede dañar fácilmente.
- I2L Lógica de inyección integrada (Integrated-Injection Logic).
Se recomienda utilizar los manuales técnicos de los fabricantes: TTL Cookbook, CMOS Cookbook o los manuales de los fabricantes para revisar los cambios de nomenclatura entre distintos fabricantes, la disposición de los pines y cuidados que se debe tener con los circuitos.
Compuerta lógica NOT
Esta operación básicamente es un inversor de la entrada, es decir si nuestra entrada es falsa, la salida es verdadera y si la entrada es verdadera la salida es falsa. En el diagrama el interruptor solo enciende el foco si la entrada es falsa. La expresión algebraica es $S=A'$
| A | S |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Nota: La operación algebraica $x'$ significa complemento y el teorema dice $1'=0$ y $0'=1$.
Compuerta de dos entradas
Para el caso de la compuerta AND, la operación requiere que todas las señales de entrada sean verdaderas para que la salida sea verdadera, es decir, si una sola de las entradas es FALSA, la salida es FALSA. Observemos el diagrama de los interruptores si uno de estos elementos se encuentra en estado abierto (FALSO) la salida del foco (S) se encontrará apagado. Su ecuación de la función booleana es $S=A \cdot B=AB$.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Para poder realizar su implementación, acudimos al circuito eléctrico.
Las compuertas deberán conectarse en un circuito eléctrico, para ello se utilizan las tabletas protoboard para ensayar el funcionamiento de una determinada compuerta utilizando compuertas lógicas. A partir de la compuerta lógica es necesario implementarla en un circuito electrónico.
Circuito integrado
Existen distintas configuraciones de circuitos integrados, los circuitos que integran compuertas de dos entradas tienen generalmente la siguiente disposición con “chips” de 14 pines. El pin 7 corresponde al polo negativo de la fuente de alimentación, mientas que el pin 14 corresponde al polo positivo. Así, los doce pines restantes quedan disponibles para conectar las cuatro compuertas de dos entradas.
Internamente, la forma como se implementan las cuatro compuertas disponibles es la siguiente:
Así podemos conectar cada una de las cuatro compuertas, en el caso del circuito integrado 7408 (AND de dos entradas):
| Entrada A | Entrada B | Salida Y |
|---|---|---|
| Pin 1 | Pin 2 | Pin 3 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| Entrada A | Entrada B | Salida Y |
|---|---|---|
| Pin 4 | Pin 5 | Pin 6 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| Entrada A | Entrada B | Salida Y |
|---|---|---|
| Pin 13 | Pin 12 | Pin 11 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| Entrada A | Entrada B | Salida Y |
|---|---|---|
| Pin 10 | Pin 9 | Pin 8 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Análogamente, las otras compuertas de dos entradas con 14 pines funcionan igual.
Completa la siguiente tabla, indicando cuales serían las entradas y salidas de cada una de las cuatro compuertas asociadas al circuito integrado
Circuitos integrados TTL de dos entradas
