REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANATRUJILLO-BETIJOQUE

SIMULADOR DE CIRCUITO

(FUENTE DE PODER)

BACHILLERES:Héctor silva

Francys Álvarez

Brayant Fonseca

José Carrizo

INTRODUCCIÓN

Como todos sabemos los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos

electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones

Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación, decodificación,

controladores, entre otros. Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan

para formar sistemas mucho más complejos que pueden ser desde una

calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, entre otros.

Se fabrican mediante la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que

sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz

de flujo de electrones. La característica más notable de un Circuito Integrado es su

tamaño; ya que puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de

otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y

alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco más de tres

centímetros.

Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se

pueden reparar; es decir si un solo componente de un circuito integrado llegara a

fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se debe al tamaño

diminuto y los miles de componentes que poseen.

INTEGRACIÓN A MEDIA ESCALA (MSI)

A finales de los 60 se introdujeron dispositivos que contenían cientos de

transistores cada chip, llamados MSI, Integración a Media Escala (Medium-Scale

Integration). Económicamente eran circuitos atractivos porque mientras producirlos

costaba ligeramente más que los dispositivos SSI, permitieron fabricar sistemas

electrónicos más complejos utilizando placas impresas más pequeñas, menos

trabajo al ensamblarlos (ya que contenían menos chips) y otras ventajas.

LSI (LARGE SCALE INTEGRATION):

A esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de

100 puertas lógicas (lo cual conlleva unos 1000 componentes integrados

individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función

completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el

almacenamiento de una gran cantidad de bits. La aparición de los circuitos

integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador. Los

primeros funcionaban con 4 bits (1971) e integraban unos 2.300 transistores;

rápidamente se pasó a los de 8 bits (1974) y se integraban hasta 8.000

transistores. Posteriormente aparecieron los microprocesadores de circuitos

integrados VLSI.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PUERTAS INTEGRADAS

Las características funcionales de los circuitos integrados a tener en cuenta

en el proceso de diseño, montaje, comprobación y uso, son las siguientes:

TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN Y TOLERANCIA

La tensión típica de los circuitos de los circuitos integrados es de 5 v. Dicha

tensión es común en las series TTL, cuya tensión oscila entre 4´75 y 5´25 v,

requiriendo de esta forma una fuente de alimentación bien filtrada y estabilizada.

Las puertas CMOS poseen un margen de alimentación mucho más amplio (entre 3

y 18 v), y no requieren ni estabilidad ni ausencia de rizado en estas.

TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABAJO:

Existe un intervalo de temperaturas para el cual está garantizado el

funcionamiento de los circuitos integrados digitales: el intervalo "normal" de

funcionamiento va de -40ºC a 85ºC para CMOS y de 0ºC a 70ºC en TTL (en

ambos casos con indicativo 74). Existen, además, series denominadas "militares"

para aplicaciones que requieren mayor rango de temperaturas, de -55ºC a 125ºC

se distinguen porque su numeración empieza por 54 y su encapsulado es

cerámico.

Ha de tenerse en cuenta que las características de una puerta lógica varían

fuertemente con la temperatura; en general empeoran al aumentar la temperatura,

lo cual se refleja en reducción de los márgenes de ruido y de la velocidad de

trabajo y en aumento del consumo. El mismo circuito desprende calor, como

consecuencia de la disipación de la energía que utiliza en su funcionamiento, y

causa una elevación de su propia temperatura que, en ocasiones, puede ser

importante. Por ello, el diseño de un sistema digital ha de tener en cuenta el rango

de temperaturas en el que va a trabajar y, si es preciso, debe incluir un

mecanismo de refrigeración adecuado. Otra indicación de temperatura que

proporcionan los catálogos es el rango que soportan los circuitos integrados para

su almacenamiento, que suele ser de -65ºC a 150ºC

FAN - OUT:

Este término se emplea para indicar el máximo número de entradas que se

pueden conectar a un determinado circuito. Está relacionado directamente con la

máxima corriente que puede circular por la salida de un determinado circuito

digital, expresada en unidad de carga (la corriente máxima que circula por una

entrada de la puerta básica de la familia lógica considerada).

Si una puerta tiene un fan-out de 15 , lo que nos quiere decir es que no se pueden

conectar más de 10 entradas a esa salida (siempre de la misma familia). La familia

lógica TTL tiene un fan-out de 10, mientras que la familia lógica CMOS tiene

NIVELES DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA:

Dada una determinada familia lógica con una alimentación concreta,

existirán una serie de valores de tensión para la entrada mediante los cuales ésta

podrá discernir el valor de voltaje que por ella introduzca interpretándolo como

nivel bajo, "0" lógico o nivel alto, "1" lógico. A la salida sucede igualmente, es

decir, habrá dos niveles de tensión que delimitarán el estado Alto o Bajo de ella.

Cualquier valor comprendido entre +2,5 y la alimentación (=+5V) aplicada a la

entrada de una puerta lógica, ésta lo interpretará como un "1" lógico. Por lo que

existe un valor mínimo para la tensión del estado alto que denominamos VIHmin.

Igual podemos decir que, cuando la tensión en una de sus entradas está

comprendida entre 0 y +1,5 V., la puerta interpretará que se trata de un "0" lógico;

por lo tanto existe un valor máximo de tensión a la entrada que representa un "0"

lógico y que denominamos VILmax. Para la salida, en 0: una puerta que responde

con un nivel alto ("1" lógico) el valor de la tensión estará comprendido entre +3 y

+5V. Cuando el valor de la tensión de salida está comprendido entre 0 y +1 voltio,

se interpreta que hay un "0" lógico, por lo que valor máximo a la salida para

niveles bajos VOLmax es de 1V y entra dentro de los valores admitidos a la

entrada como niveles bajos.

Con un valor de tensión la entrada, comprendido entre +1,5 y +2,5 V no hay

garantía de que la puerta lo interprete correctamente. A la salida, una puerta que

dé una tensión, comprendida entre +1 y +3 V no funciona de manera correcta

dado que puede entregar un valor a la entrada de la siguiente puerta, dentro de un

rango prohibido.

MARGEN DE RUIDO

El ruido es un tema de vital importancia, que se debe tener presente en el

diseño de sistemas electrónicos, tanto analógicos como digitales. En muchas

ocasiones, el ruido es fuente de problemas para el diseñador, ya que no es fácil

conocer el origen del mismo y sus efectos sobre el equipo o sistema diseñado.

Se entiende por ruido toda perturbación no voluntaria que pueda modificar de

forma inadecuada los niveles de salida de un integrado, es decir, que aparezca en

una salida un nivel de tensión alto cuando debería ser bajo o viceversa. Las

fuentes de ruido más importantes suelen ser: Ruido ambiental, radiado en las

cercanías del sistema digital. Algunos ejemplos son: motores con escobillas,

contactores, relés, máquinas de soldadura, entre otros.

Ruido exterior al sistema digital, que se acoplan por la fuente de

alimentación.

Picos en la alimentación provocados por cambios bruscos de consumo. Por

ejemplo, conmutaciones sobre líneas de alterna o continua con cargas

fuertes.

Ruido acoplado en conexiones o- líneas cercanas.

Ruido producido por reflexiones y oscilaciones en líneas mal adaptadas.

Los tipos de acoplo entre las fuentes de ruido y el circuito susceptible a él

son:

Acoplo por impedancia común.

Acoplo magnético o inductivo.

Acoplo electrostático

Acoplo por radiación

TIEMPO DE PROPAGACIÓN MEDIO:

Definimos como tiempo de propagación el tiempo transcurrido desde que la señal

de entrada pasa por un determinado valor hasta que la salida reacciona a dicho

valor.

Vamos A Tener Dos Tiempos De Propagación:

Tplh = Tiempo de paso de nivel alto a bajo: es el tiempo entre un determinado

punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la

salida cambia de 0 a 1.

Tphl = Tiempo de paso de nivel bajo a alto: es el tiempo entre un determinado

punto del impulso de entrada y el correspondiente impulso de salida, cuando la

salida cambia de 1 a 0.

Como norma se suele emplear el tiempo medio de propagación, que se

calcula como:

Tpd = (Tphl + Tplh)/2

DISIPACIÓN DE POTENCIA

Teniendo presente que los niveles de tensión de entrada y salida de los

circuitos digitales pueden adoptar dos valores perfectamente definidos (L o H) y la

disipación de potencia para cada uno de estos dos estados es diferente, la

disipación de potencia en circuitos digitales se define bajo las condiciones de un

ciclo de trabajo del 50 %; es decir, trabajando en un régimen en que la mitad del

tiempo hay niveles bajos y la otra mitad niveles altos.

Si se llama PL, a la potencia disipada cuando hay un nivel bajo Y PH a la

potencia disipada ante un nivel alto, se tendrá que la potencia media total, PT,

valdrá: Cuanto menor sea el consumo por puerta lógica, para una determinada

tecnología de fabricación, mayor será el número de puertas que se podrán integrar

sobre un mismo chip sin superar los límites de disipación del sustrato del mismo.

De ahí la importancia, para altas densidades de integración, de que la disipación

de potencia sea lo menor posible.

Desde el punto de vista global de un equipo digital, la potencia disipada es

un parámetro importante (que depende del consumo de cada uno de los

elementos que lo constituyen), que deberá reducirse en la medida de lo posible, ya

que ello supone minimizar los costos de refrigeración, fuente de alimentación y

líneas de distribución.

En algunas tecnologías apenas existe consumo de energía cuando los

niveles de tensiones no varían, pero sí que existe cuando se producen

transiciones de nivel alto a bajo o viceversa. En estos casos es común distinguir

entre disipación de potencia en condiciones estáticas (sin transiciones entre

niveles) y en condiciones dinámicas (con transición de niveles). En este último

caso la disipación de potencia depende fuertemente de la rapidez de las

transiciones de niveles, es decir, de la frecuencia de las señales involucradas.

FLIP-FLOP

Un biestable (flip-flop 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: solamente 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.

R1, R2 = 1 kΩ / R3, R4 = 10 kΩ

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).

TIPOS DE FLIP-FLOPS

Biestable RS

Descripción

Cronograma del biestable RS.

Dispositivo de almacenamiento temporal de 2 estados (alto y bajo), cuyas

entradas principales permiten al ser activadas:

R: el borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida.

S: el grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto 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. En ningún caso

deberían activarse ambas entradas a la vez, ya que esto provoca que las salidas

directa (Q) y negada (Q') queden con el mismo valor: a bajo, si el flip-flop está

construido con puertas NOR, o a alto, si está construido con puertas NAND. El

problema de que ambas salidas queden al mismo estado está en que al desactivar

ambas entradas no se podrá determinar el estado en el que quedaría la salida. Por

eso, en las tablas de verdad, la activación de ambas entradas se contempla como

caso no deseado (N. D.).

Biestable RS (Set Reset) asíncrono

Sólo posee las entradas R y S. Se compone internamente de dos puertas

lógicas NAND o NOR, según se muestra en la siguiente figura:

Biestables RS con puertas NOR (a), NAND (c) y sus símbolos normalizados

respectivos (b) y (d).

Tabla de verdad biestable RS

R S Q (NOR) Q (NAND)

0 0 q N. D.

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1 N. D. q

N. D.= Estado no deseado q= Estado de memoria

Biestable RS (Set Reset) síncrono

Circuito Biestable RS síncrono a) y esquema normalizado b).

Además de las entradas R y S, posee una entrada C de sincronismo cuya

misión es la de permitir o no el cambio de estado del biestable. En la siguiente

figura se muestra un ejemplo de un biestable síncrono a partir de una asíncrona,

junto con su esquema normalizado:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad biestable

RS

C R S Q (NOR)

0 X X q

1 0 0 q

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 1 N. D.

X=no importa

Biestable D (Data o Delay)

Símbolos normalizados: Biestables D a) activo por nivel alto y b) activo por

flanco de subida.

El flip-flop D resulta muy útil cuando se necesita almacenar un único bit de

datos (1 o 0). Si se añade un inversor a un flip-flop S-R obtenemos un flip-flop D

básico. El funcionamiento de un dispositivo activado por el flanco negativo es, por

supuesto, idéntico, excepto que el disparo tiene lugar en el flanco de bajada del

impulso del reloj. Recuerde que Q sigue a D en cada flanco del impulso de reloj.

Activo por flanco (de subida o de bajada).

La ecuación característica del biestable D que describe su comportamiento es:

y su tabla de verdad:

D Q Qsiguiente

0 X 0

1 X 1

X=no importaEsta báscula puede verse como una primitiva línea de retardo o una

retención de orden cero (zero order hold en inglés), ya que los datos que se

introducen, se obtienen en la salida un ciclo de reloj después. Esta característica

es aprovechada para sintetizar funciones de procesamiento digital de señales

(DSP en inglés) mediante la transformada Z.

Biestable T (Toggle)

Símbolo normalizado: Biestable T activo por flanco de subida.

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:

y la tabla de verdad:

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 su 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

X=no importa

Una forma más compacta de la tabla de verdad es (Q representa el estado

siguiente de la salida en el próximo flanco de reloj y q el estado actual):

J K Q

0 0 q

0 1 0

1 0 1

1 1El biestable se denomina así por Jack Kilby, el inventor de los circuitos

integrados en 1958, por lo cual se le concedió el Premio Nobel en física de 2000.

Biestable JK activo por flanco

Símbolos normalizados: Biestables JK activo a) por flanco de subida y b) por flanco de bajada

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-Flop Edge-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 (toggle en inglés).

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.

Otra forma de expresar la tabla de verdad del biestable JK es mediante la

denominada tabla de excitación:

J K Q Qsiguiente

0 X 0 0

1 X 0 1

X 1 1 0

X 0 1 1

X=no importaSiendo Q el estado presente y Qsiguiente el estado siguiente. La ecuación característica del flip

flop JK es: Qsiguiente=JQ+KQ la cual se obtiene de la tabla característica del flip flop.

CONCLUSIÓN

En la actualidad, los pasos para fabricar un circuito integrado han

cambiado, ya que han surgido nuevas industrias que han asumido la

responsabilidad de introducir los últimos avances tecnológicos en el equipo de

procesamiento. El resultado es que el fabricante puede concentrarse en el diseño,

el control de calidad, en el mejoramiento de las características de funcionamiento

y confiabilidad y en una todavía mayor miniaturización haciendo de esta forma a

los circuitos integrados cada vez mas confiables y con una menor complejidad

física y por lo tanto un menor costo. 

Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos

productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y

videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el costo de muchos

productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los equipos

de alta fidelidad.

El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las

comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos

integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente

descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al

mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las

computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas basados en

microprocesadores.

BIBLIOGRAFÍA

https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

http://www.buenastareas.com/ensayos/Circuitos-Msi-y-Lsi/4167163.html

https://prezi.com/ur6cvq59wgnd/circuitos-combinacionales-lsi-y-msi/

https://es.wikipedia.org/wiki/Biestable#Biestable_D_.28Data_o_Delay.29

https://sites.google.com/site/electronicadigitaluvfime/4-3-elementos-

biestables-flip-flops-r-s-j-k-d-y-t-sincronos-y-asincronos

http://homepage.cem.itesm.mx/pchavez/material/arqui/Modulos/

ModuloVICircuitosSecuenciales/MaterialCircuitosSecuenciales/FlipFlops/

FlipFlops.htm