Aplicación de las compuertas universales

> Laboratorio Nº 1: Aplicación de las compuertas universales, Grupo: 03 Subgrupo: 06.

^[1] 

Universidad Surcolombiana

Ingeniería Electrónica

Electrónica Digital

Informe Nº1

APLICACIÓN DE LAS COMPUERTAS UNIVERSALES

Grupo: 03 Subgrupo: 06

Cristian Camilo Ramos Pérez        
2017216        2667
Brenda Rodríguez Ninco        
20172163368

Resumen—En la práctica de laborario se realiza la implementación de una expresión booleana mediante el uso compuertas universales tipo NAND. Con lo anterior, se establecen diferencias entre las familias TTL y CMOS utilizadas con el mismo circuito y posteriormente, con ayuda del generador de señal propuesto con el C.I LM555 se analiza el comportamiento de la salida inversora e inversora frente a la señal de entrada.

Palabras claves—Compuerta NAND, familia TTL, familia CMOS, salida inversora, salida no inversora.

1. OBJETIVOS

• Establecer diferencias al implementar un circuito lógico con compuertas de las familias TTL Y CMOS.
• Determinar la conducta del voltaje de salida del CI tras conectar una carga.
• Comprobar el comportamiento de una salida inversora y no inversora frente a una señal generada.

1. justificación

Una expresión booleana puede ser expresada a través de compuertas lógicas conectadas entre sí, teniendo en cuenta que el diseñador elige la manera en que desea obtener la salida mediante unos valores específicos de entrada. Con base en lo anterior, en la práctica de laboratorio se realiza el montaje de un circuito lógico combinacional que emplee los conocimientos teóricos vistos para comprobar los perfiles de tensión y corrientes de cada familia, teniendo en cuenta que varían de la TTL a la CMOS.

1. MARCO TEÓRICO

Para representar una expresión booleana a través de un circuito lógico combinacional es necesario obtener los minitérminos o maxitérminos de la expresión según el diseño que se requiera. En torno a esto, el siguiente paso es representarla con compuertas lógicas básicas o universales.

Universalidad de las compuertas NAND y NOR:

Todas las expresiones booleanas consisten de varias combinaciones de las operaciones básicas de OR, AND e INVERSOR.  Por lo tanto, cualquier expresión puede implementarse mediante el uso de combinaciones de compuertas OR, AND e INVERSOR.  No obstante, es posible implementar cualquier expresión lógica utilizando solo compuertas NAND.  Esto se debe a que, si las compuertas NAND se combinan en forma apropiada, pueden modificarse para realizar cada una de las operaciones booleanas, tal como se muestra a continuación:

[pic 1]

Figura No. 1: Universalidad de la compuerta NAND.

        Existen diferentes familias de CIs que contienen las compuertas lógicas, entre los que se utilizarán en la práctica, se encuentra la familia TTL y CMOS, que manejan unos determinados perfiles de tensión y corriente en su entrada y salida. Éstos a su vez se dividen en series que, aunque tienen algunas características similares, presentan diferencias entre ellas. Las tablas posteriores ofrecen una caracterización de los perfiles de las compuertas utilizadas en la práctica.

[pic 2]

Tabla No. 1: Perfiles de tensión y corriente de la serie 74LS.

[pic 3]

Tabla No. 2: Perfiles de tensión y corriente de la serie 74LS.

        Ya con estos conceptos básicos claros, se puede realizar el montaje del circuito.

1. MATERIALES E INSTRUMENTACIÓN

• Protoboard.
• Osciloscopio.
• Fuente de poder regulada.
• Multímetro.
• Resistencias (.[pic 4]
• Diodos LED.
• Condensador de .[pic 5]
• Transistor 2N3904.
• Circuito integrado 74LS00.
• Circuito integrado 4011.
• Circuito integrado LM555.

1. DESARROLLO ANALÍTICO

Con base en la expresión booleana,

[pic 6]

Se requieren de 3 entradas ( y 3 salidas parciales:[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

 y una salida . [pic 11]

Este circuito se implementa con 4 compuertas NAND que están contenidas en un solo chip (74LS00 para TTL y 4011 para CMOS)

1. DESARROLLO PRÁCTICO

        1.  Teniendo en cuenta la hoja de datos de cada integrado y los perfiles de corriente de entrada y de salida de las compuertas de cada familia, además de la resistencia de pull up de estas, se realiza el montaje del circuito sin carga y se energiza con Vcc=5v. Tal como se mira en la Figura No. 2, las entradas han sido conectadas a un dispwitch que conecta a Vcc mediante una Rp-p para obtener un 1 lógico y a tierra para conseguir el 0 lógico.

1.                                                                                 b.

[pic 12][pic 13]

Figura No. 2: Circuito combinacional con integrado 74LS00(a) e integrado 4011(b).

Posteriormente, se toman toman los valores de tensión obtenidos en cada entrada, salida parcial y final para compararlo con los valores teóricos supuestos.

2.  Se realiza el montaje de los circuitos especifiados en la guía de laboratorio nombrados así:

Circuito b: Circuito implementando un transistor.

Circuito c: Circuito con LED conectado a tierra.

Circuito d: Circuito con LED conectado a Vcc.

Además, los valores de los resistores se miden, pero son entregados en el documento al final de la práctica.

A continuación, se muestran los circuitos a, b y c que se conectaban a la salida del CI:

[pic 14]

Figura No. 3: Circuito combinacional con integrado 74LS00 conectado a los circuitos b, c, y d.

[pic 15]

Figura No. 4: Circuito combinacional con integrado 4011 conectado a los circuitos b, c, y d.

        Con el montaje realizado se toman los voltajes en los nodos de salida de la compuerta, en la base y colector (para el circuito b) y en el diodo. Con base a ello, se calculan las respectivas corrientes que circulan por las ramas cuando la salida del CI estaba en alto o en bajo, así:

...