Instrumentación digital y familias lógicas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA ELECTRICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES
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Setiembre 2022 - B
EXPERIENCIA Nº 02
INSTRUMENTACIÓN Y FAMILIAS LÓGICAS
I.- OBJETIVO:
El objetivo de esta 2da práctica consiste en que el alumno tome contacto con la instrumentación
y otros elementos del laboratorio que utilizara a lo largo del curso.
II.- INTRODUCCION TEORICA:
En el laboratorio de sistemas digitales, el alumno aprenderá a utilizar circuitos analógicos y
digitales integrados reales con el fin de entender su funcionamiento e interconexión. Los
circuitos integrados que se utilizarán serán tanto analógicos (741 y 356) como digitales de
lógica Transistor-Transistor (TTL) y metal-oxido-semiconductor complementario CMOS.
2.1. Normas de conexión para circuitos integrados.
En los manuales de datos existe un a disposición del alumno hojas de características de los
componentes a utilizar, entre ellos las del μA741, LM351 y 555 que son los amplificadores
operacionales y temporizador, respectivamente, que utilizaremos en las prácticas. Sólo hacer
notar que para los amplificadores operacionales las tensiones de alimentación son de + 15 y -
15 V.
La familia de integrados que se utilizara más frecuentemente durante las prácticas digitales
corresponden a la familia TTL. La numeración de cualquier circuito integrado (CI) de esta
familia comienza con los números 74 (serie comercial) ó 54 (serie militar, con especificaciones
más exigentes). Como normas generales de funcionamiento se puede decir que para la familia
TTL:
No se puede conectar directamente dos salidas (sólo en open collector).
La tensión de alimentación debe ser constante de 5 V (+/- 0.5V), excepto para los casos de
familias de baja potencia por los cuales la tensión de alimentación puede ser por debajo de
los 3.3 V.

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Setiembre 2022 - B
No se debe dejar sin conectar ninguna entrada. Una entrada al aire no tiene referencia de tensión,
por lo tanto, la conmutación dependerá de los niveles de tensión internos de la puerta. La mayor
parte de los problemas de funcionamiento son debidos a estos fallos de conexión.
Para una mayor inmunidad frente al ruido, velocidad de conmutación y menor consumo, el
fabricante recomienda conectar las entradas que no se utilizan a nivel lógico ‘1’‚.
Deben evitarse conexiones largas entre circuitos. Los cables podrían actuar de antenas y generar
un funcionamiento incorrecto.
Los niveles típicos de tensión asociados a los niveles lógicos de las entradas y salidas son los
que se muestran en la Tabla 1. Cualquier tensión entre 0 y 0.8V a la entrada de una puerta LS-
TTL será interpretada como un ‘0’‚ lógico, y cualquier tensión entre 2 y 5 V será interpretada
comoun‘1’‚lógico.
Tabla 1: Rango de tensiones para niveles lógicos en LS-TTL
Estos datos son proporcionados por el fabricante en unas tablas como la de la figura siguiente:
Como se puede observar en la Tabla 2, los niveles de salida se encuentran dentro de los
márgenes admitidos por los de las entradas de la misma familia, de forma que siempre se pueden
interconectar en cascada varias puertas. Para la familia LS-TTL, la tensión de salida máxima
garantizada para el ‘0’‚ lógico es de 0.5 V (inferior en 0.3 V al máximo permitido para el • 0‚
de entrada), mientras que la tensión de salida mínima para el ‘1’‚ lógico es de 2.7 V(superior en
0.7 V al mínimo permitido para la entrada).

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Setiembre 2022 - B
Tabla 2: Niveles lógicos en la familia TTL
Utilizar al menos un condensador de desacoplo (valores entre 10 nF y 100 nF) para cada grupo
de 5 a 10 puertas, uno por cada 2 a 5 subsistema combinacional o secuencial (registroy
contadores), y uno por cada monoestable. Los condensadores de desacoplo neutralizan los
impulsos eléctricos que tienen lugar cuando una salida TTL cambia de estado y protegen frente
a variaciones de tensión de alimentación.
Los terminales han de ser cortos y conectarse desde +VCC (+5 V) a masa lo más cerca posible
de los CI.
Las consideraciones generales de conexión mencionadas anteriormente para circuitos de la
familia TTL son también aplicables a los circuitos de la familia CMOS. Estos tipos de circuitos
se caracterizan por:
Bajo consumo en reposo y reducido tamaño, lo que permite una alta integración de funciones.
La alimentación puede oscilar entre 3 V y 15 V. Valores entre 9 V y 12 V proporcionan
rendimientos óptimos para la familia 4000.
La tensión de entrada a las puertas no debe nunca exceder la tensión de alimentación (excepto
en buffers).
Deben evitarse, en lo posible, flancos de subida y/o de bajada excesivamente lentos de la señal
de entrada ya que ello repercute en un excesivo consumo. Se consideran tiempos óptimos
aquellos menores de 15 μs.

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Setiembre 2021 - B
Todas las entradas no utilizadas deben conectarse a alimentación o masa. En caso contrario se
produciría un funcionamiento incorrecto o un alto consumo.
Nunca se debe conectar una señal de entrada a un circuito CMOS si no está conectada la
alimentación.
Las razones que explican por qué se debe tener tan especial cuidado en el manejo de circuitos
CMOS hay que buscarlas en la propia estructura interna de estos circuitos.
El transistor básico CMOS está basado en una capa delgada de SiO2 que separa y aísla el metal
de la puerta del substrato de silicio (Si). Al ser esta capa una película muy delgada, el CI CMOS
queda virtualmente sin carga ante una señal de entrada, siendo muy susceptible de perforarse
por electricidad estática.
2.2. Conexiones de los Circuitos Integrados.
Los CI pueden contener más de una puerta lógica. El fabricante proporciona esquemas de las
conexiones. Por ejemplo, la Figura 1 corresponde al esquema de conexiones del CI 74XX00
(XX= LS, ALS, etc.). Se observan las entradas y salidas de cada una de las cuatro puertas
NAND que contiene. La alimentación es común a todas las puertas.
Todos los CI‚s numeran las conexiones (pines) tomando como referencia la muesca o
marca de
fábrica situado en uno de los extremos del circuito integrado y se comienza en sentido contrario
al de las agujas del reloj.
Atención a la hora de conectar las conexiones de alimentación (VCC) y masa (GND), puesto
que una incorrecta conexión significa en la mayoría de los casos la destrucción del CI.

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Figura 1: Esquema de conexiones del CI 74LS00
III.- ELEMENTOS A UTILIZAR:
- 01 Osciloscopio Digital con puntas de 100 MHz con puntas lógicas.

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- 01 Generador de funciones con su cable de salida.
- Resistencias: Normalizadas
- AND 7408, 7432, 7402, 7486, 74266

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FUENTE DC
IV.- PROCECIMIENTO
Cada grupo explica el tema que le ha tocado investigar. De una manera muy rápida de 3 a 5 min.
GRUPO: FUENTES EN EL LABORATORIO
GRUPO: OSCILOSCOPIO
GRUPO: OSCILOSCOPIO
GRUPO: DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN
GRUPO: GENERADOR DE SEÑALES
PUEDE CONTINUAR CON EL LABORATORIO.
4.1. Medidas básicas, generación y visualización de señales.
El osciloscopio, generador de funciones, las fuentes de alimentación y el multímetro se
utilizarán en las prácticas posteriores para visualizar/medir/generar una señal de entrada y/o
medir características dinámicas de las señales de salida de los circuitos implementados
El generador de funciones proporcionará señales digitales, conectando éste en la función de
onda senoidal, cuadrada o triangular y actuando sobre los controles de amplitud, ganancia y
OFFSET. De ese modo, se obtiene señales de entrada a nuestros circuitos.
1. Utilize los siguientes CHIPs que se observan en el cuadro:
2. Visualizar mediante el osciloscopio una señal TTL por el canal 1 de 10 Khz.

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3. Visualizar la misma señal por el canal 2.
4. Visualizar utilizando el Offset una señal TTL de 50 Khz. Localice los valores unos y
ceros.

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5. Visualizar una señal de -2 a 5 V a 1000 Hz. Aumentar la frecuencia y comentar posibles
malformaciones de la onda.
6. Visualizar una onda triangular de 0 a 9 V. a 20 kHz. Comprobar lo que ocurre con el acople
de continua y de alterna. Usar la tecla GD del osciloscopio para comprobar la correctalectura
de la señal.
7. Visualizar una onda senoidal de 0 +200 mV a 10 kHz.
8. Visualizar una onda cuadrada de -200 mV a -600 mV a 5 kHz.
9. Visualice la onda senoidal más pequeña posible en amplitud. Coloque características.
IV.- PREGUNTAS:
4.1. Si fuera necesario utilizar una placa que sea robusta, no es necesario mucha precisión,
pero si estable. ¿Qué tecnología utilizaría? ¿Por qué?
Se utiliza el CMOS o Semiconductor complementario de óxido metálico, es utilizado para la
fabricación de circuitos integrados. La principal característica de los CMOS, es utilizar
conjuntamente los transistores tipo pMOS y nMOS de tal forma que en estado de reposo el consumo
de energía en las energías parásitas, es decir cuando atraviesa un campo magnético variable.
Actualmente los transistores que utilizan este tipo de circuitos son los microprocesadores memorias,
procesadores digitales, etc.

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4.2. ¿En el caso que se precise utilizar circuitos integrados altamente precisos, muy rápidos
que tecnología utilizaría? ¿Por qué?
4.3. ¿Los procesadores que actualmente serían los más adecuados para trabajar con alto
procesamiento, varios softwares cual recomendaría y por qué? ¿Qué tecnología es?
V.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Dar sus observaciones y conclusiones de forma personal, en forma clara y empleando el
menor número de palabras.
https://glosario.mott.pe/fotografia/palabras/cmos
Ing. Luis Alberto Mercado Alania Ing. Lizbeth Paredes Aguilar
DOCENTE DAIEL DOCENTE DAIEL

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