Fundamentos y Aplicaciones de Familias Lógicas Digitales Serie 74

Familias Lógicas de la Serie 74 y sus Diferencias

Cita al menos cuatro familias lógicas de la serie 74, explicando sus diferencias.

• HCT (74HCT): Compatible con niveles de tensión TTL (Transistor-Transistor Logic).
• AHC, AC (74AHC, 74AC): Diseñadas para circuitos de alta velocidad (lógica rápida).
• LS (74LS): Low Power Schottky. Ofrece un buen equilibrio entre velocidad y consumo.
• LV (74LV): CMOS de baja tensión, optimizada para aplicaciones de bajo consumo energético.

Uso y Aplicaciones de las Familias Lógicas Modernas

¿Qué familias lógicas están en uso y en qué situaciones conviene utilizarlas?

• LS (Low Power Schottky): Utilizada principalmente para reemplazar o mantener la compatibilidad con circuitos antiguos.
• ALS (Advanced Low Power Schottky) y F (Fast): Ideales para lógica interbus y aplicaciones que requieren alta velocidad.
• AHC y HC (High-speed CMOS): Recomendadas cuando se necesita que la respuesta del circuito sea rápida, combinando velocidad con bajo consumo CMOS.

Características de Impedancia en Circuitos Digitales

¿Qué es la impedancia de salida de un circuito digital y cómo se puede calcular a partir de los valores de las hojas de características?

La impedancia de salida es la resistencia efectiva que ejerce el circuito, la cual varía dependiendo del estado lógico en el que se encuentre (ya sea 0 o 1), debido a que el circuito está internamente formado por transistores. Esta impedancia puede calcularse mediante la aplicación de un circuito equivalente de Thevenin para cada estado lógico.

¿Cómo es la impedancia de entrada de un circuito CMOS?

La impedancia de entrada de un circuito CMOS es de tipo capacitivo y de alta impedancia. Debido a esta característica, la corriente de polarización de entrada es prácticamente nula. Esto ocurre porque la estructura interna de los transistores MOSFET actúa como pequeños condensadores (capacitores).

El Inversor Schmitt y su Aplicación

Dibuja la función de transferencia de un inversor Schmitt. ¿Para qué se usan los circuitos Schmitt?

La función de transferencia de un inversor Schmitt se caracteriza por tener dos umbrales de conmutación distintos (histéresis).

Los circuitos Schmitt se utilizan principalmente para:

• Reducir el ruido en señales lentas o ruidosas.
• Hacer más verticales los flancos de la señal de salida.
• Evitar rebotes (chattering) que se producen cuando la variación de la señal de entrada entre los estados 0 y 1 es lenta.

Salidas Especiales: Triestado y Drenador Abierto

Explica qué es una salida triestado y cuál es el símbolo de un adaptador triestado.

Una salida triestado (o tristate) es aquella que puede presentar tres estados lógicos diferentes:

1. Estado Lógico 0 (Bajo)
2. Estado Lógico 1 (Alto)
3. Estado Z (Alta Impedancia): Corresponde a un estado de desconexión, donde la salida actúa como si estuviera en circuito abierto.

(Nota: El símbolo de un adaptador triestado generalmente incluye una entrada de habilitación o control que activa o desactiva la salida).

¿Qué es una salida en drenador (o colector) abierto y para qué se usa?

Es un tipo de configuración de salida en la que se elimina la estructura de pull-up activa, quedando solo un transistor (NMOS en el caso de drenador abierto). Puede tener dos estados:

• Salida 0: Camino a masa (GND) a través del NMOS.
• Salida 1: Desconexión (alta impedancia), que se logra cuando el transistor está apagado (Vin=0).

Estas salidas deben completarse con una resistencia de polarización (pull-up) conectada a Vcc. Se utilizan para:

• Conectar varias salidas entre sí (lógica cableada AND).
• Cambiar el nivel de voltaje (utilizando una Vcc externa diferente).
• Conectar componentes que requieren valores de corriente y tensión superiores a los que puede suministrar la lógica estándar, como visualizadores o relés.

Manejo de Cargas de Alta Intensidad

Indica dos soluciones para “atacar” desde salidas digitales a cargas que requieran una alta intensidad.

Las salidas digitales estándar suelen tener limitaciones de corriente. Para manejar cargas que requieren alta intensidad, se pueden utilizar las siguientes soluciones:

1. Uso de Buffers de la Serie 74: Emplear circuitos buffer dentro de la misma serie 74 que están diseñados para proporcionar una capacidad de corriente de salida ligeramente superior.
2. Colocación de Etapas de Transistores Discretos: Intercalar etapas de potencia basadas en transistores (BJT o MOSFET) para amplificar la corriente de salida de la señal digital.
3. Utilización de Circuitos Integrados Controladores (Drivers): Emplear integrados intermedios especializados, como los arrays de transistores (ej. ULN2803), que ya contienen transistores de potencia internos para manejar cargas inductivas o de alta corriente.