Circuitos lógicos combinacionales: multiplexores, decodificadores y familias TTL/CMOS

Fundamentos de Circuitos Lógicos Digitales

Circuitos Combinacionales Esenciales

Multiplexores (MUX)

Son circuitos combinacionales con varias entradas y una única salida de datos. Están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida, que es única. Existen varios tipos, como multiplexores de 8 entradas, de 16 entradas, o el doble multiplexor de 4 entradas, donde las señales de control son comunes.

Demultiplexores (DEMUX)

Realizan la operación contraria al multiplexor. Poseen una única entrada de datos y varias salidas de datos, con $n$ entradas de selección. El demultiplexor lleva los datos de la entrada a una determinada salida, según la configuración en las entradas de selección.

Decodificadores

Son circuitos lógicos combinacionales que transforman una información codificada en sistema binario a otro tipo de código (ejemplo: el decimal).

Tipos de Decodificadores:

• No excitadores: Si no pueden poner en funcionamiento un indicador numérico (como, por ejemplo, un display de 7 segmentos).

Codificadores

Realizan la función contraria que los decodificadores, codificando en forma binaria la información numérica o alfanumérica que se aplica a la entrada (por ejemplo, en código BCD).

Comparadores

Estos circuitos se encargan de comparar magnitudes binarias y entregar señales de relación, como son: mayor que ($>$), menor que ($<$) o igual a ($=$).

Familias Lógicas: Tecnología y Características

Definición de Familia Lógica

Se denomina familia lógica al conjunto de componentes lógicos fabricados con una misma tecnología.

Tipos de Familias Lógicas Comúnmente Utilizadas

• TTL (Transistor-Transistor Logic): Basada en los transistores bipolares.
• MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor): Basada en los transistores unipolares de efecto de campo.

Características Esenciales de una Familia Lógica

1. Tensión de Alimentación ($V_{CC}$): Es la tensión en voltios a la que hay que alimentar el circuito integrado (CI) con una fuente de corriente continua, medida entre las patillas o pines marcados como positivo (+) o negativo (-).
2. Niveles de Entrada y Salida: Definen los umbrales de voltaje para los estados lógicos (0 y 1).
   • $V_{IL}$ (Voltage Input Low): Máxima tensión admisible de entrada para ser reconocida como un nivel bajo (Lógico 0).
   • $V_{IH}$ (Voltage Input High): Mínima tensión admisible de entrada para ser reconocida como un nivel alto (Lógico 1).
   • $V_{OL}$ (Voltage Output Low): Máxima tensión que aparece en la salida para el estado lógico bajo (Lógico 0).
   • $V_{OH}$ (Voltage Output High): Mínima tensión que aparece en la salida para el estado lógico alto (Lógico 1).

Detalles de las Familias TTL y CMOS

Familia Lógica TTL

Consiste en una familia de dispositivos ampliamente usada por su rapidez, costo y facilidad de uso. El circuito base de la familia TTL es la puerta NAND. La familia TTL se identifica por su numeración en dos series:

• Serie 74: De uso industrial.
• Serie 54: De uso militar.

Recomendaciones de Uso para TTL

Para garantizar el correcto funcionamiento y la longevidad de los circuitos TTL, se deben seguir las siguientes pautas:

• Las señales de entrada nunca deben ser mayores a la tensión de alimentación respecto a masa.
• Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto (Lógico 1), debe conectarse directamente a la tensión de alimentación.
• Si hay entradas no utilizadas, se deben conectar a alguna entrada que se esté utilizando.
• Es mejor que las salidas no utilizadas de las puertas estén a nivel alto, pues así consumen menos corriente.
• Evitar cables largos en el circuito.

Familia Lógica CMOS

Construye sus puertas con transistores unipolares MOSFET. Son muy sensibles a las descargas electrostáticas.

Precauciones de Manipulación para CMOS

Debido a su sensibilidad, es crucial seguir estas normas:

1. Deben estar almacenados con los terminales en contacto con espuma conductora.
2. No deben tocarse los terminales con los dedos.
3. No deben insertarse en los zócalos con la tensión de alimentación conectada.

Diferencia Fundamental: Circuitos Combinacionales vs. Secuenciales

La distinción principal radica en la dependencia del tiempo y la memoria:

• Circuitos Combinacionales: El valor lógico de la salida depende únicamente de los valores lógicos que tengan en ese momento las variables de entrada.
• Circuitos Secuenciales: El valor lógico de la salida depende de los valores lógicos actuales de las variables de entrada y de los valores lógicos que hayan tenido en momentos anteriores las variables de entrada, es decir, de su historia (memoria).