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ELD - Eletrônica Digital Aula 2 – Famílias Lógicas
Prof. Antonio Heronaldo de Sousa
Agenda
- Contextualização
- Elementos Básicos (Fonte de Tensão, Chaves e LEDs)
- O Transistor
- Sinais de Entrada e Saída
- Famílias Lógicas (TTL e CMOS)
Contextualização: valores analógicos x valores digitais
Contextualização: valores analógicos x valores digitais
Valor Analógico – representa uma quantidade fazendo-se, continuamente, uma
analogia com os valores da variável medida;
Valor Digital – representa uma quantidade através de dígitos, variando passo a
passo (discreto).
Analógico: existe um número infinito valores
entre quaisquer dois valores.
Discreto: exite um número finito de valores
entre quaisquer dois valores.
Contextualização: Sistemas Digitais
- Facilidade de projetar e armazenar informações;
- Flexibilidade (programação);
- Maior exatidão e integração;
- Maior imunidade a ruídos.
Necessidade de digitalizar, processar e reconverter para o mundo
analógico (limitações de velocidade).
- Válvulas (dimensões elevadas, grande consumo de energia e
dissipação de calor)
- Transistor 1947 (revolucionou a telefonia e eletrônica, com menor
dimensão e consumo)
- CI (Circuito Integrado)
Contextualização: Evolução dos Sistemas Digitais
Elementos Básicos: Fonte de Tensão
Ground = terra Voltagem de Coletor (VCC)
Voltagem de Dreno (VDD)
Elementos Básicos: Resistor
Observações:
1º VR = IR * R
2º PR = VR*IR
Elementos Básicos: Interruptor ou Chave liga-desliga
Elementos Básicos: LED
O LED (Light Emitting Diode) é um componente eletrônico semicondutor
(diodo), que tem a propriedade de transformar energia elétrica em luz, em
estado sólido. Portanto um LED é um Diodo Emissor de Luz.
Ele é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado
anodo e outro, chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite
ou não a passagem de corrente elétrica e, consequentemente, a geração ou
não de luz.
Observações:
IR=IL
1º VR=VT-VL
2º R=VR/IL
3º PR=VR*IR
Veja o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=hsJGw_c-Nn4
Transistor Bipolar
- BJT (Bipolar Junction Transistor) é o tipo de transistor mais comum.
- Única invenção da engenharia que rendeu um prêmio Nobel em 1956.
- Componente eletrônico usado como chave e amplificador.
Transistor bipolar operando como chave
Tipos de saídas
Saída Coletor Aberto Saída Totem-Pole
Tipos de saídas
Saída Tri-State
Entrada Schmitt-Trigger
- Quando o nível de tensão de entrada é
maior que um limiar escolhido, a saída
está em nível alto;
- Quando a entrada está abaixo de outro
limiar, a saída está em nível baixo;
- Quando a entrada se encontra entre os
dois limiares, a saída retém o valor
anterior até a entrada se alterar
suficientemente para mudar o estado do
disparador.
- A ação dos dois limiares é chamada de
histerese. O benefício de um disparador
Schmitt sobre um circuito com somente
um ponto limiar de entrada é uma
estabilidade maior (imunidade ao ruído).
Entradas flutuantes
As entradas TTL flutuantes funcionam como uma
lógica 1;
A medição da tensão pode parecer indeterminada,
mas o dispositivo se comporta como se houvesse “1”
na entrada flutuante; e
Entradas flutuantes CMOS podem causar
superaquecimento e danos ao aparelho.
A melhor prática é conectar todas as
entradas não utilizadas em nível alto ou
baixo!
Atraso de Propagação
TPHL - Time Propagation High to Low (Tempo de propagação de alto para baixo).
TPLH - Time Propagation Low to High (Tempo de propagação de baixo para alto).
Margem de ruído
VOH(min) - Tensão mínima de saída em nível alto.
VOL(max) - Tensão máxima de saída em nível baixo.
VIH(min) - Tensão mínima de entrada em nível alto.
VIL(max) - Tensão máxima de entrada em nível baixo.
Margem de ruído para nível alto:
VNH = VOH(min) - VIH(min)
Margem de ruído para nível baixo:
VNL = VIL(max) - VOL(max)
Fan-Out
Definido como o número máximo de entradas lógicas que uma saída
pode acionar com segurança.
IIH(máx) = Corrente de entrada máxima em nível alto.
IIL(máx) = Corrente de entrada máxima em nível baixo.
IOH(máx) = Corrente de saída máxima em nível alto.
IOL(máx) = Corrente de saída máxima em nível baixo.
Valor do Fan-Out ?
Principais Famílias Lógicas
RTL – Lógica resistor-transistor DTL – Lógica diodo-transistor DCTL – Lógica transistor de acoplamento direto TTL – Lógica transistor-transistor ECL – Lógica emissor-acoplado MOS – Metal Oxide Semicondutor PMOS – Lógica MOSFETs de canal p NMOS – Lógica MOSFETs de canal n CMOS – Lógica MOSFETs complementares
Família RTL
Família TTL (Transistor-Transistor Logic)
• Utilizam transistores bipolares como principal componente nos circuitos.
• Desenvolvida pela Texas (TI) – família mais popular, durante um longo período.
• Duas séries:
54 para uso militar - temperatura de operação [-55..125 graus Celsius]
74 para uso comercial - [0..70 graus Celsius]
• Níveis Lógicos de tensão:
Família TTL
• Classificação quando a integração
SSI - Small Scale Integration Integração em Pequena Escala: 1 a 12 portas lógicas
MSI - Medium Scale Integration Integração de Média Escala: 13 a 99 portas
LSI - Large Scale Integration ou Integração em Grande Escala: 100 a 999 portas
VLSI - Very Large Scale Integration ou Integração em Escala Muito Grande: mais de 1000 portas ou funções lógicas em um único CI.
74 Padrão 74S Schottky 74LS Low Schottky 74AS Advanced Schottky 74F Fast
• Classificação quando a implementação dos circuitos
Família TTL
• Valores típicos:
Família TTL
• Exemplos de CIs:
Encapsulamentos de CIs
Pacote Duplo em Linha
DIP (Dual In-Line Package)
Pacote com Estrutura Pequena e Fina
TSOP (Thin Small Outline Package)
Encapsulamentos de CIs
Encapsulamento Quadrado
QFP (Quad Flat Package)
Matriz de Pinos
PGA (Pin Grid Array)
Encapsulamentos de CIs
Matriz de Bolas
BGA( Ball Grid Array)
• Transistores MOSFET
- Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;
- São de fabricação simples e ocupam menos espaço;
• Transistores MOSFET como chave
Família CMOS
Família CMOS
• Transistores MOSFET
- Evitam o uso de resistores nos circuitos;
- Baixo consumo de energia;
- Possibilidades de danos no manuseio devido a eletricidade estática.
- Utiliza MOSFET complementar (canal-P e canal-N);
- Não utiliza resistores;
- Baixo custo de fabricação;
- Menor consumo e menor espaço ocupado.
- Maior atraso de propagação;
- Sensibilidade à eletricidade estática;
- Menor velocidade de operação.
Veja o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=9JKj-wlEPMY
Família CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
SÉRIE CARACTERÍSTICAS
4XXXX Série padrão
74CXXX caracterísitcas iguais à série 4XXXX e pinagem igual a TTL
74HCXXX “High Speed CMOS”, pinagem equivalente a TTL – alta velocidade
74HCTXXX idem ao 74HCXXX, porém, níveis lógicos compatíveis com TTL
74ACXXX CMOS alta velocidade, série avançada
74ACTXXX idem ao 74ACXXX, porém com níveis lógicos compatíveis com TTL
Família CMOS
• Valores típicos:
Família CMOS
• Comparação TTL x CMOS:
