MATERIAL SEMICONDUCTOR

CONCEPTO: El material conductor es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

Elemento Grupos Electrones enla última capa

Cd 12 2 e-

Al, Ga, B, In

13 3 e-

Si, C, Ge 14 4 e-

P, As, Sb 15 5 e-

Se, Te, (S) 16 6 e-

El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos 12 y 13 con los de los grupos 16 y 15 respectivamente (GaAs, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².Deja el flujo de electrones hacia un solo lado.

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

CARACTERISTICAS: -Son conductores solo en determinadas ocasiones, dependiendo de diversos factores, tales como campo eléctrico, presión, temperatura ambiente, etc…

-Los electrones de valencia son los que abandonan el átomo y generan el flujo de corriente en un material

-Posee 3 bandas por donde pasan los electrones Banda de conducción: Intervalo energético donde están aquellos electrones que pueden moverse libremente. Están libres de la atracción del átomo.

Banda Prohibida: Energía que ha de adquirir un electrón de la banda de valencia para poder moverse libremente por el material y pasar a la banda de conducción.

Banda de Valencia: Intervalo energético donde están los electrones de la última órbita del átomo.

-Un semiconductor se caracteriza por tener una banda prohibida, entre la de conducción y la de valencia, pero no muy ancha.

Fuente: http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm

ESTRUCTURA GRAFICA

CLASES: Semiconductores Intrínsecos

Son los que prácticamente carecen de impurezas; un átomo de impureza por cada 10 elevado a 11, átomos del semiconductor.

Estos semiconductores, que se pueden considerar casi puros, la conducción se realiza por pares electrón-hueco, producido por generación térmica, de modo que cuanto mayor es el calor, mayor es la cantidad de portadores de carga libre generados (electrones-huecos) y menor su resistividad, siendo esta a temperatura ambiente (27ºC) de:

- Germanio = 60 ohmios por centímetro.

- Silicio = 150.000 ohmios por centímetro.

El Germanio tiene un ancho de banda prohibida de 0,72 eV (electrón voltios) y el Silicio de 1,12 eV.

Los semiconductores intrínsecos se usan como elementos sensibles a la temperatura, por ejemplo una termo resistencia (PTC o NTC).

Semiconductores Extrínsecos

Son los que poseen un átomo de impureza por cada 10 elevado a 7 átomos de semiconductor. Además estos átomos de impurezas, más numerosos que en los intrínsecos, suelen tener 3 o 5 electrones de valencia, con el fin de que les sobre o les falte un electrón para completar los enlaces covalentes con los átomos del material semiconductor (recuerda son 4 electrones en el enlace covalente).

Al tener portadores independientes de la generación térmica, la resistividad de estos es menor que la de los intrínsecos. Este tipo de semiconductores no se suelen usar para conducción por calor, para eso están los intrínsecos.

- Germanio = 4 ohmios por centímetro.

- Silicio = 150 ohmios por centímetro.

La conductividad de este tipo de semiconductores, será mayor cuanto mayor sea el número de portadores libres y, por tanto aumentará con el número de impurezas.

Como dijimos anteriormente, los átomos de impurezas suelen tener 3 o 5 electrones de valencia, lo que permite subdividir a estos semiconductores extrínsecos en dos tipos diferentes: Tipo N y Tipo P. Tipo N con impurezas con 5 electrones de valencia. Tipo P con impurezas de 3 electrones de valencia.

Como ves los del tipo N tienen impurezas donadoras de electrones por que proporcionan electrones. En la formación de enlaces covalentes les sobra un electrón. Los del tipo P tienen impurezas aceptadores de electrones por que proporcionan huecos. En la formación de enlaces covalentes, al tener solo 3 electrones que pueden formar enlace, el enlace se queda con un hueco. Como los huecos atraen a los electrones, se pueden considerar con carga positiva.

Fuente: http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm

FUNCIONAMIENTO: Los semiconductores son materiales moderadamente estables, es decir, si nada les perturba no conducen la corriente. Ahora bien, basta que les molestemos un poco para que esos electrones de valencia, que tiene cada átomo, salten y se vayan a la aventura formando un corriente eléctrica.

Hay dos formas de molestar a los electrones de los átomos:

La primera es calentándolos. Un aumento de temperatura hace que los electrones tengan más energía y se pongan nerviosos. Alguien podría pensar que los electrones son como granos de maíz en una sartén y según se van calentando empiezan a saltar saliéndose del recipiente.

Al igual que las palomitas, nuestros electrones saltan y se van del átomo al que estaban unidos para empezar a circular junto con otros electrones creando la corriente.

La segunda es añadiendo un extraño, lo cual se conoce con el nombre de dopaje. La técnica del dopaje consiste simplemente en alterar la estructura interna de un semiconductor, añadiendo dentro de él una pequeñísima cantidad de átomos de otro elemento bastante similar al original. Al dopar un elemento ocurre como si a un montón de harina le añadimos un pellizquito de levadura lo removemos bien y lo metemos al horno, a simple vista parece que no hemos hecho nada pero los efectos físicos son bien visibles. Al dopar un semiconductor se produce un gran aumento de su permisividad al paso de la corriente.

Fuente: www.geocities.ws/pnavar2/semicon/funciona.html

APLICACIONES: A partir de la década de 1950, los dispositivos semiconductores -conocidos también como dispositivos de estado sólido- remplazaron los tubos electrónicos de la industria tradicional. Por la enorme reducción de tamaño, consumo de energía y costo, acompañada de una mucha mayor durabilidad y confiabilidad, los dispositivos semiconductores significaron un cambio revolucionario en las telecomunicaciones, la computación, el almacenamiento de información, etc. Desde el punto de vista de su forma de operación, el dispositivo semiconductor más simple y fundamental es el diodo; todos los demás dispositivos pueden entenderse en base a su funcionamiento

Fuente:http://www4.ujaen.es/~egimenez/FUNDAMENTOSFISICOS/semiconductores.pdf

CIRCUITO INTEGRADO

CONCEPTO: Un circuito integrado (CI), también conocido como chip, microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El

encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado

TECNICAS DE CONSTRUCCION: Preparación de la oblea: El material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede ser de 1 m a 2 m de longitud. Este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400 μm a 600 μm de espesor, (1 μm es igual a 1×10-6 metros). Después, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de espejo, a partir de técnicas de pulimento químicas y mecánicas. Las propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impurezas existentes. Para aumentar la resistividad eléctrica del semiconductor, se necesita alterar las propiedades eléctricas del silicio a partir de un proceso conocido como dopaje. Una oblea de silicio tipo n excesivamente impurificado (baja resistividad) sería designada como material n+, mientras que una región levemente impurificada se designaría n-. aunque podría ser n+

Oxidación: Se refiere al proceso químico de reacción del silicio con el oxígeno para formar Dióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar dicha reacción se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El Oxígeno que se utiliza en la reacción se introduce como un gas de alta pureza (proceso de “oxidación seca”) o como vapor (“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidación seca produce mejores características eléctricas. Su constante dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar para fabricar excelentes condensadores. El Dióxido de Silicio es una película delgada, transparente y su superficie es altamente reflejante. Si se ilumina con luz blanca una oblea oxidada la interferencia constructiva y destructiva hará que ciertos colores se reflejen y con base en el color de la superficie de la oblea se puede deducir el espesor de la capa de Óxido.

Difusión: Es el proceso mediante el cual los átomos se mueven de una región de alta concentración a una de baja a través del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusión es un método mediante el cual se introducen átomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistividad; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusión de impurezas se realiza a altas temperaturas (1000 a 1200 °C), esto para obtener el perfil de dopaje deseado. Las impurezas más comunes utilizadas como contaminantes son el Boro (tipo p), el Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si la concentración de la impureza es excesivamente fuerte, la capa difundida también puede utilizarse como conductor.

Implantación de iones: Es otro método que se utiliza para introducir átomos de impurezas en el cristal semiconductor. Un implantador de iones produce iones del contaminante deseado, los acelera mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra la superficie del semiconductor. La cantidad de iones que se implantan puede controlarse al variar la corriente del haz (flujo de iones). Este proceso se utiliza normalmente cuando el control preciso del perfil del dopaje es esencial para la operación del dispositivo.

Deposición por medio de vapor químico: Es un proceso mediante el cual gases o vapores se hacen reaccionar químicamente, lo cual conduce a la formación de sólidos en un sustrato. Las propiedades de la capa de óxido que se deposita por medio de vapor químico no son tan buenas como las de un óxido térmicamente formado, pero es suficiente para que actúe como aislante térmico. La ventaja de una capa depositada por vapor químico es que el óxido se deposita con rapidez y a una baja temperatura (menos de 500°C).

Metalización: Su propósito es interconectar los diversos componentes (transistores, condensadores, etc.) para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposición inicial de un metal sobre la superficie del Silicio. El espesor de la película del metal puede ser controlado por la duración de la deposición electrónica, que normalmente es de 1 a 2 minutos.

Fotolitografía: Esta técnica es utilizada para definir la geometría de la superficie de los diversos componentes de un circuito integrado. Para lograr la fotolitografía, primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada sustancia fotoendurecible que utiliza una técnica llamada “de giro”; después de esto se utilizará una placa fotográfica con patrones dibujados para exponer de forma selectiva la capa fotosensible a la iluminación ultravioleta. Las áreas opuestas se ablandarán y podrán ser removidas con un químico, y de esta manera, producir con precisión geometrías de superficies muy finas. La capa fotosensible puede utilizarse para proteger por debajo los materiales contra el ataque químico en húmedo o contra el ataque químico de iones reactivos. Este requerimiento impone restricciones mecánicas y ópticas muy críticas en el equipo de fotolitografía.

Empacado: Una oblea de Silicio puede contener varios cientos de circuitos o chips terminados, cada chip puede contener de 10 o más transistores en un área rectangular, típicamente entre 1 mm y 10 mm por lado. Después de haber probado los circuitos eléctricamente se separan unos de otros (rebanándolos) y los buenos (“pastillas”) se montan en cápsulas (“soportes”). Normalmente se utilizan alambres de oro para conectar las terminales del paquete al patrón de metalización en la

pastilla; por último, se sella el paquete con plástico o resina epóxica al vacío o en una atmósfera inerte.

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_de_circuitos_integrados

CARACTERISTICAS: FAN OUT : Especifica el números de cargos normales que puede accionar la salida de compuertas sin menoscabar su operación normal. La salida de la compuerta suministra una cantidad limitada de corriente por encima de la cual no opera correctamente y en esta caso se dice que esta sobrecargada.

Disipación de Potencia: Es la potencia suministrada necesaria para operar la compuerta. Este parámetro se expresa en mili vatios y representa la potencia real designada por la compuerta. El poder total disipado en un sistema es la suma total del poder disipado de todos los CI’s

Retardo de Propagación: Es el tiempo promedio de demora en la transición de propagación de una señal de la entrada a la salida, cuando las señales binarias cambian de valor. Se expresa en nanosegundos.

Margen de Ruido: Es el máximo voltaje de ruido agregado a la señal de entrada de un circuito digital que no cause un cambio indeseable, a la salida del circuito. Se expresa en voltios. Hay dos tipos de ruido que deben considerarse: Ruido DC, causado por la desviación en los niveles de voltaje de la señal; Ruido AC, es el pulso aleatorio que puede ser creado por otra señal

Fuente: http://www.taringa.net/posts/info/17526675/Algunas-Caracteristicas-de-los-Circuitos-Intgrados.html

ESTRUCTURA GRAFICA

ENCAPSULADOS

CONCEPTO: El encapsulado es el resultado de la etapa final del proceso de fabricación de dispositivos con semiconductores, en la cual un semiconductor o un circuito integrado; se ubica en una carcasa para protegerle de daño físico, de la corrosión, evacuar el calor generado y a su vez permitirle la comunicación con el exterior mediante contactos eléctricos. El término de encapsulado se entiende comúnmente como algo para proteger el trozo de oblea semiconductora con la que se construyen los circuitos integrados tales como microprocesadores, microcontroladores y DSPs; pero también protegen otros componentes electrónicos, tales como TO-92 (Ejemplos: Transistores 2N3904 y 2N3906, sensor de temperatura IC LM35), TO-3 (Transistor 2N3055), TO-220 (Reguladores IC 78xx y 79xx, Transistores TIP31 y TIP32), DO-41 (Diodos de la serie 1N4000), DO-41G (Diodo Zener de 5.1V 1N4733).

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Encapsulado_(Electr%C3%B3nica)

CARACTERISTICAS: Es la última capa que va sobre determinado material eléctrico con el fin de protegerlo de rayones u otros factores que faciliten su deterioro. Estos encapsulados pueden ser en material conductor o en material semiconductor

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Encapsulado_(Electr%C3%B3nica)

ESTRUCTURA GRAFICA:

CLASES:

DIP: Los pines se extienden a lo largo del encapsulado (en ambos lados) y tiene como todos los demás una muesca que indica el pin número 1. Este encapsulado básico fue el más utilizado hace unos años y sigue siendo el preferido a la hora de armar plaquetas por partes de los amantes de la electrónica casera debido a su tamaño lo que facilita la soldadura. Hoy en día, el uso de este encapsulado (industrialmente) se limita a UVEPROM y sensores.

SIP: Los pines se extienden a lo largo de un solo lado del encapsulado y se lo monta verticalmente en la plaqueta. La consiguiente reducción en la zona de montaje permite una densidad de montaje mayor a la que se obtiene con el DIP.

SOP: Los pines se disponen en los 2 tramos más largos y se extienden en una forma denominada “gull wing formation”, este es el principal tipo de montaje superficial y es ampliamente utilizado especialmente en los ámbitos de la microinformática, memorias y IC analógicos que utilizan un número relativamente pequeño de pines.

Fuente: ayudaelectronica.com/tipos-de-encapsulados/

FUNCIONAMIENTO: -Excluir las influencias ambientales: La humedad y el polvo en el aire son causas directas de defectos en los dispositivos semiconductores, además de las vibraciones y los golpes. La iluminación y los imanes también pueden causar mal funcionamiento. EL encapsulado evita estas influencias externas, y protege el chip de silicio.

-Permitir la conectividad eléctrica: Si los chips de silicio fueran simplemente encerrados dentro de un encapsulado no podrían intercambiar señales con el exterior. Los encapsulados permiten la fijación de conductores metálicos denominados pines o esferas de soldadura (BGA) permitiendo que las señales sean enviadas a y desde el dispositivo semiconductor.

-Disipar el calor: Los chips de silicio se calientan durante el funcionamiento. Si la temperatura del chip se eleva hasta valores demasiados alto, el chip funcionara mal, se desgastara o se destruirá dependiendo del valor de temperatura alcanzado. Los encapsulados pueden efectivamente liberar el calor generado.

-Mejorar el manejo y montaje: Debido a que los circuitos incorporados en chips de silicio y los chips de silicio en sí son tan pequeños y delicados, no pueden ser fácilmente manipulados, y realizar un montaje en esa pequeña escala sería difícil. Colocar el chip en una cápsula hace que sea más fácil manejar y de montar en placas de circuitos impresos.

Fuente: ayudaelectronica.com/tipos-de-encapsulados/

MATERIALES:

Fuente:http://electronica.ugr.es/~amroldan/pcb/2007/modulos/temas/PCB_2008_JB_Roldan_Encapsulados.pdf

APLICACIONES: Se utilizan en todo tipo de componente eléctrico que necesite una protección contra entes externas, como lo son humedad, rayones, etc…

También se utilizan para determinar si el componente va a ser conductor o semiconductor

Se utiliza para que de esta capa se pueda asegurar el elemento, como por ejemplo cuando a un regulador lo aseguramos a un disipador, se asegura encima del encapsulado, exactamente en el encapsulado metálico.

ESCALAS DE INTEGRACION

CONCEPTO: Es el número de componentes aproximados dentro del chip, SSI (10); MSI (100); LS (miles); VLSI (millones).

La rapidez del desarrollo tecnológico ha dado lugar a que se puedan integrar simultáneamente en un mismo dispositivo un número determinado de puertas entre sí, que realizan una función concreta, así a principio de los años sesenta llegó la aparición del circuito integrado

A partir de entonces se han ido mejorando las técnicas de fabricación de forma espectacular, hasta llegar a la actualidad, donde es posible encontrar en una superficie de algo más de 1 cm cuadrado cientos de miles de puertas lógicas.

Dependiendo del número de elementos puertas que se encuentren integrados en el chip se dice que ese circuito está dentro de una determinada escala de integración.

Las escalas que aquí vamos a tratar son las siguientes:

-SSI (Short Scale Integration): Es la escala de integración mas pequeña de todas, y comprende a todos aquellos integrados compuestos por menos de 12 puertas

-MSI (Médium Scale Integration): Esta escala comprende todos aquellos integrados cuyo número de puertas oscila ente 12 y 100 puertas. Es común en sumadores, multiplexores,... Estos integrados son los que se usaban en los primeros ordenadores aparecidos hacia 1970.

-LSI (Large Scale Integration): A esta escala pertenecen todos aquellos integrados que contienen más de 100 puertas lógicas (lo cual conlleva unos 1000 componentes integrados individualmente), hasta las mil puertas. Estos integrados realizan una función completa, como es el caso de las operaciones esenciales de una calculadora o el almacenamiento de una gran cantidad de bits. La aparición de los circuitos integrados a gran escala, dio paso a la construcción del microprocesador. Los primeros funcionaban con 4 bits (1971) e integraban unos 2.300 transistores; rápidamente se pasó a los de 8 bits (1974) y se integraban hasta 8.000 transistores. Posteriormente aparecieron los microprocesadores de circuitos integrados VLSI

-VLSI: (Very Large Scale Integration) de 1000 a 10000 puertas por circuito integrado, los cuales aparecen para consolidar la industria de los integrados y para desplazar definitivamente la tecnología de los componentes aislados y dan inicio a la era de la miniaturización de los equipos apareciendo y haciendo cada vez más común la manufactura y el uso de los equipos portátiles.

Fuente: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/ESCALAS-INTEGRACION-CIRCUITOS-LOGICOS-SSI-MSI-LSI.php

TABLAS:

FAMILIA TTL

CONCEPTO: La familia lógica-transistor-transistor se desarrolló usando interruptores a transistor para las operaciones lógicas, y define los valores binarios como

0 V a 0,8 V = lógica 0

2 V a 5 V = lógica 1

La familia TTL es la más grande de los circuitos integrados (ICs), pero la familia CMOS está creciendo rápidamente. No son caros, pero consumen mucha energía y deben alimentarse con +5 voltios. Las puertas individuales, pueden consumir de 3 a 4 mA

Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electronic/logfam.html

CARACTERISTICAS: TTL – Viene de las iniciales: Transistor – Transistor – Logic o Lógica Transistor Transistor. La familia de los circuitos integrados digitales TTL tiene las siguientes características:

– El voltaje de alimentación es de + 5 Voltios, con: Vmín = 4.75 Voltios y Vmáx = 5.25 Voltios. Por encima del voltaje máximo el circuito integrado se puede dañar y por debajo del voltaje mínimo el circuito integrado no funcionaría adecuadamente.

– Su realización (fabricación) se logra con transistores bipolares multiemisores, como se puede observar en el gráfico siguiente.

-Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los 5,25V (como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.

-Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V para el estado L (bajo) y los 2,2V y Vcc para el estado H (alto).

-La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc. y últimamente los CMOS: HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 400 MHz.

-Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).

Fuente: http://unicrom.com/familia-de-circuitos-integrados-ttl/ y https://es.wikipedia.org/wiki/Tecnología_TTL

ESTRUCTURA GRAFICA

CLASES: Los circuitos de tecnología TTL se prefijan normalmente con el número 74 (54 en las series militares e industriales). A continuación un código de una o varias cifras que representa la familia y posteriormente uno de 2 a 4 con el modelo del circuito.

Con respecto a las familias cabe distinguir:

-TTL: serie estándar.

-TTL-L (low power): serie de bajo consumo.

-TTL-S (schottky): serie rápida (usa diodos Schottky).

-TTL-AS (advanced schottky): versión mejorada de la serie anterior.

-TTL-LS (low power schottky): combinación de las tecnologías L y S (es la familia más extendida).

-TTL-ALS (advanced low power schottky): versión mejorada de la serie LSS.

-TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky).

-TTL-AF (advanced FAST): versión mejorada de la serie F.

-TTL-HCT (high speed C-MOS): Serie HC dotada de niveles lógicos compatibles con TTL.

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Tecnología_TTL

FUNCIONAMIENTO: Si E1 o E2 están a un nivel de voltaje de 0 voltios, entonces el transistor conduce, y Z = 0 Voltios

Si E1 y E2 están a un nivel de voltaje de 5 voltios, entonces el transistor no conduce, y Z = 5 Voltios

El inversor (NOT) quedaría como se muestra en la figura de abajo a la izquierda. A la derecha ejemplo del patillaje de un circuito integrado TTL

La serie de circuitos integrados TTL es la base de la tecnología digital. Siendo la compuerta NAND el circuito base de la serie 74 XX. Es importante tomar en cuenta que para su funcionamiento, la carga de entrada.

Con la señal de entrada en nivel bajo (LOW = 0), la entrada de la compuerta entrega corriente a la fuente de señal de aproximadamente 10 mA (miliamperio)

Con la señal de entrada en nivel alto (HIGH = 1), la entrada de la compuerta pide a la fuente de la señal de entrada una corriente de aproximadamente de uA (microamperios)

La entrada no conectada actúa como una señal de nivel alto (HIGH)

La carga mayor ocurre cuando la señal de entrada es de nivel bajo (LOW). En este momento el transistor de salida tiene que aguantar mayor corriente. Generalmente los transistores de esta serie aguantan hasta 100 mA (miliamperios). Entonces solo se pueden conectar 10 entradas en paralelo (FAN IN = 10)

Notas:

Las señales de entrada nunca deben de ser mayores que el voltaje de alimentación, ni inferiores al nivel de tierra.

Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel alto, conectarla a Vcc (voltaje de alimentación).

Si alguna entrada debe estar siempre en un nivel bajo, conectarla a tierra.

Si hay entradas no utilizadas, en compuertas NAND, OR, AND, conectarlas a una entrada que si se esté utilizando.

Es mejor que las salidas no utilizadas de un compuertas estén a nivel alto pues así consumen menos corriente.

Evitar los cables largos dentro de los circuitos.

Utilizar por lo menos un capacitor de desacople (0.01 uF a 0.1 uF) por cada 5 o 10 paquetes de compuertas, uno por cada 2 a 5 contadores y registros y uno por cada monoestable.

Estos capacitores de desacople eliminan los picos de voltaje de la fuente de alimentación que aparecen cuando hay un cambio de estado en una salida TTL/LS. (De alto a bajo y viceversa). Estos capacitores deben tener terminales lo más cortos posible y conectarse entre Vcc y tierra, lo más cerca posible al circuito integrado.

Fuente: http://unicrom.com/Dig_Familia_TTL.asp

APLICACIONES:

Microprocesadores, como el 8X300, de Signetics, la familia 2900 de AMD y otros.

Memorias RAM.

Memorias PROM.

Programmable array logic, o PAL, consistente en una PROM que interconecta las entradas y cierto número de puertas lógicas.

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_TTL#Aplicaciones

FAMILIA CMOS

CONCEPTO: El semiconductor complementario de óxido metálico o complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de forma tal que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado en la placa base.

En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo.

Drenador (D) conectada a tierra (Vss), con valor 0; el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de conducción y es el que propaga valor 1 (Vdd) a la salida.

Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son “regenerativos”: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 o 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar. Su principal elemento es un inversor.

Fuente:https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_complementario_de_%C3%B3xido_met%C3%A1lico

CARACTERISTICAS: Los transistores CMOS tienen características que los diferencian notablemente de los bipolares:

*Bajo consumo, puesto que una puerta CMOS sólo consume 0,01 mW en condiciones estáticas (cuando no cambia el nivel). Si opera con frecuencias elevadas comprendidas entre 5 y 10 MHz, el consumo es de 10 mw.

*Los circuitos CMOS poseen una elevada inmunidad al ruido, normalmente sobre el 30 y el 45 % del nivel lógico entre el estado 1 y el 0. Este margen alto sólo es comparable con el de la familia HTL.

Las desventajas que sobresalen en la familia CMOS son su baja velocidad, con un retardo típico de 25 a 50 ns o más, especialmente cuando la puerta tiene como carga un elemento capacitivo; también hay que citar que el proceso de fabricación es más caro y complejo y, finalmente, la dificultad del acoplamiento de esta familia con las restantes.

Una característica muy importante de la familia CMOS es la que se refiere al margen de tensiones de alimentación, que abarca desde los 3 a los 15 V, lo que permite la conexión directa de los componentes de dicha familia con los de la TTL, cuando se alimenta con 5 V a los circuitos integrados CMOS.

Fuente:http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://tutorialcid.es.tl/Familia-CMOS.htm

ESTRUCTURA GRAFICA:

CLASES: La serie 4000 de circuitos integrados CMOS es muy popular y consta, entre otros, de los siguientes modelos.

4000 Dos puertas NOR de 3 entradas y un inversor.

4001 4 puertas NOR de 2 entradas.

4002 2 puertas NOR de 4 entradas.

4011 4 puertas NAND de 2 entradas.

4012 2 puertas NAND de 4 entradas.

4013 2 biestables tipo D.

4015 2 registros de desplazamiento de 4 bits.

4017 Divisor-contador de décadas con 10 salidas.

4020 Contador binario de 14 etapas.

4023 3 puertas NAND de 3 entradas.

4025 3 puertas NOR de 3 entradas.

4027 2 bíestables J-K.

4028 Decodificador BCD/decimal.

4035 Registro de desplazamiento con entrada serie/paralelo y salida paralelo.

4042 4 registros D.

4043 4 RS con puertas NOR.

4044 4 RS con puertas NAND.

4049 6 buffer inversores.

4051 Multiplexor/de multiplexor analógico de 8 canales.

4052 2 multiplexores/de multiplexores de 4 canales.

4068 Una puerta NAND de 8 entradas.

4069 6 inversores.

4070 4 puertas EOR de 2 entradas.

4071 4 puertas OR de 2 entradas.

4072 2 puertas OR de 4 entradas.

4081 4 puertas AND de 2 entradas.

Dentro de la familia CMOS, se ha citado la serie 4000, que se caracteriza por tener una tensión de alimentación de 3 a 18 V, un consumo por puerta de 2,5 nW y un tiempo de propagación por puerta de 40 ns. En el mismo grupo hay dos subfamilias, cada vez más empleadas, que son:

-HCMOS (CMOS de Alta Velocidad), con tensión de alimentación entre 2 y 6 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso de 9 ns. Es la serie 74HC.

-HCMOS (CMOS de alta velocidad y compatible con TTL), con tensión de alimentación de 5 V, consumo de 2,5 nW y tiempo de retraso por puerta de 9 ns. Es la serie 74HCT.

Así como cuando se trabaja con puertas TTL si una entrada no utilizada se deja sin polarizar actúa como entrada con nivel alto, en las de tecnología CMOS se deben de unir directamente a la alimentación o a masa, según se desee se comporten con nivel alto o bajo, respectivamente

.A continuación se exponen los valores más relevantes de los parámetros de la familia CMOS, alimentada a 5 V, y los de la TTL.

FAMILIA TTL C-MOS

Alimentación + (voltios) +5 +3 a +15

FAN-OUT 10 50

Inmunidad al ruido (v) 0,4 1

Máx. Frecuencia (MHz) 35 10

Fuente:http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://tutorialcid.es.tl/Familia-CMOS.htm

FUNCIONAMIENTO: En la figura7 vemos el circuito esquemático de inversor implementado con tecnología CMOS.

Como usted puede apreciar, el circuito es muy sencillo y consta de dos transistores MOS:

• Uno de canal P o PMOS y

• Otro de canal N o NMOS.

Éstos se conectan en serie entre el terminal de alimentación más positivo, generalmente, denominado VDD (unido al terminal Source - fuente- del PMOS, S1) y el terminal de alimentación más negativo, denominado VSS (unido al terminal Source –fuente- del NMOS, S2).

La entrada está formada por la unión de las compuertas –Gates– de ambos transistores, designadas como G1 y G2. La salida se toma del punto medio; es decir, de la unión de los terminales Drain –drenador– designado como D1 y D2, para el PMOS y NMOS, respectivamente.

El principio de funcionamiento de un transistor de efecto de campo tipo MOS se basa en la aplicación de una tensión entre los terminales de Gate (G) y Source (S), a fin de lograr la conducción de corriente entre los terminales de Drain (D) y Source (S).

Entre el material del sustrato de silicio y la compuerta de metal existe un aislante que, generalmente, es óxido de silicio. Se forma, así, un capacitor entre la compuerta y la zona comprendida entre los terminales D y S.

APLICACIONES: microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales.

ALIMENTACION Y TIERRA DE UN CI FAMILIA TTL Y CMOS

Como se puede observar en estas imágenes la familia de circuitos integrados CMOS y TTL se alimenta de la siguiente forma:

-El GND se encuentra o es el pin N° 7

-El VCC o voltaje positivo de entrada es el pin N° 14

Estas dos familias trabajan con un voltaje de 5V

CODIFICACION Y NOMENCLATURA

Fuente:https://books.google.com.co/books?id=FLoQI6to_R4C&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false

PARAMETROS DE LAS HOJAS DE ESPECIFICACIONES

1) Numero de pedido2) Marca3) Referencia4) Visión de conjunto (Overview)5) Aplicaciones6) Funciones7) Características8) Asignación de pines (Dibujo)9) Dimensiones del elemento10)Descripción de operaciones11)Diagrama de bloques12)Aplicaciones13)Planos de aplicaciones14)Voltaje máximo 15)Especificaciones:

-Máximas clasificaciones (voltaje, temperatura, etc.)-Rango operaciones admisibles-Características eléctricas

FALLAS DE UN CI INTERNAS Y EXTERNAS

MAL FUNCIONAMIENTO DE LA CIRCUITERÍAINTERNA: Esta falla se debe a que uno de los componentes internos del circuito falla de manera completa o por operación fuera de especificaciones. Cuando esto ocurre, la salida del CI no responde en forma apropiada a la entrada. No existe ninguna manera de predecir lo que harán las salidas, porque esto depende de qué componente interno ha fallado.

ENTRADA EN CORTOCIRCUITO INTERNO ATIERRA O LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Este tipo de falla interna provoca que la terminal de entrada permanezca en el estado ALTO o BAJO. Fig. 1En la figura 1 muestra la terminal 2 de una compuerta NAND en cortocircuito a tierra dentro del CI. Esto causará que la terminal 2 siempre se encuentre en el estado BAJO. Si se conecta una señal lógica B a la terminal de entrada, entonces B será cortocircuitada a tierra. Es así como este tipo de fallas afecta la salida del dispositivo que genera la señal B.

SALIDA EN CORTOCIRCUITO INTERNO ATIERRA O A LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Este tipo de falla interna causará que la terminal de salida permanezca en el estado BAJO O ALTO. En la figura se muestra la terminal 3 de una compuesta NAND en cortocircuito a tierra dentro del CI. Esta salida permanecerá en BAJO y no responderá a las condiciones aplicadas en las terminales 1 y 2; en otras palabras, las entradas lógicas A y B no tienen ningún efecto sobre la salida X.

ENTRADA O SALIDA EN CIRCUITO ABIERTO: En ocasiones, el alambre conductor muy delgado que conecta la terminal del CI son sus circuitos internos, se puede romper y producirá un circuito abierto. Fig. 1. En la figura 1 esto se ilustra para un terminal (13) de entrada y una terminal (6) de salida. Si se aplica una señal a la terminal13, no llegará a la compuerta NAND-1. La entrada abierta a la compuerta estará en estado flotante.

CORTOCIRCUITO ENTRE DOS TERMINALES: Un circuito interno entre dos terminales de un CI obliga a que las señales lógicas sean las mismas en esas terminales. Cuando dos señales que se suponen diferentes muestran las mismas variaciones en el nivel lógico, existe una buena posibilidad de que se encuentren en cortocircuito

LÍNEAS DE SEÑAL EN CIRCUITO ABIERTO: Esta categoría incluye cualquier falla que produzca una ruptura o discontinuidad en la trayectoria de conducción que impide que el nivel de un voltaje o señal vaya de un punto a otro.

FALLAS EN LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Una fuente de alimentación que presenta fallas o una que está sobrecargada (proporcionando corriente más allá de su valor nominal) entregarán un voltaje con una regulación muy pobre y los CI dejarán de operar o lo harán de manera errática. Una fuente de alimentación puede dejar de proporcionar un voltaje regulado debido a falla en su circuitería interna o porque los circuitos que está alimentando demandan más corriente de la que la fuente puede proporcionar de acuerdo con su diseño. Una buena práctica detección de fallas consiste en verificar los niveles de voltajes de cada fuente de alimentación presente en el sistema, para confirmar si se encuentran dentro de sus rangos especificados...