Circuitos

Circuitos

Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

Partes

• Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede fluir interiormente una carga.

• Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores.

• Rama: Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos consecutivos. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.

• Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico.

• Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía eléctrica.

• Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.

Codificadores

En un sentido general, se puede decir que un codificador es un circuito hecho para pasar información de un sistema a otro con clave diferente, y en tal caso un decodificador sería el circuito o dispositivo que retorne los datos o información al primer sistema.

Un codificador se puede definir como un circuito combinatorio que tiene 2n (o menos) líneas de entrada y n líneas de salida. Las líneas de salida generan el código binario correspondiente al valor de entrada.

Aplicaciones del Codificador

La aplicación más vistosa de un codificador, es el teclado BCD (números de 0 a 9), que es aplicado en los teclados de los teléfonos. En la figura 2 se muestra el bloque de un codificador de Decimal a BCD, se ve que tiene cuatro salidas de datos (A, B, C y D) y una quinta salida E que se activa a nivel bajo e indica el momento en que alguna de las teclas es oprimida. Funcionamiento

Un ejemplo el codificador de octal en binario, cuya tabla de verdad está representada en la tabla 1. Este tiene ocho entradas, una para cada uno de los dígitos octales, y tres salidas que generan el número binario correspondiente. Se supone que sólo una entrada tiene un valor de 1 en cualquier momento dado, en caso contrario el circuito no tiene significado.

Para diseñar un codificador en base a la tabla 1, se ve que las salidas son función de las entradas Ds, por ejemplo, la salida Ao es verdadera siempre y cuando se activen los dígitos octales D1,D 3,D 5 o D 7; aplicando condiciones semejantes a las otras dos salidas, se obtiene las siguientes funciones booleanas de salida:

El codificador se puede implementar mediante tres compuertas OR; Este codificador tiene la limitación de que sólo una entrada puede estar activa en un momento dado, si dos entradas están activas en forma simultánea, la salida produce una combinación indefinida; Otra ambigüedad en dicho codificador es que se genera una salida de puros ceros (0) cuando todas las entradas son 0, es la misma salida cuando se activa a 1 la entrada Do. Esta discrepancia se puede solucionar generando una salida más, con el objeto de indicar cundo alguna de las entradas es activada (igual a 1)

Decodificadores

El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un número binario (entrada) en palabra de "unos" y "ceros" (niveles altos y bajos de voltaje) con un orden distinto, para ejecutar un trabajo especial. En otras palabras, la palabra que sale es diferente a la palabra que entró, aunque tenga la misma cantidad de bits. En Electrónica Digital es a menudo necesario pasar un número binario a otro formato, tal como el requerido para energizar los siete segmentos de los display hechos con diodos emisores de luz, en el orden adecuado para que se ilumine la figura de un individual número decimal.

Aplicaciones de los decodificadores

Los decodificadores se emplean fundamentalmente para seleccionar los diferentes puertos de E/S (entrada/salida) y así la computadora pueda comunicarse con los diferentes dispositivos externos (periféricos). Estos decodificadores son conocidos como decodificador de direcciones de puertos.

Su función principal es la de direccionar espacios de memoria. Un decodificador de N entradas puede direccionar 2N espacios de memoria. Para poder direccionar 1kb de memoria necesitaría 10 bits, ya que la cantidad de salidas seria 210, igual a 1024.

De esta manera:

• Con 20 bits tengo 220 que es 1Mb.

• Con 30 bits tengo 230 que es 1Gb.

Los decodificadores son también usados en los microprocesadores para convertir instrucciones binarias en señales de tiempo, para controlar máquinas en procesos industriales o implementar circuitos lógicos avanzados. El decodificador convierte números binarios en sus equivalentes Octales (base 8), decimales (base 10) y Hexadecimales.

Una de las aplicaciones de un decodificador es la implementación de funciones Booleanas. Una función Booleana de n variables puede ser implementada fácilmente al unir los minitérminos (maxitérminos) correspondientes a la función utilizando una compuerta OR (NAND).

Tipos de decodificadores según sus salidas

Las salidas de los decodificadores pueden ser activas a nivel alto o a nivel bajo. Así, tendremos dos tipos: los decodificadores con salidas activas a nivel alto y los decodificadores con salidas activas a nivel bajo.

• Decodificadores binarios básicos. Cuando se quiere determinar cuando por ejemplo aparece 1001 en las entradas de un circuito digital. Todas las entradas de la puerta AND están a nivel ALTO ya que dicha puerta produce una salida a nivel ALTO.

• El decodificador de 4 bits ó decodificador 1 de 16. Se utiliza para poder decodificar todas las combinaciones de 4 bits. Para cualquier código dado en las entradas solo se activa una de las posibles dieciséis salidas. Si requerimos una salida a nivel bajo, el decodificador de puede implementar con puertas NAND e inversores, uno por cada salida.

• El decodificador BCD a decimal. Convierte cada código BCD en uno de los diez posibles dígitos decimales. El método de implementación es el mismo que para un decodificador 4 a 16, pero con la diferencia de que las salidas son solo 10. Obtendremos salidas activas a nivel ALTO y BAJO implementando las funciones con puertas AND y NAND respectivamente.

• Decodificadores BCD a 7 segmentos. Es un circuito combinacional que permite un código BCD en sus entradas y en sus salidas activa un display de 7 segmentos para indicar un dígito decimal. El display está formado por un conjunto de 7 leds conectados en un punto común en su salida, bien en ánodo común ó ánodo común.

Multiplexores

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una única salida de datos, están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada hacia dicha salida.

En el campo de la electrónica el multiplexor se utiliza como dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. Para ello lo que hace es dividir el medio de transmisión en múltiples canales, para que varios nodos puedan comunicarse al mismo tiempo.

Una señal que está multiplexada debe demultiplexarse en el otro extremo.

Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión, existen varias clases de multiplexación:

• Multiplexación por división de frecuencia

• Multiplexación por división de tiempo

• Multiplexación por división de código

• Multiplexación por división de longitud de onda

Los multiplexores son sistemas combinacionales con un canal de salida, n canales de entrada y m líneas de selección, tal que 2m ≤ n. El número binario presente en las líneas de selección determina qué canal de entrada se conecta con el de salida.

Los multiplexores se utilizan habitualmente para muestrear los estados lógicos de diferentes variables uno tras otro y transferirlos a una salida común.

El siguiente ejemplo muestra el bloque funcional, la tabla de verdad y el circuito combinacional de un multiplexor de cuatro canales.

S1 S0 a

0 0 e0

1 0 e1

0 1 e2

1 1 e3

Demultiplexores

En electrónica digital, un demultiplexor es un circuito combinacional que tiene una entrada de información de datos d y n entradas de control que sirven para seleccionar una de las 2n salidas, por la que ha de salir el dato que presente en la entrada. Esto se consigue aplicando a las entradas de control la combinación binaria correspondiente a la salida que se desea seleccionar. Por ejemplo, si queremos que la información que tenemos en la entrada d, salga por la salida S4, en la entrada de control se ha de poner, de acuerdo con el peso de la misma, el valor 100, que es el 4 en binario.

En el campo de las telecomunicaciones el demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un medio de transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes

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