Familias Logicas

Familias lógicas

Una familia lógica es definida como la estructura básica a partir de la cual se puede construir las puertas lógicas.

En esta estructura están involucrados los componentes que entran como sus valores ya que lo parámetros dependen de estos. Ahora bien no se debe pasar desapercibido que las salidas solo pueden tomar dos valores deferentes. Por lo tanto, los elementos principales de estas familias lógicas deben tener mínimo dos renglones de operación.

Esta situación nos lleva a la utilización de dispositivos semiconductores, aunque en los principios se utilizaron válvulas y conmutadores electrónicos.

Una clasificación de estas familias según los dispositivos de semiconductores en que se basan es:

Familias bipolares.- Las más representativas son las familias TTl y ECL.

Familias MOS.- Emplean transistores MOSFET, es decir, transistores de efecto campo.

Las familias OS más representativas son las familias NMOS y CMOS.

Cada una de estas familias van a tener una serie de parámetros cuyos valores van a ser más o menos bajos.

Transistor - Transistor – logic ò TTL

Esta familia es una de las más empleadas en la construcción de dispositivos MSI. Está basada en el transistor multi-emisor. Este transistor con varios emisores, una sola base y un solo colector. Se muestra el símbolo, representación en transistores con un sol emisor y su forma de operación.

El funcionamiento de la puerta es el siguiente. Debido a que la intensidad de la base de un transistor bipolar es muy pequeña en la primera aproximación podemos decir que es nula por lo que la base del transistor T1 siempre está conectada a polarización. Cuando cualquiera de las entradas se encuentra a un nivel bajo, el transistor T1 se encontrar en la región de saturación ya que la unión BE está conduciendo y la unión BC siempre está directamente polarizada, lo cual provoca que la base del transistor T2 tenga una tensión de 0.4 v (0.2v de la caída entre colector y emisor y 0.2v del nivel bajo. Como ya veremos) esta situación provoca que dicho transistor está cortado. Al estar T2 cortado, la tensión de base de T3 ser 0 lo cual implica que T3 también este cortado. En cambio, el transistor T4 está en zona activa directa o en saturación que provoca que el diodo conduzca colocando en la salida un nivel alto.

Cuando todas las entradas se encuentran en un nivel alto, el transistor T1 está en la zona activa inversa, ya que la unión BE está cortada y la unión BC está conduciendo. Esta situación provoca que la tensión de base del transistor T2 sea aproximadamente de 1.4v llevando a dicho transistor a saturación. Por lo tanto, el transistor T3 está igualmente saturado y en la salida se coloca un nivel bajo. En cambio, el transistor T$ se encontrara en zona activa directa, pero el diodo no conduce, desconectado la salida de la tensión de polarización. Así los niveles de tensión y margen de ruido de esta familia, de forma aproximada.

VOH = VDD – VBE(sat)4 – Vc (ON) = 3.8 V

VIH es la tensión para que el transistor T1 salga de la zona activa inversa.

VIL es la tensión para que el transistor T1 salga de saturación.

En la figura anterior, la zona puenteada corresponde a la etapa de salida de la puerta. Esta etapa no es única sino que existen varios tipos de etapas de salida. Entre estos tipos, podemos encontrar:

La salida tótem.pole,

Salida con carga resistiva

Salida en colector abierto

Como pudimos observar la lógica de esta familia es negada, es decir, la salida siempre esta complementada. También podemos apreciar que la utilización de un transistor multi - emisor genera la operación AND de los emisores. También podemos generas las operaciones OR de los términos producto. Luego, con la familia TTl solo podemos generarlas siguientes estructuras:

Inversores

AND – inversor

AND – OR – inversor

Complementary CMOS

Esta familia basa su operación en la utilización de los transistores NMOS y PMOS funcionando como interruptores, de tal manera que los NMOS suministran el nivel bajo y los transistores PMOS suministran el nivel alto. Una puerta construida con la familia CMOS solamente está formada por transistores.

El funcionamiento de la puerta es el síguete. Cuando él la entrada hay un nivel bajo, el transistor T1 está cortado mientras que el T2 esta conduciendo. Por lo tanto el transistor T2 coloca el paso de corriente en un nivel y el transistor T1 evita el paso de corriente por lo que no consume potencia en estática solo en el transitorio. Cuando en la entrada hay un nivel alto, el transistorT2 está cortado mientras

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