Circuitos integrados

Hola alumnos/as, en esta entrada estudiaremos los circuitos integrados, mencionaremos los integrados más importantes y comercializados. Además veremos la evolución que han sufrido dichos integrados, así como el proceso que se lleva a cabo para su fabricación.

Los circuitos integrados o microchips son circuitos electrónicos miniaturizados en los que se pueden acumular miles de componentes electrónicos encapsulados, como transistores o diodos. Hay circuitos integrados que están diseñados para realizar una determinada función. Otros, en cambio, pueden ser programados por ordenador y adaptarse para realizar una gran variedad de tareas. Los circuitos integrados se caracterizan porque:

• Realizan operaciones lógicas: son como las neuronas de nuestro cerebro, es decir, reciben y envían impulsos eléctricos.

• Tienen patillas, que son los terminales de los distintos dispositivos electrónicos que tienen integrados.

• Necesitan ser alimentados con tensión para que puedan funcionar.

• Se identifican con un número grabado y con una muesca que permite diferenciar cada terminal.

Entre los circuitos integrados más usados se encuentran:

• Los reguladores de tensión.

• El 555, que se usa para realizar temporizadores.

• Los amplificadores operacionales.

• Par Darlington (Con el que se aumentan las ganancias de los transistores).

• El L293B, que permite amplificar las señales procedentes de un microcontrolador para activar un motor eléctrico.

• Las puertas lógicas.

El circuito integrado o chip significó el avance en el mundo de la electrónica y permitió la miniaturización de los componentes electrónicos. En un chip se agrupan sobre una lámina de material semiconductor varios componentes electrónicos que cumplen una función determinada, como por ejemplo amplificar una señal.

El primer circuito integrado fue desarrollado en el año 1958 por Jack Kilby para la famosa compañía Texas Instruments, este circuito sólo tenía un transistor y su tamaño era parecido al de una moneda. Supuso un avance tan importante que se le concedió el premio Nobel de Física.

Los chips que se fabrican actualmente incorporan millones de transistores y cada vez se colocan más componentes en menos espacio (Ley de Moore), esto obliga a trabajar cada vez con medidas más pequeñas, inferiores a 1 milésima de milímetro  (unas 20 veces más delgado que un cabello), por lo que para fabricarlos son necesarios unos equipos y condiciones especiales.

El proceso de fabricación de los circuitos integrados es el siguiente:

1. Diseño del circuito integrado.
2. Proceso fotolitográfico para copiar el diseño del circuito sobre una oblea de silicio.
3. Transferencia del circuito sobre la oblea. Caben muchos circuitos sobre una misma oblea.
4. Corte de los circuitos integrados.
5. Soldadura de los terminales del circuito.
6. Montaje sobre el encapsulado de protección.

Aquí tenéis un interesante vídeo sobre como se lleva a cabo el proceso de fabricación de circuitos integrados.

Puertas lógicas

Hola, en esta entrada vamos a estudiar las puertas lógicas que existen en electrónica digital para poder llevar a cabo la implementación de circuitos electrónicos. En concreto veremos los tipos de puertas lógicas, las familias lógicas que existen y como se comercializan dichas puertas.

Como ya vimos en la entrada anterior, las puertas lógicas son circuitos electrónicos especializados en realizar operaciones booleanas. Las puertas lógicas básicas son las tres correspondientes a las operaciones definidas en el álgebra de Boole: se llaman AND, OR y NOT. Que corresponden respectivamente a las siguientes operaciones:

• Multiplicación→ AND

• Suma→OR

• Negación→NOT

Además de estas, existen otras puertas lógicas. La siguiente tabla recoge las más usadas, su simbología y la tabla de verdad asociada.

En este enlace podemos ver un vídeo explicativo del funcionamiento de las puertas lógicas mencionadas anteriormente.

Las primeras puertas lógicas se hicieron con relés. Después con válvulas de vacío y finalmente con transistores (De ahí la importancia que tiene este componente en la electrónica). Actualmente dependiendo de los transistores y otras características, las puertas lógicas se clasifican en familias lógicas:

• Familia RTL (Resistor-Transistor Logic): Sus puertas están fabricadas con transistores bipolares y resistores. Son muy lentas.

• Familia DTL (Diode-Transistor Logic): En esta familia mucho de los resistores que teniían la familia RTL fueron sustituidos por diodos.

• Familia TTL (Transistor-Transistor Logic): Apareció al descubrirse que los circuitos DTL podían  mejorarse utilizando transistores bipolares de emisor múltiple. Sus puertas deben alimentarse a +5V. Las de mayor éxito fueron las de la serie 74.

• Familia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): Surgió al sustituir los transistores bipolares de la familia TTL por transistores de efecto campo (FET). Su alimentación puede ser de +3 a +15V. Su consumo es reducido y las posibilidades de miniaturización son asombrosas.

Las puertas lógicas no se comercializan individualmente, sino que se presentan empaquetadas en un circuito integrado. Los integrados de la familia CMOS pueden llegar a contener millones de transistores. Los procesos de fabricación mejoran vertiginosamente, lo que permite que las puertas lógicas puedan hacerse cada vez más pequeñas y, por tanto, los circuitos integrados pueden contener un mayor número de ellas. En la imagen siguiente podemos visualizar un circuito integrado en cuyo interior se encuentran las puertas lógicas, en este caso de puertas lógicas AND.

Introducción a la electrónica digital

Hola alumnos/as, en esta entrada vamos a estudiar en que se basa la electrónica digital (Álgebra de Boole) y como se realiza el planteamiento de un problema tecnológico mediante ésta.

Desde pequeños estamos familiarizados con un álgebra que consta de 10 elementos (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9), con las operaciones de suma, resta, multiplicación, división y con una serie de propiedades: conmutativa, asociativa, distributiva. Pero además existen otras álgebras, las cuáles tienen diferentes y extensas aplicaciones, la más importante en la electrónica digital es el álgebra de Boole, inventada por George Boole (1815-1864).

El álgebra de Boole consta solamente de dos elementos, el 0 y el 1 , llamados dígitos binarios o bits.

El exito de dicha álgebra reside en:

• Muchos problemas tecnológicos se pueden traducir de nuestro sistema decimal a un sistema de dos números.

• Podemos identificar los dígitos 0 y 1 con dos estados físicos diferentes, como por ejemplo un interruptor abierto (0) y un interruptor cerrado (1); una bombilla apagada (0) y una bombilla encendida (1).

• Las operaciones booleanas de suma, multiplicación y negación se pueden realizar fácilmente con circuitos electrónicos, neumáticos, hidráulicos. Pero la implementación electrónica tiene importantes ventajas respecto a las demás, ya que es más fiable, más rápida, más económica y además se puede reducir hasta unos niveles microscópicos.

Al igual que todas las álgebras, esta tiene tres operaciones definidas: Multiplicación, suma, negación. Y tiene diferentes propiedades. En este enlace se pueden visualizar las operaciones y propiedades que posee.

A continuación vamos a plantear un ejemplo y vamos a citar los pasos a seguir para poder resolverlo mediante la electrónica digital.

Imaginemos que deseamos que un lámpara funcione solamente cuando estén cerrados simultáneamente dos interruptores, A y B. La solución sería sencilla conectar dos interruptores en serie con la lámpara. Para traducir dicho problema al lenguaje de la lógica digital hay que seguir los siguientes pasos: