1.- INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………..
2.- CIRCUITOS INTEGRADOS……………………………………………………………………………………….
2.1.- Denominación:………………………………………………………………………………………………………
2.2.- Características principales:……………………………………………………………………………………
2.3.- Clasificación:………………………………………………………………………………………………………..
3.- FAMILIA DE CIRCUITOS INTEGRADOS TTL……………………………………………………………….
3.1.- Lógica TTL básica:…………………………………………………………………………………………………
3.2.- TTL Baja potencia (L):…………………………………………………………………………………………….
3.3.- Schottky (S):…………………………………………………………………………………………………………
3.4.- Schottky de baja potencia (LS):…………………………………………………………………………………
3.5.- Schottky avanzada (AS):………………………………………………………………………………………….
3.6.- Schottky avanzada de baja potencia (ALS):………………………………………………………………..
4.- CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS……………………………………………………………………………
5.- INTERFACES ENTRE CIRCUITOS INTEGRADOS TTL Y CMOS…………………………………….
6.- CIRCUITOS LÓGICOS BÁSICOS CON SEMICONDUCTORES………………………………………
6.1.- El diodo: los circuitos AND y OR……………………………………………………………………………..
6.2.- El transistor bipolar:………………………………………………………………………………………………
6.2.1.- El operador complemento con transistores:………………………………………………………………
6.2.2.- Etapas lógicas separadoras con diodos y transistores…………………………………………………
BIBLIOGRAFÍA
# ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DIGITALES. * Jean-Pierre Meinadier * Editorial AC : Reedición 1980.
# PRINCIPIOS DIGITALES (2ª Edición).* Roger L. Tokheim * Mc Graw Hill – Madrid 1991.
# SISTEMAS ELECTRÓNICOS DIGITALES (7ª Edición) * E. Mandado * Marcombo – Barcelona 1991.
1.- INTRODUCCIÓN.
La tecnología de fabricación de puertas lógicas, ha ido mejorando rápidamente, desde las primeras que se constituían mediante transistores hasta los más modernos métodos de integración, lo que ha permitido abaratar los costes y conseguir máquinas de menor tamaño y más rapidez de proceso.
En un sistema digital, los procesos básicos se repiten infinidad de veces, por lo que para entender estos sistemas complejos, se recomienda empezar por un estudio de los procesos simples.
Comienza el desarrollo del tema realizando una introducción general de las familias (clases, diferencias, nomenclaturas, niveles o estados, etc.). A continuación se realiza un estudio de los principales circuitos integrados y de sus características (consumo, retardo {velocidad}, etapa de salida, etc.).
Posteriormente nos centraremos en las dos tecnologías más importantes en materia de electrónica en circuitos integrados, como son: TTL y CMOS, planteando una pequeña clasificación en función de sus tipos (subfamilias).
A continuación se hablará de la asociación de circuitos integrados en circuitos mixtos (interfaces) para dar circuitos de mayor complejidad MSI y VSI, los cuales son el origen de la lógica combinacional y secuencial y estos dan entrada a elementos electrónicos que recogen y transforman la información que posteriormente ha de ser procesada, los convertidores A/D, pero esto último debe ser planteado en otro tema.
2.- CIRCUITOS INTEGRADOS.
2.1.- Denominación:
La creciente popularidad de los circuitos integrados se debe, en parte, a la disponibilidad de circuitos integrados a bajo precio. Los fabricantes han desarrollado muchas familias de circuitos digitales integrados [grupos que pueden ser utilizados juntos para construir un sistema digital]. Los circuitos integrados de una familia se dice que son compatibles, y pueden conectarse fácilmente entre sí.
Algunas familias se fabrican utilizando tecnología bipolar. Estos circuitos integrados contienen partes comparables a los transistores bipolares, diodos y resistencias discretos. En otro grupo de familias digitales de circuitos integrados, se utiliza la tecnología metal-óxido semiconductor (MOS). Actualmente la familia bipolar TTL (lógica transistor-transistor) es la más popular. La familia CMOS (metal-óxido-semiconductor-complementario) es más moderna y muy utilizada en “muy alta escala de integración” VLSI.
El diseñador de circuitos digitales dispone de muchas familias de circuitos integrados digitales, algunas de ellas se mencionan a continuación en la siguiente clasificación:
a) Familias bipolares:
– RTL lógica de resistencia-transistor
– DTL lógica de diodo-transistor
– TTL lógica de transistor-transistor:
TTL estándar.
TTL de baja potencia.
TTL de alta velocidad.
TTL Schottky.
TTL Schottky avanzada de baja potencia.
TTL Schottky avanzada.
– ECL lógica de emisores acoplados (también llamada CML).
– HTL lógica de alto umbral o inmunidad al ruido (también llamada HNIL).
– IIL lógica de inyección integrada
b) Familias MOS:
– PMOS metal-óxido semiconductor canal P
– NMOS metal-óxido semiconductor canal N
– CMOS metal-óxido semiconductor complementario
Las tecnologías TTL y CMOS son utilizadas comúnmente para fabricar circuitos integrados SSI y MSI. Estos circuitos incluyen dispositivos funcionales como puertas lógicas, flip-flops, codificadores y decodificadores, multiplexores, cerrojos y registros. Los dispositivos MOS (PMOS, NMOS y CMOS) dominan en la fabricación de dispositivos LSI y VLSI. NMOS es especialmente popular en los microprocesadores y en las memorias. CMOS es popular en la aplicaciones de muy baja potencia tales como calculadoras, relojes de pulsera y computadores alimentadas por baterías.
2.2.- Características principales:
Las características generales de toda puerta lógica, independientemente de la función que la misma realice, son las siguientes:
a) Cargabilidad de salida (fan-out). Es el máximo número de puertas básicas que pueden ser gobernadas por una sola puerta.
b) Cargabilidad de entrada (fan-in). Es el máximo número de entradas que puede tener una puerta lógica.
c) Tensión de umbral. Se refiere a las puertas lógicas y es por definición la tensión en que la puerta comienza a cambiar de estado lógico. Existen dos tensiones de umbral, una correspondiente al estado lógico de entrada cero y otra al estado lógico de entrada uno.
d) Margen de ruido. Es, por definición, la variación de tensión admisible a la entrada de un elemento lógico (de duración superior al tiempo de propagación medio del elemento considerado) sin que la salida del mismo cambie de estado. Existen dos márgenes de ruido, uno para el estado lógico de entrada cero y otro para el estado lógico de entrada uno.
e) Curva de inmunidad dinámica a los ruidos. Permite conocer el comportamiento de una puerta digital en régimen dinámico. Representa la relación entre la altura de los impulsos aplicados a su entrada y su duración mínima para hacer cambiar el estado lógico de la salida de la puerta. Existe una curva de este tipo para el estado uno de la entrada y otra para el estado cero.
f) Tiempo de propagación medio (tpd). Se define como la media aritmética entre los tiempos medios de propagación del cambio de estado de la entrada a la salida en los casos en que ésta pasa del estado 1 al 0, y viceversa.
g) Potencia disipada. Se define para un ciclo de trabajo del 50% y es la potencia disipada por una puerta lógica en esas condiciones.
h) Producto potencia disipada-tiempo de propagación. Como su nombre indica, es el producto de las dos características antes citadas. Constituye un factor de mérito de una determinada familia o tecnología de realización de los circuitos lógicos. Cuanto menor es el valor de este parámetro, mejor es la técnica de realización de la familia considerada.
2.3.- Clasificación:
Los circuitos integrados, con frecuencia, son clasificados en grupos por los fabricantes, según su complejidad.
Texas Instruments, Inc., define por ejemplo, la siguiente clasificación según su complejidad:
1. SSI (integración en pequeña escala).
Circuitos integrados de menor complejidad que los de integración en media escala. (MSI)
2. MSI (integración en media escala).
Un concepto por el cual la función que realiza un sistema o subsistema se fabrica en un simple microcircuito. El subsistema y/o sistema, digital o lineal son menores que los considerados en LSI; y contienen 12 ó más puertas equivalentes o circuitería de complejidad similar.
3. LSI (integración en gran escala).
Un concepto por el cual la función que realiza un sistema o subsistema importante se fabrica en un simple microcircuito. En este contexto el sistema o subsistema, digital o lineal, contiene 100 ó más puertas equivalentes, o circuitería de complejidad similar.
4. VLSI (muy alta escala de integración).
Un concepto por el cual un sistema completo se fabrica como un simple microcircuito. En este contexto un sistema, digital o lineal, contiene 1000 ó más puertas, o circuitería de complejidad similar.
3.- FAMILIA DE CIRCUITOS INTEGRADOS TTL.
La famosa serie 7400 de circuitos lógicos TTL fue introducida por Texas Instruments en 1964. La familia TTL de circuitos integrados es todavía, probablemente, la más utilizada. En la familia TTL hay una gran variedad de circuitos integrados SSI y MSI.
A lo largo de los años se han realizado mejoras en los circuitos TTL, que han desembocado en subfamilias de circuitos integrados TTL. Las seis siguientes son subfamilias actuales de la compañía National Semiconductor Corporation:
1. Lógica TTL estándar.
2. Lógica TTL de baja potencia.
3. Lógica TTL Schottky de baja potencia.
4. Lógica TTL Schottky.
5. Lógica TTL Schottky avanzada de baja potencia.
6. Lógica TTL Schottky avanzada.
A continuación se describen estas subfamilias. Debe observarse que las características de tensión de todas ellas son iguales, y sus características de potencia y velocidad son diferentes.
3.1.- Lógica TTL básica:
La lógica TTL fue la primera familia de lógica saturada en circuito integrado; constituye el estándar de las familias posteriores. Ofrece una combinación de velocidad, consumo de potencia, fuente de salida y capacidades de absorción aconsejables, para la mayoría de las aplicaciones, además de una gran variedad de funciones lógicas. La puerta básica se caracteriza por una configuración de entrada multiemisora para conmutación a gran velocidad y salida de “pull-up” activo para lograr una baja impedancia de salida que también mejora el margen al ruido y la velocidad del dispositivo. La disipación típica de potencia del dispositivo es de 10 mW por puerta, y el retardo de propagación es de 10 ns cuando se conecta una carga de 15 pF y 400 W.
3.2.- TTL Baja potencia (L):
La familia de baja potencia tiene esencialmente la misma configuración de circuito que los dispositivos TTL. Sin embargo, los valores de las resistencias son unas diez veces mayores, lo que da como resultado una tremenda reducción en la disipación de potencia a menos de la décima parte de la de la familia TTL.
Esta reducción de potencia se logra a expensas de la velocidad del dispositivo. Los retardos de propagación aumentan unas tres veces. Estos dispositivos tienen una disipación típica de potencia de 1 mW por puerta y un retardo de propagación típico de 33 ns, por lo que esta familia es ideal para aplicaciones en las que el consumo de potencia y la disipación de calor son parámetros críticos.
3.3.- Schottky (S):
Esta familia ofrece la alta velocidad de conmutación de la lógica bipolar no saturada de emisores acoplados, pero consume más potencia que los dispositivos TTL estándares. Para conseguir esta alta velocidad, el diodo de barrera Schottky se incorpora como fijador para desviar el exceso de corriente de base y evitar que el transistor alcance la saturación profunda. La entrada de la puerta Schottky y circuitería interna recuerdan la de las puertas TTL estándares, excepto que los valores de las resistencias son la mitad de los valores TTL.
Esta familia tiene una disipación de potencia de 20 mW por puerta y un retardo de propagación tres veces más rápido que los dispositivos TTL, con un tiempo medio de 3 ns cuando están conectados a una carga de 15 pF por 280 W.
3.4.- Schottky de baja potencia (LS):
La familia Schottky de baja potencia se caracteriza por una reducción combinada, en corriente y potencia, del orden de cinco veces, cuando se compara con la familia TTL. El dopante oro, normalmente utilizado en los dispositivos TTL, reduce los tiempos de conmutación a expensas de la ganancia de corriente. El proceso LS elimina esta limitación utilizando un diodo Schottky en la unión base colector del transistor. De esta forma, el transistor nunca se satura completamente, y se recupera rápidamente cuando se interrumpe la saturación de la base. Al utilizar transistores con diodos Schottky de difusión profunda y saturación suave, se obtienen ganancias de corriente más elevadas y tiempos de conducción más rápidos. Los circuitos LS no tienen entradas multiemisoras, utilizan entradas diodo-transistor que son más rápidas y tienen una mayor tensión de ruptura de entrada; el umbral de entrada es -0.1 V más bajo que el del TTL. Otra entrada, utilizada normalmente, es el transistor PNP de sustrato vertical.
Esta familia consigue prestaciones que exceden a las de la familia TTL estándar en consumo de potencia; la disipación de potencia típica del dispositivo es 2 mW por puerta, y el retardo de propagación típico es de 10 ns cuando está conectado a una carga de 15 pF por 2 kW.
3.5.- Schottky avanzada (AS):
Esta familia de dispositivos se diseña para satisfacer las necesidades de los diseñadores de sistemas que requieren lo último en velocidad. Al utilizar transistores fijados por diodos de barrera Schottky, con difusiones poco profundas y avanzadas técnicas de fabricación de aislamiento por óxido, la familia AS tiene el retardo de propagación más rápido que puede ofrecer la tecnología bipolar.
La familia AS tiene virtualmente la misma configuración de circuito que la familia ALS, las entradas son transistores PNP o diodos con protección electrostática mediante transistores con la unión base-emisor cortocircuitada.
La familia AS tiene una disipación de potencia típica de 17 mW por puerta y un tiempo de retardo de propagación de 1.5 ns cuando está conectada a una carga de 50 pF por 2 kW.
3.6.- Schottky avanzada de baja potencia (ALS):
Esta es una de las familias TTL más avanzadas. Duplica en eficiencia la manipulación de datos y proporciona hasta el 50 por 100 de reducción en el consumo de potencia cuando se compara con la familia LS (Schottky de baja potencia). Esto es posible debido a un nuevo proceso de fabricación, mediante el cual los componentes se aíslan por un crecimiento selectivo del óxido fino en lugar de por la unión P-N utilizada en los procesos convencionales. Este proceso refinado, acoplado con técnicas mejoradas de diseño de circuitos, produce geometrías de componentes menores, difusiones menos profundas, y capacidades de unión menores. Esto permite que los dispositivos incrementen la frecuencia máxima por encima de los 5 GHz y mejoren las velocidades de conmutación en un factor de 2, aunque ofrezcan corrientes de operación mucho más bajas.
La familia ALS tiene una disipación de potencia típica de un 1 mW por puerta, y un tiempo de retardo de propagación, típico, de 4 ns en una carga de 50 pF por 2 kW.
4.- CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS.
La primera familia de circuitos integrados CMOS metal-óxido semiconductor complementario fue introducida en 1968 por RCA. Desde entonces son muy populares. Los circuitos integrados CMOS han crecido en popularidad debido a su extremadamente bajo consumo de potencia, alta inmunidad al ruido y su posibilidad de funcionar con una fuente de alimentación barata no regulada. Otras ventajas de los circuitos integrados CMOS sobre los TTL son baja generación de ruido y gran variedad de funciones disponibles. Algunas funciones analógicas existentes en los circuitos integrados CMOS no tienen equivalente en los TTL.
El diagrama esquemático de un inversor CMOS se muestra en la figura siguiente:
Se fabrica utilizando dos transistores MOSFET (transistores de efecto campo metal-óxido semiconductor) uno de canal P y otro de canal N. El transistor inferior (Q1) de la figura a) es el transistor MOSFET de canal-N en modo de enriquecimiento. El transistor superior (Q2) es el MOSFET de canal-P en modo de enriquecimiento. En cada FET están rotuladas las conexiones de puerta (G), fuente (S) y sumidero o drenador (D).
Cuando la entrada al inversor CMOS de la figura a) está en el nivel BAJO (GND), la tensión negativa hace que conduzca el FET de canal-P (Q2). Sin embargo, el FET de canal-N (Q1) no conduce. Esto conecta el terminal de salida al polo positivo (VDD) de la fuente de alimentación a través de la baja resistencia de canal-P de Q2. El circuito CMOS, de la figura a), produce una salida ALTA (positiva) con una entrada BAJA, Esta es la acción propia de un inversor.
Cuando la entrada al inversor CMOS, mostrado en la figura a) alcanza el nivel ALTO (VDD), la tensión positiva hace que conduzca el FET de canal-N (Q1). Sin embargo el FET de canal-P (Q2) no conduce. Esto conecta el terminal de salida a través del canal N a la tierra (VSS) de la fuente de alimentación. En este ejemplo una entrada ALTA genera una salida BAJA.
La organización de los transistores y la operación de la salida del CMOS de la figura a) son comparables a las salidas “totem pole” TTL que aparecen en la figura del apartado 3.1. En cada caso, cada vez conduce uno de los dos transistores de salida. La organización CMOS es más simple y las corrientes utilizadas para conmutar los CMOS son extremadamente pequeñas comparadas con las de los TTL bipolares.
Un símbolo lógico para el inversor CMOS se muestra en la figura b). Observar especialmente el etiquetado de las conexiones de la fuente de alimentación. Los rótulos VDD y VSS (GND) se utilizan en las series más antiguas 4000 y muchos circuitos integrados CMOS LSI. Las familias más modernas de circuitos integrados lógicos digitales, CMOS, 74HC00 y 74C00, utilizan VCC y GND como indica la figura c). Este etiquetado es similar al de las conexiones de alimentación en los circuitos integrados TTL.
La tecnología CMOS es más aconsejable para la integración en gran escala y muy gran escala en lugar de para circuitos integrados SSI/MSI. Debido a la sencilla circuitería interna y bajo consumo de potencia, muchos elementos se pueden agrupar en un área muy pequeña de una oblea de silicio. Algunos circuitos integrados LSI y VLSI disponibles en CMOS son microprocesadores, dispositivos de memoria (RAM, PROM), microcontroladores, relojes, modems, filtros, codificadores-decodificadores, generadores de tono para telecomunicaciones, convertidores analógicos-digitales (A/D) y digitales-analógicos (D/A), excitadores/decodificadores de visualizadores LCD, UARTS para transmisión de datos en serie y pastillas de calculadoras.
5.- INTERFACES ENTRE CIRCUITOS INTEGRADOS TTL Y CMOS.
La interfaz es el método de conectar dos dispositivos electrónicos como, por ejemplo, las puertas lógicas. Los fabricantes garantizan que, en una misma familia de circuitos lógicos, una puerta puede conectarse a otra. Como por ejemplo, las dos puertas TTL de la figura a) están, simplemente, conectadas entre si sin necesidad de elementos extra y sin problemas. Un segundo ejemplo, la conexión de dos puertas CMOS, se ilustra en la figura b). En ambos ejemplos el fabricante ha tenido gran cuidado de hacer seguros los dispositivos para conectarlas de forma fácil y adecuada.
Pero, ¿qué ocurre para conectar circuitos integrados de diferentes familias como, por ejemplo, TTL y CMOS?. Los niveles lógicos TTL y CMOS (tensiones) están definidos de forma diferente. Debido a la diferencias entre los niveles de tensión, los circuitos integrados CMOS y TTL habitualmente no pueden conectarse directamente entre sí, como si perteneciesen a la misma familia. Los requerimientos para los circuitos integrados CMOS y TTL son bastantes diferentes. Por tanto, estos circuitos integrados, habitualmente, no podrán conectarse directamente. A continuación se esbozarán sencillas técnicas de interconexión (interfaces).
La interfaz entre un CMOS y un TTL es bastante fácil si ambos dispositivos operan con una fuente de alimentación común de +5 V. La siguiente figura muestra cuatro ejemplos de interfaces TTL a CMOS y de CMOS a TTL.
La figura a) muestra el uso de una resistencia de “pull-up” de 1 kW para realizar la interfaz entre un circuito integrado TTL estándar y un circuito integrado CMOS; la figura b) muestra el uso de una resistencia de pull-up de 2,2 kW para realizar la interfaz entre circuito integrado TTL de baja potencia y CMOS.
Las interfaces entre los CMOS y TTL son aun más fáciles. La figura c) muestra circuitos integrados CMOS y TTL de baja potencia compartiendo la misma fuente de alimentación de +5 V. Puede realizarse una conexión directa entre una salida CMOS y cualquier entrada TTL de baja potencia. Observar que la puerta CMOS puede conectarse solamente a una entrada TTL de baja potencia. La excepción es la serie CMOS 74HC00, que puede conectarse como máximo a 10 entradas TTL de baja potencia. Cuando se requieren más conexiones, la figura d) muestra el uso de un buffer especial CMOS 4049 entre las unidades CMOS y TTL. El buffer CMOS puede conectarse como máximo a dos entradas TTL estándar. Un buffer no inversor, similar a la unidad de la figura d), es el circuito integrado CMOS 4050.
La realización de la interfaz entre dispositivos CMOS y TTL requiere algunos componentes adicionales cuando cada dispositivo opera con una fuente de alimentación de diferente tensión. La siguiente figura muestra tres ejemplos de interfaces TTL a CMOS y CMOS a TTL.
La figura a) muestra el inversor TTL conectado a un transistor NPN de propósito general. El transistor y las resistencias asociados traducen las salidas TTL de baja tensión a las entradas de alta tensión necesarias para que opere el inversor CMOS. La salida del inversor CMOS es una tensión que varía entre GND (tierra) y + 10 V.
La figura b) muestra un buffer TTL de colector abierto y un resistor de “pull-up” de 10 kW utilizado para pasar de las tensiones TTL más bajas a las CMOS más altas. Los circuitos integrados TTL 7406 y 7416 son dos buffers inversores, colector abierto. Los circuitos integrados 7407 y 7417 TTL son buffers no inversores de colector abierto similares que también pueden ser utilizados en el circuito de la figura b).
La realización de la interfaz entre un inversor CMOS de tensión más alta y un inversor TTL de tensión más baja se ilustra en el figura c). Se utiliza el buffer 4049 entre ambos inversores. Observar que el buffer CMOS de la figura c) está alimentado por la fuente de alimentación de tensión más baja (+ 5 V).
6.- CIRCUITOS LÓGICOS BÁSICOS CON SEMICONDUCTORES.
Parece importante mostrar con un ejemplo cómo los operadores del álgebra lógica pueden realizarse mediante componentes electrónicos. Se ha escogido el ejemplo de los semiconductores bipolares, diodos y transistores. También escapa al propósito de este apartado estudiar el funcionamiento de los semiconductores o enfocar la concepción de los circuitos desde el punto de vista del especialista electrónico. Nos limitaremos a los elementos estrictamente necesarios a la comprensión del funcionamiento lógico de los circuitos.
6.1.- El diodo: los circuitos AND y OR.
Teóricamente, el diodo esquematizado de la figura a) es conductor (deja pasar la corriente) si la diferencia de potencial VA – VB es positiva y no conductor (bloquea la corriente) si esta misma diferencia de potencial es negativa. En realidad lo que ocurre es que, en el sentido de paso, el diodo presenta una débil resistencia interna a la corriente y una fuerte resistencia en el sentido de bloqueo.
Consideremos los circuitos con dos entradas A y B y una salida S (figuras b y c):
Suponemos que los dos niveles lógicos están representados por 0 voltios y V voltios.
En el circuito C1 la salida vale evidentemente V voltios si las dos entradas valen V voltios. Pero si una de las entradas vale 0 voltios, entonces se crea una corriente entre el punto a V voltios y dicha entrada, el diodo correspondiente conduce y su resistencia interna es pequeña comparada con la resistencia de carga R; la diferencia de potencial se distribuye casi en su totalidad en bornes de la resistencia y el nivel de salida se aproxima a 0 voltios. En estas condiciones, el circuito C1 materializa al operador AND en lógica positiva y al operador OR en lógica negativa.
Un razonamiento análogo muestra que la salida S del circuito C2 se aproxima a + V voltios en cuanto que una de las entradas vale + V. Corresponde, por tanto, al operador OR en lógica positiva y al operador AND en lógica negativa.
Así se obtiene el siguiente cuadro resumen de puertas lógicas AND y OR con diodos:
Pueden concebirse las puertas con más de dos entradas (figura 1); el número de entradas viene limitado por la corriente inversa de los diodos, que altera proporcionalmente el nivel lógico de salida (por ejemplo, si en la figura 1 una sola entrada vale + V). Igualmente pueden construirse ciertas combinaciones de circuitos AND y OR con diodos, como la doble puerta AND-OR de la figura 2, cuyo esquema lógico en lógica positiva es el de la figura 3.
6.2.- El transistor bipolar:
Existen dos tipos: PNP y NPN, simbolizados en la siguiente figura:
El sentido de paso de la corriente se indica por una flecha siempre asociada al emisor. La corriente del emisor corresponde a la suma de las corrientes de base IB y de colector IC. Lo que caracteriza fundamentalmente a un transistor es que la corriente del colector IC está controlada por la corriente de base IB. Una variación positiva de IB suscita una variación positiva de IC.
En el campo de la lógica se emplea el transistor en dos puntos extremos de su funcionamiento, el estado de corte y el de saturación.
(1) La diferencia de potencial entre la base y el emisor (VBE) es nula, la corriente IB es nula, por consiguiente no hay corriente de colector. Se dice que el transistor está bloqueado (0 en corte).
VBE = 0 [transistor bloqueado, es decir IC = 0]
(2) La diferencia de potencial entre la base y el emisor VBE @ 0,75 V, por lo que la corriente de base provoca una elevada corriente de colector. Ocurre como si la resistencia interna del transistor tendiera a cero. Se dice que el transistor está saturado:
VBE @ 0,75 V [transistor saturado, es decir IC elevada]
6.2.1.- El operador complemento con transistores:
Si la entrada A está a 0 voltios, el transistor está bloqueado. La salida S iguala a la tensión de alimentación: + V. Si la entrada A vale V voltios el transistor está saturado y su resistencia interna es despreciable ante la resistencia de carga R que, en consecuencia, absorbe casi toda la diferencia de potencial entre la alimentación y el emisor. La salida S vale en tal caso aproximadamente 0 voltios. El circuito realiza la operación de complementación (además de su función lógica como operador de complementación, el transistor así montado desempeña también un papel de amplificador y esto explica el esquema del inversor: el triángulo representa la amplificación de corriente, el círculo la complementación).
6.2.2.- Etapas lógicas separadoras con diodos y transistores
Hemos visto que con los diodos podíamos realizar los operadores AND y OR, que son las etapas de decisión, pero no la inversión que necesita de elementos activos con transistor. Por añadidura, tampoco era posible poner en serie circuitos de diodos: de nuevo el transistor permite realizar la separación entre las etapas de decisión con diodos.
La separación puede conseguirse, o por el montaje en inversor, o por el montaje no inversor, que en el plano lógico, equivale al operador identidad:
Es así como incorporando la etapa separadora, podrán realizarse las puertas con diodos según los esquemas de principio de la siguiente figura:
