UNIDAD 1 CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD
UNIDAD 2 ELEMENTOS Y CIRCUITOS ELECTRONICOS
UNIDAD 3 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DIGITALES
lunes, 11 de mayo de 2015
PLD APLICACIONES EN LOGICA COMBINACIONAL
PLD APLICACIONES EN LOGICA COMBINACIONAL
Es todo sistema digital en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas. Las funciones (OR, AND, NAND, XOR) son booleanas (de Boole) donde cada función se puede representar en una tabla de la verdad. Por tanto, carecen de memoria y de retroalimentación.
En electrónica digital la lógica combinacional está formada por ecuaciones simples a partir de las operaciones básicas del álgebra de Boole. Entre los circuitos combinacionales clásicos tenemos:
Lógicos Generador/Detector de paridad Multiplexor y Demultiplexor Codificador y Decodificador Conversor de código Comparador Aritméticos Sumador Aritméticos y lógicos Unidad aritmético lógica
Éstos circuitos están compuestos únicamente por puertas lógicas interconectadas entre sí.
ARITMETICA BINARIA
ARITMETICA BINARIA
La Unidad Aritmético Lógica, en la CPU del procesador, es capaz de realizar operaciones aritméticas, con datos numéricos expresados en el sistema binario. Naturalmente, esas operaciones incluyen la adición, la sustracción, el producto y la división. Las operaciones se hacen del mismo modo que en el sistema decimal, pero debido a la sencillez del sistema de numeración, pueden hacerse algunas simplificaciones que facilitan mucho la realización de las operaciones.
DECODIFICADORES
DECODIFICADORES
El decodificador es un dispositivo que acepta una entrada digital codificada en binario y activa una salida. Este dispositivo tiene varias salidas, y se activará aquella que establezca el código aplicado a la entrada.
Con un código de n bits se pueden encontrar 2n posibles combinaciones. Si se tienen 3 bits (3 entradas) serán posibles 23 = 8 combinaciones. Una combinación en particular activará sólo una salida.
En un decodificador de 2 a 4 (se tienen 2 pines o patitas de entrada y 4 pines o patitas de salida). En la entrada se pone el código en binario (00, 01, 10, 11), que hará que se active sólo una salida de las cuatro posibles. Ver en el diagrama anterior una representación de un decodificador de 2 a 4
CIRCUITOS COMBINACIONALES MSI Y LSI
CIRCUITOS COMBINACIONALES MSI Y LSI
Los sistemas combinacionales son aquellos en los que las salidas dependen exclusivamente de las entradas, luego para una misma entrada siempre se tiene la misma salida.
Hasta ahora el diseño de funciones lógicas, o de circuitos lógicos, se ha realizado mediante el uso exclusivo de puertas básicas. Los circuitos que contienen estas puertas básicas son conocidos como SSI (Small Scale of Integration) por que contienen un número pequeño de transistores. El diseño que se realiza con estos dispositivos se denomina CUSTOM.
Un paso más profundo en el diseño HARDWARE es realizar un diseño SEMICUSTOM, basado en el uso de bloques constructores más complejos. Esto se puede hecer mediante el uso de sistemas o circuitos MSI (Medium Scale of Integration) dónde el número de puertas básicas puede llegar a 100. Más avanzados son los sistemas LSI (Large Scale of Integration ~1000), VLSI (Very Large Scale of Integration >1000), y ULSI (Ultra Large Scale of Integration >100000).
En un computador se realizan principalmente operaciones de codificación y decodificación de datos usando codificadores y decodificadores; transmisión y control de datos usando líneas de bus, multiplexadores y demultiplexadores; y procesado de datos mediante circuitería aritmética.
En nuestro computador podemos encontrarnos los siguientes sistemas MSI: • CODIFICADORES Y DECODIFICADORES • MULTIPLEXORES Y DEMULTIPLEXORES • SUMADORES, COMPARADORES ...
Además estos dispositivos pueden usarse también para la realización de funciones complejas con un considerable ahorro de área frente al uso de puertas básicas (circuitos SSI).
MULTIPLEXORES
MULTIPLEXORES
Los MULTIPLEXORES son circuitos combinacionales que tienen varias entradas, una sola salida y varias líneas de selección. Su funcionamiento podría asemejarse a un conmutador de varias posiciones que simularían las entradas y el terminal común, la salida; la conmutación se realizaría por medio de la línea de selección, de tal modo que las señales presentes en las entradas aparecerán en la salida en el orden indicado por la línea de selección; es decir, un multiplexor permite el envío por una sola línea de los datos presentes en varias líneas.
TAREA
ENSAYO
“El Internet de todas las cosas”
El Internet de las cosas está de moda, es un término que está siendo muy utilizado en el entorno del mundo de la tecnología, pero lo cierto es que no todo el mundo conoce a qué se refiere en realidad ese término.
Este término se refiere a interconectar todos los objetos a internet. Además de ampliar el campo de las tecnologías no solo en aparatos electrónicos como nosotros lo conocemos celulares, computadoras, televisiones, tablets, etc.
El Internet de las cosas ahora lo que quiere lograr es que todos los aparatos electrónicos estén conectados y se puedan manipular de forma más fácil y rápida, con el fin de facilitar la vida de las personas.
Pensemos solo en algunas de las aplicaciones que podrían llegar a tener lugar. Un agricultor debe conocer en todo momento las condiciones del campo en el que está cultivando. Su trabajo consistiría en comprobar regularmente la temperatura y humedad del campo y registrar estos datos en un ordenador. Pero supongamos que todos esos datos fueran monitorizados de manera automática y registrado en un servicio online, de manera que el agricultor tuviera en todo el momento el conocimiento de cómo está el campo de cultivo e incluso pudiera conocer cómo está en tiempo real. Y todavía hay más, con sensores lo suficientemente baratos, podría llegar a monitorizar absolutamente todas las plantas que están cultivando, conociendo cómo crecen y si están teniendo problemas algunas de ellas.
El concepto de internet de las cosas lo propuso Kevin Ashton en el Auto-ID Center del MIT en 1999, donde se realizaban investigaciones en el campo de la identificación por radiofrecuencia en red (RFID) y tecnologías de sensores.
El internet de las cosas debería codificar de 50 a 100.000 millones de objetos y seguir el movimiento de estos; se calcula que todo ser humano está rodeado de por lo menos 1.000 a 5.000 objetos. Según la empresa Gartner, en 2020 habrá en el mundo aproximadamente 26 mil millones de dispositivos con un sistema de adaptación al internet de las cosas. Abi Research, por otro lado, asegura que para el mismo año existirán 30 mil millones de dispositivos inalámbricos conectados al Internet. Con la próxima generación de aplicaciones de Internet (protocolo IPv6) se podrían identificar todos los objetos, algo que no se podía hacer con IPv4. Este sistema sería capaz de identificar instantáneamente por medio de un código a cualquier tipo de objeto.
La empresa estadounidense Cisco, que está desarrollando en gran medida la iniciativa del internet de las cosas, ha creado un “contador de conexiones” dinámico que le permite estimar el número de “cosas” conectadas desde julio de 2013 hasta el 2020. El concepto de que los dispositivos se conectan a la red a través de señales de radio de baja potencia es el campo de estudio más activo del internet de las cosas. Este hecho se explica porque las señales de este tipo no necesitan ni Wi-Fi ni Bluetooth. Sin embargo, se están investigando distintas alternativas que necesitan menos energía y que resultan más baratas, bajo el nombre de “Chirp Networks”.
En un futuro no muy lejano varias empresas corporativas quieren lograr que El Internet de las cosas empiece a funcionar pero va encontrarse con uno de los más grandes problemas por ejemplo que alguien podría hackear un juguete, controlarlo para encender una cámara, y poder espiar. Alguien podría intervenir el control del lavamanos y dejar corriendo el agua en tu ausencia, o controlar los termostatos de tu hogar. Podrían intervenir tu automóvil mientras vas conduciendo, en fin, las posibilidades son muchas.
Actualmente no existen sistemas para poder asegurar que estas situaciones son imposibles. Para implementar el internet de las cosas todos los dispositivos aún están en distintas redes, por lo cual existe menos control. Menos control implica menos seguridad, y menos seguridad implica más riesgo.
Es una de los mas grandes problemas con los que se va encontrar pero con el paso del tiempo va intentar solucionarlo.
martes, 28 de abril de 2015
IMPLEMENTACION DE FUNCIONES
IMPLEMENTACION DE FUNCIONES
Una vez obtenida y simplificada la función que relaciona la salida con las entradas en un sistema electrónico, dicha función puede implementarse, es decir, llevarse a la práctica, mediante un circuito de puertas lógicas básicas. La simplificación de la función es importante porque nos ahorra el uso de puertas lógicas. Ejemplo: Obtención del circuito de la función S = A' B' C + A B' C' Comenzamos por dibujar las tres entradas, A, B y C, y situar al lado de ellas tres puertas NOT que nos permitan obtener las funciones negadas A', B', C'.
Para obtener A' B' C debemos multiplicar las variables correspondientes mediante puertas AND
Hacemos lo mismo para obtener el producto A B' C' mediante puertas AND
Por último, mediante una puerta OR sumamos A B' C' y A' B' C, obteniendo ya la función de salida S.
MAPAS DE KARNAUGH
MAPAS DE KARNAUGH
Otra manera de simplificar funciones es representándolas en mapas de Karnaugh. Esto es equivalente a resolver las simplificaciones por teoremas. Sin embargo, mucha gente considera que resulta más fácil visualizar las simplificaciones si se presentan gráficamente. Los mapas de Karnaugh pueden aplicarse a dos, tres, cuatro y cinco variables. Para más variables, la simplificación resulta tan complicada que conviene en ese caso utilizar teoremas mejor. Para efectos de clase, veremos las simplificaciones de dos, tres y cuatro variables.
MÉTODO DE REDUCCIÓN DE MAPAS DE KARNAUGH
El Álgebra de Boole, resuelve problemas que dependiendo del número de términos que tenía la función canónica, siendo el número de compuertas lógicas utilizadas igual al número de términos obtenidos MÁS UNO; por lo tanto, los circuitos obtenidos son de dos niveles de conmutación con un tiempo mínimo de retardo, pero que de ninguna manera es el más sencillo ni el más económico.
Los mapas de Karnaugh es uno de los métodos más prácticos. Se puede decir que es el más poderoso, cuando el número de variables de entrada es menor o igual a seis; más allá, ya no es tan práctico. En general, el mapa de Karnaugh se considera como la forma gráfica de una tabla de verdad o como una extensión del diagrama de Venn.
Antes de explicar cómo se utiliza el mapa de Karnaugh en la minimización de funciones, veremos cómo se obtiene el mapa. Esto nace de la representación geométrica de los números binarios. Un número binario de n bits, puede representarse por lo que se denomina un punto en un espacio N. Para entender lo que se quiere decir con esto, considérese el conjunto de los números binarios de un bit, es decir 0 o 1. Este conjunto puede representarse por dos puntos en un espacio 1; esto es, por dos puntos unidos por una línea.
COMPUERTAS NAND Y NOR
COMPUERTAS NAND Y NOR
COMPUERTA NAND
La puerta NAND, compuerta NAND o NOT AND es una puerta lógica que produce una salida que es falsa solamente si todas sus entradas son verdaderas; por tanto, su salida es complemento a la de la puerta AND, -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas están en 1 (uno) o en ALTA, su salida está en 0 o en BAJA, mientras que cuando una sola de sus entradas o ambas está en 0 o en BAJA, su SALIDA va a estar en 1 o en ALTA.
Se puede ver claramente que la salida X solamente es "0" (0 lógico, nivel bajo) cuando la entrada A como la entrada B están en "1". En otras palabras la salida X es igual a 0 cuando la entrada A y la entrada B son 1. La puerta NAND es significativa debido a que cualquier función booleana se puede implementar mediante el uso de una combinación de puertas NAND. Esta propiedad se llama integridad funcional.
Los sistemas digitales que emplean ciertos circuitos lógicos se aprovechan de integridad funcional de NAND. La función NAND NAND(a1, a2, ..., an) es lógicamente equivalente a NOT(a1 AND a2 AND ... AND an).
COMPUERTA NOR
La puerta NOR o compuerta NOR es una puerta lógica digital que implementa la disyunción lógica negada -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas están en 0 (cero) o en BAJA, su salida está en 1 o en ALTA, mientras que cuando una sola de sus entradas o ambas están en 1 o en ALTA, su SALIDA va a estar en 0 o en BAJA. NOR es el resultado de la negación de que el operador OR. También puede ser visto como una puerta AND con todas las entradas invertidas. El NOR es una operación completamente funcional. Las puertas NOR se pueden combinar para generar cualquier otra función lógica. En cambio, el operador OR esmonótono, ya que solo se puede cambiar BAJA a ALTA, pero no viceversa.
En la mayoría, pero no en todas, las implementaciones de circuitos, la negación viene libre—incluyendo CMOS y TTL. En tales familias lógicas, el OR es la operación más complicada; puede utilizar un NOR seguido de un NOT. Una excepción importante es que algunas formas de la familia lógica dominó.
OTRAS COMPUERTAS
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MAXITERMINOS Y MINITERMINOS
MINITERMINO
Para una función booleana de n variables x1,...xn, un producto booleano en el que cada una de las n variables aparece una sola vez negada o sin negar es llamado minterms. Es decir, un minterms es una expresión lógica de n variables consistente únicamente en el operador conjunción lógica (AND) y el operador complemento o negación (NOT).
Por ejemplo, abc, ab'c y abc' son ejemplos de minterms para una función booleana con las tres variables a, b y c. En general, uno asigna a cada minterm un índice basado en el valor binario del minterm. Un término negado, como a' es considerado como el numero binario 0 y el término no negado a es considerado como un 1. Por ejemplo, se asociaría el número 6 con a b c'(1102), y nombraríamos la expresión con el nombre m6. Entonces m0 de tres variables es a'b'c'(0002) y m7 debería ser a b c(1112).
MAXITERMINOS
Un maxterm es una expresión lógica de n variable que consiste únicamente en la disyunción lógica y el operador complemento o negación. Los maxterms son una expresión dual de los minterms. En vez de usar operaciones AND utilizamos operaciones OR y procedemos de forma similar.
Por ejemplo, los siguientes son maxterms: a+b'+c a'+b+c
El complemento de un minterm es su respectivo maxterm. Esto puede ser fácilmente verificado usando la Ley de Morgan. Por ejemplo: m1' = M1 (a'b)' = a+b'.
FAMILIAS Y COMPUERTAS LOGICAS
FAMILIAS Y COMPUERTAS LOGICAS
Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las computadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.
La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 volts para representar el binario "1" y 0.5 volts para el binario "0". La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.
ALGEBRA BOOLEANA
ALGEBRA BOOLEANA
El álgebra booleana es un sistema matemático deductivo centrado en los valores cero y uno (falso y verdadero). Un operador binario " º " definido en éste juego de valores acepta un par de entradas y produce un solo valor booleano, por ejemplo, el operador booleano AND acepta dos entradas booleanas y produce una sola salida booleana.
Para cualquier sistema algebraico existen una serie de postulados iniciales, de aquí se pueden deducir reglas adicionales, teoremas y otras propiedades del sistema, el álgebra booleana a menudo emplea los siguientes postulados:
Cerrado. El sistema booleano se considera cerrado con respecto a un operador binario si para cada par de valores booleanos se produce un solo resultado booleano. Conmutativo. Se dice que un operador binario " º " es conmutativo si A º B = B º A para todos los posibles valores de A y B. Asociativo. Se dice que un operador binario " º " es asociativo si (A º B) º C = A º (B º C) para todos los valores booleanos A, B, y C.Distributivo. Dos operadores binarios " º " y " % " son distributivos si A º (B % C) = (A º B) % (A º C) para todos los valores booleanos A, B, y C. Identidad. Un valor booleano I se dice que es un elemento de identidad con respecto a un operador binario " º " si A º I = A. Inverso. Un valor booleano I es un elemento inverso con respecto a un operador booleano " º " si A º I = B, y B es diferente de A, es decir, B es el valor opuesto de A
CODIGOS
CODIGOS
CODIGOS BINARIOS
los sistemas digitales usan señales eléctricas para representar dos posibles valores o estados que asociamos con cierto o falso. Como ya vimos también, para expresar información en estos sistemas hacemos uso de los números binarios ya que con ellos podemos representar los dos estados estables de los sistemas digitales a través del 0 y el 1 (y que podemos usar una combinación de éstos para representar cualquier cantidad). Muy bien, pero los sistemas digitales electrónicos pueden ser usados para procesar información discreta de cualquier tipo ya sean números decimales, letras, colores, etc y es por ésto que en la mayoría de los casos se hace conveniente el expresar la información que se desea procesar de una forma que sea más manejable. Es aquí donde entran los códigos binarios. Como les dije en el tema pasado, al elemento mínimo de un número binario se le conoce como bit. Un bit no es más que un código binario que sólo puede representar los dos estados estables. Un bit es por definición un dígito binario. Si se quieren expresar un número de elementos de 2n se requerirán entonces n bits para expresar dicho número de elementos. Por ejemplo si se quieren representar 4 posibilidades se requerirán entonces 2 bits ya que 22 = 4 (y de hecho estas combinaciones son 00 01 10 y 11 que, fácilmente verificable, representan los números decimales del 0 al 3). Si se quieren representar 8 elementos entonces se requieren 3 bits ya que 23 = 8 (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111, en decimal del 0 al 7). En resumen, con n bits se pueden representar 2n opciones que irán desde 0 hasta 2n – 1. Ahora bien, no siempre se requerirá expresar una cantidad exacta de una potencia de 2. Por ejemplo si queremos mostrar las posibilidades en los dígitos decimales requeriremos de 10 combinaciones. Por supuesto, tendremos que usar cuatro bits ya que con tres sólo podremos representar 8 de ellas. Con los cuatro bits tenemos un exceso pero lo que se hace es ignorar el resto de las combinaciones.
CODIGOS DECIMALES
Entre los códigos binarios tenemos algunos que se usan para representar dígitos decimales. Las formas para representar los números decimales con códigos binarios es muy variada y depende de la lógica que se use. El más usado de todos estos códigos es el BCD (por sus siglas en inglés de “Binary Coded Decimal” o “decimal codificado en binario”). En este caso se usa una relación directa para expresar los dígitos decimales. ¿Qué quiero decir con directa? Pues bien, que al convertir el número binario a decimal obtendrás el dígito decimal en cuestión. Por ejemplo para expresar el (0)10 usamos 0000, para el (5)10 0101 y para el (9)10 1001 (más adelante mostraré una tabla con todas las combinaciones). La forma de calcular el número binario para representar el dígito decimal viene dada por la fórmula explicada en el tema anterior pero para realizar un cálculo rápido recuerden que la carga del primer dígito binario representa 8, la del segundo 4, la del tercero 2 y la del cuarto y último representa 1. Por supuesto que en BCD no existen 1100, 1010, etc ya que éstas no muestran ningún dígito decimal. Otro ejemplo:
para representar el dígito decimal 6 en código BCD sería: 0110 ya que: 0 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1 = 6
SISTEMAS NUMERICOS
SISTEMAS NUMERICOS
Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas que permiten representar datos numéricos. Los sistemas de numeración actuales son sistemas posicionaleS, que se caracterizan porque un símbolo tiene distinto valor según la posición que ocupa en la cifra.
La base de un sistema numérico radica en la cantidad de dígitos diferentes que son necesarios para representar las cifras. Por ejemplo, a continuación se puede apreciar la cantidad de dígitos diferentes que emplea un sistema numérico en particular, de acuerdo con su correspondiente base numérica:
BASE NUMÉRICA DÍGITOS EMPLEADOS
Binaria(2) 0 y 1 2 Octal(8) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 8 Decimal(10) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9 10 Hexadecimal(16) 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B,C, D, E y F 16
SISTEMAS ANALOGICOS
SISTEMAS ANALOGICOS
Se dice que un sistema es analógico cuando las magnitudes de la señal se representan mediante variables continuas, esto es análogas a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. Así, una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos. Una magnitud digital es aquella que toma un conjunto de valores discretos.
La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativa mente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varía entre, por ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejemplos de magnitudes analógicas son el tiempo, la presión, la distancia, el sonido.
Señal Analógica
Una señal analógica es un voltaje o corriente que varía suave y continuamente. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.
Señal Digital
Las señales digitales, en contraste con las señales analógicas, no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.
SISTEMAS DIGITALES
SISTEMAS DIGITALES
Un computador digital, como su nombre lo indica, es un sistema digital que realiza diversas operaciones de cómputo. La palabra Digital implica que la información que se representa en el computador por medio de variables que toman un número limitado de valores Discretos o cuantificados. Estos valores son procesados íntimamente por componentes que pueden mantener un número limitado de estados discretos. Los dígitos decimales por ejemplo, proporcionan 10 valores discretos ( 0 .. 9 ). Como sabemos en la práctica, los computadores funcionan más confiable mente si sólo utilizan dos estados equiparables. Debido al hecho que los componentes electrónicos atienden a dos estados ( encendido / apagado ) y que la lógica humana tiende a ser binaria ( esto es, cierto o falsa, si o no ) se utiliza el sistema binario y se dice que son binarias.
Los computadores digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en los computadores digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.
La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan un a variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 [volts 1 para representar el binario "I" y 0.5 [volts 1 para el binario "0". La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.
EL TRANSISITOR
EL TRANSISITOR
Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:
1. FUNCIONAMIENTO BASICO
Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor.
Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lámpara.
2. POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR
Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.
Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza directamente y la unión base - colector inversamente.
COMPUERTAS LOGICAS
COMPUERTAS LOGICAS
Las compuertas lógicas son bloques de construcción básica de los sistemas digitales; operan con números binarios, por lo que se les denomina puertas lógicas binarias.
En los circuitos digitales todos los voltajes, a excepción de las fuentes de alimentación, se agrupan en dos posibles categorías: voltajes altos y voltajes bajos.
Todos los sistemas digitales se construyen utilizando básicamente tres compuertas lógicas básicas, estas son las AND, OR y NOT; o la combinación de estas.
¿Qué es TTL?
Acrónimo inglés de Transistor-Transistor Logic o Lógica Transistor a Transistor". Tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lógica son transistores, así como los elementos de salida del dispositivo.
EL TRANSISTOR COMO ELEMENTO DE COMPUTACION
EL TRANSISITOR COMO ELEMENTO DE COMPUTACION
Una de las primeras computadoras de la historia la ENIAC (las siglas en inglés de Electronic Numerical Integrator and Computer que significa Integrador Numérico Electrónico y Computadora); pesaba 30.000 kilogramos, en parte gracias a sus más de 17.000 tubos de vacío. Estaba claro que los transistores cambiarían la ingeniería de las computadoras logrando la fabricación de aparatos mucho más pequeños, eficientes, portátiles y que no generaran tanto calor como el producido por los bulbos.
Los transistores de germanio fueron los que comenzaron la era de la computación, pero los transistores de silicio revolucionaron la industria.
En 1954, George Teal, un científico de la Texas Instruments, creó el primer transistor de silicio. Pronto los fabricantes desarrollaron métodos para la producción en masa de transistores de silicio, los cuales eran más baratos y confiables que los transistores de germanio.
Los transistores de silicio funcionaban de manera excelente en las computadoras. Gracias a estos transistores las computadoras podían realizar grandes cantidades de cálculos en menor tiempo. La capacidad de comportarse como interruptores de los transistores es lo que permite a las computadoras realizar operaciones lógicas muy complejas. Esto se da gracias a la naturaleza binaria de la tecnología digital, en la que la electricidad de los circuitos electrónicos funciona en dos estados que simulan 1 y 0 como en el sistema numérico binario. Este es el lenguaje de las computadoras, la corriente eléctrica que fluye por los circuitos actúa en dos estados y esto se logra gracias a los transistores que actúan como interruptores. Un chip puede contener millones de transistores microscópicos que realizan cambios entre un estado y el otro continuamente actuando a modo de operaciones lógicas, las cuales permiten la realización de millones de complejos cálculos por segundo.
En un chip de computadora los transistores no son componentes individuales, forman parte de lo que se llama un circuito integrado, también conocido como microchip, en el que muchos transistores trabajan en combinación para completar los cálculos. Un circuito integrado es una pieza de material semiconductor lleno de transistores y otros componentes electrónicos.
Las computadoras utilizan esas corrientes eléctricas a modo de matemáticas Booleanas para tomar decisiones. Para decirlo de manera sintética las matemáticas Booleanas sirven para realizar operaciones lógicas y de decisión, gracias a éstas las computadoras generan complejos cálculos.
Las computadoras necesitan millones o incluso miles de millones de transistores para hacer todas las tareas que se requieren por el usuario. Gracias a la accesibilidad y pequeño tamaño de los transistores, los cuales son mucho más pequeños que el diámetro de un cabello humano, los ingenieros electrónicos pueden incluir cantidades inconmesurables de éstos en las computadoras y otros dispositivos relacionados.
DIODO COMO RECTIFICADOR
EL DIODO COMO RECTIFICADOR
Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán. Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.
DIODO
EL DIODO
Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representación simbólica muestra la dirección en la que fluye la corriente.
Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico. Constan de la unión de dos tipos de material semiconductor, uno tipo N y otro tipo P, separados por una juntura llamada barrera o unión. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio. El diodo se puede puede hacer funcionar de 2 maneras diferentes:
Polarización directa:
Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del ánodo A al cátodo K, siguiendo la ruta de la flecha (la del diodo). En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito. El diodo conduce.
Diodo en polarización directa
Polarización inversa:
Cuando una tensión negativa en bornes del diodo tiende a hacer pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto. El diodo está bloqueado.
Diodo en polarización inversa
MATERIALES SEMICONDUCTORES
MATERIALES SEMICONDUCTORES
Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.
En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.
CONDENSADOR
CAPACITANCIA Y CAPACITOR
La capacitancia es un parámetro del condensador electrico / capacitor eléctrico que indica la capacidad de almacenamiento de carga que éste tiene y su unidad es el Faradio.
Esta unidad es muy grande y para representar valores comerciales de este elemento se utilizan los submúltiplos del Faradio, como por ejemplo:
- El uF (microfaradio) - El pF (picofaradio) - El nF (nanofaradio), etc.
En condensador eléctrico es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente. El condensador eléctrico o capacitor eléctrico almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar.
El símbolo del capacitor se muestra a continuación:
La capacidad depende de las características físicas del condensador: - Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta - Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad - El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta la capacidad - Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada.
POTENCIA ELECTRICA
POTENCIA ELECTRICA
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.
LEY DE OHM
LEY DE OHM
La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
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1.Tensión o voltaje "E", en volt (V).
2.Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).
3.Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.
4.Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la. circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.
Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
RESISTENCIA
RESISTENCIA ELECTRICA
La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia eléctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia eléctrica se mide en Ohm (O). El elemento circuital llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito.
A.- Electrones fluyendo por un buen conductor eléctrico, que ofrece baja resistencia.
B.- Electrones fluyendo por un mal conductor. eléctrico, que ofrece alta resistencia a su paso. En ese caso los electrones chocan unos contra otros al no poder circular libremente y, como consecuencia, generan calor.
CORRIENTE ELECTRICA
CORRIENTE ELECTRICA
La corriente eléctrica es una corriente de electrones que atraviesa un material.Algunos materiales como los "conductores" tienen electrones libres que pasan con facilidad de un átomo a otro. Estos electrones libres, si se mueven en una misma dirección conforme saltan de un átomo a átomo, se vuelven en su conjunto, una corriente eléctrica. Para lograr que este movimiento de electrones se de en un sentido o dirección, es necesario una fuente de energía externa. Cuando se coloca un material eléctricamente neutro entre dos cuerpos cargados con diferente potencial (tienen diferente carga), los electrones se moverán desde el cuerpo con potencial más negativo hacia el cuerpo con potencia más positivo. Los electrones viajan del potencial negativo al potencial positivo. Sin embargo se toma por convención ( Ver teoría del Fluido de Benjamín Franklin) que el sentido de la corriente eléctrica va desde el potencial positivo al potencial negativo.
Corriente continua (C.C.): a esta también se la conoce como corriente directa (C.D.) y su característica principal es que los electrones o cargas siempre fluyen, dentro de un circuito eléctrico cerrado, en el mismo sentido. Los electrones se trasladan del polo negativo al positivo de la fuente de FEM. Algunas de estas fuentes que suministran corriente directa son por ejemplo las pilas, utilizadas para el funcionamiento de artefactos electrónicos. Otro caso sería el de las baterías usadas en los transportes motorizados. Lo que se debe tener en cuenta es que las pilas, baterías u otros dispositivos son los que crean las cargas eléctricas, sino que estas están presentes en todos los elementos presentes en la naturaleza. Lo que hacen estos dispositivos es poner en movimiento a las cargas para que se inicie el flujo de corriente eléctrica a partir de la fuerza electromagnética. Esta fuerza es la que moviliza a los electrones contenidos en los cables de un circuito eléctrico. Los metales son los que permiten el mejor flujo de cargas, es por esto que se los denomina conductores.
Corriente alterna (C.A.): a diferencia de la corriente anterior, en esta existen cambios de polaridad ya que esta no se mantiene fija a lo largo de los ciclos de tiempo. Los polos negativos y positivos de esta corriente se invierten a cada instante, según los Hertz o ciclos por segundo de dicha corriente. A pesar de esta continua inversión de polos, el flujo de la corriente siempre será del polo negativo al positivo, al igual que en la corriente continua. La corriente eléctrica que poseen los hogares es alterna y es la que permite el funcionamiento de los artefactos electrónicos y de las luces.
VOLTAJE
VOLTAJE
El voltaje es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro. En cada país el voltaje estándar de corriente eléctrica tiene un número específico, aunque en muchos son compartidos. Por ejemplo, en la mayoría de los países de América Latina el voltaje estándar es de 220 voltios. La corriente eléctrica se genera por un traslado o traspaso de cargas enérgicas, lo cual se conoce como Ley de Henry, y podría resumirse el proceso de la siguiente manera: dos puntos, pongamos A y B, tienen diferencia de potencial pero aún así son unidos por un conductor. Esto provocará un flujo o traspaso de electrones, entonces del punto A que posee mayor potencial se producirá el traspaso de una parte de la carga, mediante el conducto, al otro punto (B) que posee menor potencial. El traspaso cesará solo cuando ambos puntos A y B igualen su capacidad de potencial eléctrico. Ese traspaso descripto es lo que comúnmente conocemos como corriente eléctrica.
lunes, 27 de abril de 2015
UNIDAD1
VOLTAJE
CORRIENTE ELECTRICA
RESISTENCIA ELECTRICA
LEY DE OHM
POTENCIA ELECTRICA
CAPACITANCIA Y CAPACITOR
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