NIVELES DE ENTRADA Y SALIDA EN LAS COMPUERTAS

Página 1 de 8
FORMATO OFICIAL DE MICRODISEÑO
CURRICULAR
ANEXO 5.1
FORMATO PARA PRACTICAS DE LABORATORIO
FACULTAD:
INGENIERIA
PROGRAMA: ELECTRONICA
NOMBRE DEL CURSO:
DIGITALES I
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
: NIVELES DE SALIDA Y ENTRADA EN LAS
COMPUERTAS
N°
4
DE 15
1. TEMA DE LA PRÁCTICA.
Medir los valores de tensión y corriente de salida/entrada en los niveles 1 y 0 que entregan los CI de
tecnología TTL. En muchos casos prácticos es conveniente conocer estos datos, en especial cuando se
deben controlar dispositivos de salida o se necesita interconectar un CI de diferente tecnología. El
fabricante garantiza unos valores.
2.
OBJETIVOS
Medir y razonar las tensiones y corrientes de salida/entrada correspondientes a los niveles Iógicos, 1 y
0.
3. MATERIALES Y EQUIPOS
1 SN7400 (Quad de 2 entradas).
1SN74LS00
1 Diodo 1N4149 ó equivalente
1 resistencia 560  (1/4 W).
2 Leds
1 Dip suiche.
4. PROCEDIMIENTO
a) NIVELES DE SALIDA ( VOH y VOL)
Página 2 de 8
Estas medidas nos darán cuenta sobre los valores de tensión de salida en los niveles 1 y 0 que
entregan los CI de tecnología TTL. En muchos casos prácticos es conveniente conocer estos
datos, en especial cuando se deben controlar dispositivos de salida o se necesita interconectar
un CI de diferente tecnología. El valor de la Vo varía con la carga; la VOH desciende
conforme aumenta la corriente de salida (Io), y la VOL aumenta. El fabricante garantiza unos
valores.
Datos del fabricante
CI 7400: VOH (min.) = 2,4 V y VOL (max.) = 0,4 V.
CI 74LS00: VOH (min.) = 2,7 V y VOL (max.) = 0,5 V.
Los montajes a realizar son los que se muestran en la figura 1
1
Para hacer esta medida es suficiente conectar el multímetro, como voltímetro, a la salida de la
puerta. Primeramente se hace la medida sin carga y después, puesto que la cargabilidad de
salida (fan out) es igual a 10, simulando una carga equivalente a 10 entradas (la máxima);
corriente de salida de 0,4 mA en el 1 y 16 mA en el 0 (10 unidades de carga). La carga se
simula ajustando el potenciómetro de manera que la corriente de salida sea la equivalente a 10
entradas TTL estandar (caso máximo). Realizar la medida con el 7400 y 74LS00.
Página 3 de 8
b)NIVELES DE ENTRADA (VIH y VIL)
Estas medidas nos darán cuenta sobre los valores de tensión límite de los niveles lógicos 1 y 0
y que, por tanto, pueden empezar a no activar correctamente al circuito.
Conocer estos datos resulta muy importante en especial cuando:
-Se tienen que interconectar CI de diferentes tecnologías.
-Se tiene que activar el circuito digital mediante dispositivos de entrada (fotocélulas,
sensores de temperatura NTC, etc.).
Estos datos los fabricantes los expresan como VIH (para el nivel alto) y VIL (para el nivel
bajo).
Datos del fabricante
Serie 74 (estandar) y serie 74LS: VIH min = 2 V y VIL = 0,8 V.
Desarrollo práctico
El montaje básico a realizar se muestra en la figura 2.
Forma de obtener la tensión de entrada mínima para el 1 (VIH): Se ajusta el potenciómetro P1
de manera que se obtenga la tensión de salida máxima para el 0, o sea, para VOL max = 0,4 V;
la tensión de entrada en este punto es VIHmim. Por debajo de este valor, la tensión del nivel 0
de salida (VOL) ya no es correcta, porque el nivel 1 de entrada es demasiado bajo; se opera
dentro del margen prohibido.
2
Sugerimos también experimentarlo de esta otra forma: Se va ajustando lentamente el
potenciómetro hasta que el LED se apague completamente, y se mide entonces el voltaje en la
entrada; el valor medido puede considerarse el mínimo para el 1 (VHmin)·
Página 4 de 8
Efecto de las entradas sin conectar (flotantes, «al aire»): Analizando el circuito interno de un
circuito TTL ( Totem-pole) se razona que el efecto de las entradas sin conectar, al aire, es
equivalente a si se conectan al nivel 1 (> 2 V). Experimentar este efecto: Comprobar cómo
dejando las entradas al aire de una de las puertas del 7400, el estado de salida es el mismo que
si las entradas estuvieran conectadas al nivel 1. No obstante, no es correcto hacer trabajar así a
los circuitos debido a que son más propensos a captar ruido; las entradas actúan como antenas.
Forma de obtener la tensión de entrada máxima para el 0 (VILmax) Partiendo de una tensión
de entrada de cero voltios (VI = 0 V), potenciómetro al mínimo, se va aumentando lentamente
la tensión de entrada hasta que la tensión de salida llegue al valor mínimo para el 1 (2,4 V); en
este punto se mide la tensión de entrada (VILmax). Por encima de este valor, la tensión del
nivel 1 de salida (VOH) ya no es correcta porque la tensión del nivel 0 de entrada (VIL) es
demasiado alto; se entra en el margen prohibido.
Otra forma de hacerlo puede ser: Partiendo de 0 V de entrada, se va aumentando el voltaje de
entrada hasta que se note que el LED empieza a apagarse; el voltaje de entrada en este punto
lo podemos considerar el máximo para el 0 ( VILmax) ·
c)CORRIENTES DE ENTRADA (IIH e IIL)
Introducción
Al igual que en los ejercicios anteriores, conocer el valor real de las corrientes de entrada
resulta útil cuando se tienen que interconectar CI de diferente tecnología o cuando se tienen
que activar las entradas con dispositivos periféricos como un detector de temperatura, de luz,
etc. El fabricante garantiza unos valores máximos que expresa por IIH e IIL·
Datos del fabricante
Serie 74 estándar: IIH (max.) = 40 A e IIL (max.) = - 1,6 mA.
Serie 74LS: IIH (max.) = 40 A e IIL (max.) = - 0,4 mA.
Desarrollo práctico
Para medir las corrientes de entrada se debe conectar el multímetro como amperímetro, en la
escala adecuada (A o mA), en serie con la entrada (fig. 3). Hay que tener en cuenta que la
corriente de entrada en el nivel bajo, IIL, no aumenta al unir las entradas pero, en cambio, si
en el nivel alto (IIH) (fig. 4). La corriente de entrada es diferente según el nivel lógico de
entrada sea 0 ó 1.
En el caso del estado 1 de entrada, la corriente puede presentar alguna dificultad para medirla
debido a su pequeña magnitud (alrededor de 1 A). El fabricante indica 40 A, pero es como
máximo. Si se unen las entradas, la corriente aumenta; se suman las corrientes, Io cual se
ilustra en la figura 4. Experimentar con el 7400 y 74LS00. En el 7400, para el estado 0 de
entrada (masa, 0 V), se ha medido una corriente del orden de 1 mA, y no aumenta aunque se
unan las entradas.
Página 5 de 8
4
d)CORRIENTES DE SALIDA (IOH,, IOL)
Introducción
Conocer esta característica de salida resulta especialmente interesante de cara al control de
dispositivos de salida como los LED, excitar transistores, activar pequeños reles, etc. Sobre la
corriente de salida de los circuitos digitales aparecen varias cuestiones. Los fabricantes
garantizan unos valores máximos de corriente de salida, que se expresan por IOH e IOL, para
unos valores de tensión de salida y para efectos de fan-out (cargabilidad de salida) y margen
de ruido. Se puede obtener mayor corriente de salida, pero entonces varía la Vo y puede
apartarse de los márgenes correctos para excitar otros circuitos, con lo que se perturba la
fan-out y disminuye el margen de ruido. La VOH disminuye conforme la IOH aumenta, y la
VOL aumenta conforme la IOL aumenta.
Datos del fabricante
Serie 74 estandar: IOH = 400 A e IOL = - 16 mA.
Página 6 de 8
Serie 74 LS: IOH = 400 ,A e IOL = - 8 mA.
Desarrollo práctico
Se trata de medir las corrientes máximas de salida en los niveles 1 y 0 sin que los niveles de
tensión se aparten de sus valores límites. O sea, IOHmax para VoH > 2,4 V e IOLmax para
VOL 0,4 V.
5
Medida de la IOH
El circuito empleado para esta medida es el de la figura 5 a.
La carga es simulada mediante el potenciómetro P1 y la resistencia R1. La misión de R1 es
limitar la corriente de salida. Para R1 = 2K2, el valor máximo de corriente de salida (para
VOH = 2,4 V) es:
IOH = VOH / R = 2,4 V/2200  = 1,2 mA
Para fines de experimentación, interesa poder superar la corriente típica máxima de salida de
0,4 mA (400 A), por lo cual se ha tomado este valor de R1.
Forma de operar. Se ajusta el potenciómetro de manera que se mida una corriente de 0,4 mA;
la tensión de salida debe ser superior a 2,4 V (VOHmin)· Según experiencias del autor, se ha
medido una tensión de 3,7 V, lo cual indica que puede suministrar perfectamente la corriente
de 0,4 mA garantizada por el fabricante con una tensión de salida más alta que la mínima
garantizada (2,4 V). No obstante, estos valores pueden variar según el CI, temperatura, etc.
Página 7 de 8
Otro criterio de evaluación de este parámetro consiste en medir la corriente máxima de salida
que se puede obtener para la tensión límite de salida de 2,4 V; así se han obtenido unos 3 mA
(R1 = 560 ).
Medida de la IOLmax
Básicamente, se trata de comprobar que se puede conseguir una corriente, al menos, de 16 mA
sin que la tensión de salida llegue al valor máximo de 0,4 V ( VOLmax)
El circuito de medida es el de la figura 5 b.
Al igual que en el caso anterior, la resistencia R1 es para limitar la corriente de salida con el
fin de evitar el deterioro del CI si se pone el potenciómetro en su valor mínimo de resistencia.
Considerando una corriente de salida máxima de IOL = 17 mA y VOL = 0,4 V, se tiene:
R1 = ( Vcc - VOLmax )/ IOLmax = ( 5 - 0,4 )/ 0,017 A = 275 
Forma de operar. Se ajusta el potenciómetro hasta medir una corriente de salida de 16 mA, y
en este punto se mide la tensión de salida, que debe ser menor a 0,4 V. Según datos del autor,
se han medido unos 17 mA para 0,3 V. Y para Vo = 0,4 V se han obtenido unos 40 mA. Así,
pues, debe quedar claro que los valores de Io que se indican en los catálogos de los fabricantes
son garantizando unos voltajes de salida, y para efectos de margen de ruido y fan out.
Pero se pueden conseguir valores más altos funcionando normalmente. Por ejemplo,
conectando directamente un LED, sin resistencia, la Vo queda a 1,9 V y la IOH a 13 mA. Un
dato más que proporcionan los fabricantes relativo a esto es la corriente en cortocircuito, que
expresan por Ios, y que en el 7400 indican un máximo de 55 mA; en la práctica, se han
medido unos 50 mA.
5.
EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE:
25
% DE LA NOTA GLOBAL
5.1 PRESENTACIÓN DE INFORME ESCRITO
25 %
5.2 CALIDAD DEL MONTAJE REALIZADO
25 %
5.3 DESEMPEÑO DEL ESTUDIANTE DURANTE LA PRÁCTICA
50 %
5.4 OTRA
6.
BIBLIOGRAFÍA
7.
Aprobación Oficial.
7.1 Aprobación Inicial.
%
Página 8 de 8
7.2 Modificaciones
OBSERVACIONES
DILIGENCIADO POR
FECHA DE DILIGENCIAMIENTO: