Otros tipos de circuitos integrados

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CURSOS DE CAPACITACION POR COMPETENCIAS
Objetivo:
Conocer el Circuito integrado.
Identificar su tipo y configuración interna.
Nomenclatura del Circuito Integrado.
Voltaje de operación según Hojas de Datos (DATA SHEET).
Conexiones y circuitos con otros componentes.
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una
estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, de algunos milímetros
cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante
fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El
encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el CI y
un circuito impreso.
Historia
Geoffrey Dummer en los años 1950.
En abril de 1949, el ingeniero alemán Werner Jacobi1 (Siemens AG) completa la primera
solicitud de patente para circuitos integrados con dispositivos amplificadores de semiconductores.
Jacobi realizó una típica aplicación industrial para su patente, la cual no fue registrada.
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Más tarde, la integración de circuitos fue conceptualizada por el científico de radares Geoffrey
Dummer (1909-2002), que estaba trabajando para la Royal Radar Establishment del Ministerio de
Defensa Británico, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950.
El primer circuito integrado fue desarrollado en 1959 por el ingeniero Jack S. Kilby (19232005) pocos meses después de haber sido contratado por la firma Texas Instruments. Se trataba de
un dispositivo de germanio que integraba seis transistores en una misma base semiconductora para
formar un oscilador de rotación de fase.
En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la enorme
contribución de su invento al desarrollo de la tecnología.
Robert Noyce desarrolló su propio circuito integrado, que patentó unos seis meses después.
Además resolvió algunos problemas prácticos que poseía el circuito de Kilby, como el de la
interconexión de todos los componentes; al simplificar la estructura del chip mediante la adición de
metal en una capa final y la eliminación de algunas de las conexiones, el circuito integrado se hizo
más adecuado para su producción en masa. Además de ser uno de los pioneros del circuito
integrado, Robert Noyce también fue uno de los co-fundadores de Intel Corporation, uno de los
mayores fabricantes de circuitos integrados del mundo.
Son tres las ventajas más importantes que tienen los circuitos integrados sobre los
circuitos electrónicos construidos con componentes discretos: su menor costo; su mayor
eficiencia energética y su reducido tamaño. El bajo costo es debido a que los CI son
fabricados siendo impresos como una sola pieza por fotolitografía a partir de una oblea,
generalmente de silicio, permitiendo la producción en cadena de grandes cantidades, con
una muy baja tasa de defectos. La elevada eficiencia se debe a que, dada la
miniaturización de todos sus componentes, el consumo de energía es considerablemente
menor, a iguales condiciones de funcionamiento que un circuito electrónico homólogo
fabricado con componentes discretos. Finalmente, el más notable atributo, es su reducido
tamaño en relación a los circuitos discretos; para ilustrar esto: un circuito integrado puede
contener desde miles hasta varios millones de transistores en unos pocos milímetros
cuadrados.
Clasificación
Atendiendo al nivel de integración -número de componentes- los circuitos integrados se
pueden clasificar en:
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SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: de 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a 1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a 10.000 transistores
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VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande: 10.001 a 100.000 transistores
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
GLSI (Giga Large Scale Integration) giga grande: más de un millón de transistores
En cuanto a las funciones integradas, los circuitos se clasifican en dos grandes grupos:
Circuitos integrados analógicos.
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre
ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o
incluso receptores de radio completos.
Circuitos integrados digitales.
Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT) hasta los más
complicados microprocesadores o micro-controladores.
El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una
cantidad enorme de dispositivos microelectrónicos interactuados, principalmente diodos y transistores,
además de componentes pasivos como resistencias o condensadores.
Fig. Diferentes tipos de "chips" pastillas o Circuitos Integrados
Existen tres tipos de circuitos integrados:
-Circuito monolítico: La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es
apropiada porque los componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de
circuito integrado, ya que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos
integrados monolíticos para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles
se pueden utilizar como amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM,
circuito de televisión y circuitos de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría
de ellos son del tamaño de un transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de
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máxima potencia menor que 1W. Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio,
pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
-Circuito híbrido de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero además, contienen
componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D – D/A se
fabricaron en tecnología híbrida hasta que progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias
precisas.
-Circuito híbrido de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen
contener circuitos monolíticos sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc., sobre un sustrato
dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se
ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como
metálicas, dependiendo de la disipación de potencia que necesiten. En muchos casos, la cápsula no
está “moldeada”, sino que simplemente consiste en una resina epoxi que protege el circuito. En el
mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF, fuentes de alimentación, circuitos de
encendido para automóvil, etc.
Otros tipos de circuitos integrados
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SERIE 4XXX.
Serie C-MOS de las series 40XX y 45XX alimentación 3 a 15/18 V
MEMORIAS.
Eprom, EEprom, RAM
Microcontroladores.
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Series Microchip (Pic de 8, 18, 20 y 28 pines)
Series Atmel
Serie Motorola
Serie Philips
SERIE 74FXX.
Serie 74FXX Lógica rápida alimentación 5V +/- 10%
SERIE 74HCXXX Y 74HCTXXX
Serie 74HCXX C-MOS rápido alimentación de 2 a 6 V
Serie 74HCTXX C-MOS rápido alimentación de 4,5 a 5,5 V
SERIE 74LSXXX
Serie 74LSXXX Lógica estándar 5V +/- 10%
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RECOMENDACIONES PARA LAS PRACTICAS
1. Trabajo previo a la práctica.
El alumno debe realizar el siguiente trabajo antes de la asistencia a las sesiones prácticas
de laboratorio:
- Conocer la distribución de la tablilla de pruebas o "protoboard".
- Medir previamente el voltaje de la fuente que va a suministrarse al "protoboard".
Recuerda que para tecnología TTL 74XX máximo es 5.5 Vdc.
- Identificar la nomenclatura del C.I. a utilizar, su voltaje de operación y la distribución
interna con que cuenta.
- Traer el diagrama electrónico NORMALIZADO, del diseño de la práctica hecho,
comprobado y bien estudiado.
- Preparar una estrategia para comprobar el funcionamiento del circuito (señales de
entrada, salidas, puntos intermedios).
- Realizar el circuito de la practica en algún software de simulación.
Conceptos básicos:
Protoboard: El protoboard es un tablero en donde insertas componentes electrónicos y
cables para armar un circuito. Cada línea del protoboard conduce como vemos a
continuación.
Las líneas azul buses, van horizontales y de preferencia deben llevar Gnd. o 0V, las líneas
rojas se conocen también como buses, y de preferencia deben llevar el POSITIVO o "+", y
las líneas verdes llamadas pistas, ellas no se tocan. Observe que son 5 pines o orificios
que tienen continuidad en las pistas.
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El canal central se utiliza para colocar los circuitos integrados, Recuerde, la línea roja es
positiva(+), o voltaje o Vcc y la azul negativa(-) ó tierra o GND.
Fig. Colocación de un Circuito integrado correctamente en el protoboard.
Ejemplo: La puerta lógica NOT (7404)
El diagrama del conexionado del circuito integrado es el siguiente:
El diagrama muestra el interior del circuito integrado, los números del 1 al
14 son las patillas metálicas del circuito integrado (CI), para localizar la patilla correcta el
CI viene con una marca, o muesca, a partir de ella se cuenta de izquierda a derecha del 1
al 14 como vemos a continuación: En TTL en pin 12 es Vcc o "+", y el pin 7 es Gnd. o
"0V".
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Ejemplo: Coloque conductores ROJOS para el Vcc, Negros para Gnd, o "0V",
entradas amarillo y salidas Verde. Lo recomendable es utilizar diferentes colores para
identificar rápidamente errores y comprobar niveles lógicos.
Resistencia de polarización
El término es ampliamente utilizado como resistencia pull-up, o resistencia de polarización para
indicar a aquella que posee uno de sus terminales al positivo de la fuente de alimentación. Entre
sus diferentes usos encontramos los siguientes:

Polarizaciones, como por ejemplo para los transistores, se conectaría a la alimentación del
colector y otro a la salida del mismo.

Elevación de la tensión de salida para un dispositivo digital.
La figura de PULL-DOWN, proporciona un cero lógico a la entrada de la
compuerta. al oprimir el botón pulsador se cambia a nivel lógico UNO. Se
suelta el botón pulsador y nuevamente es CERO lógico.
La figura de PULL-UP, proporciona un UNO lógico a la entrada de la
compuerta. al oprimir el botón pulsador se cambia a nivel lógico CERO. Se
suelta el botón pulsador y nuevamente es UNO lógico.
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NOTA:
Por lo que NINGUNA patilla de conexión de entrada se debe utilizar
sin alguna de las polarizaciones anteriores, SI LLEGARA a utilizar sin
colocar las resistencias, seguramente será errónea la función y
comprobación de la tabla de verdad.
NIVEL LOGICO: TTL.
Voltajes necesarios para que las compuertas lógicas, reconozcan un cero o un uno lógico,
en sus entradas, y puedan proporcionar la salida deseada.
Una compuerta lógica, nunca debe tener un pin de entrada, al aire, es decir sin conexión
alguna. En la tecnología TTL, la condición anterior, estaría una entrada como un uno
lógico.
Nivel de tensión
(lógico)
HC
TTL
CMOS
Bajo (0)
0 V – 1.0 V
0 V – 0.08 V
O V – 1.5 V
Alto (1)
3.5 V – 5.0 V
3.2 V - 5.0 V
3.5 V – 5.0 V
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Circuito integrado:
Fig. Circuito integrado de 14 pines, Observe la "muesca" o marca, para indicar donde inicia el pin
No. 1, para su configuración interna.
El circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una
pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área,
sobre la que se fabrican en su interior, diferentes tipos de circuitos electrónicos,
generalmente mediante el método de fotolitografía y que está protegida dentro de un
encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos
apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.
TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor logic, es decir, «lógica transistor a
transistor». Es una familia lógica o lo que es lo mismo, una tecnología de construcción de circuitos
electrónicos digitales. En los componentes fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada
y salida del dispositivo son transistores bipolares.



Su tensión de alimentación característica se halla comprendida entre los 4,75V y los 5,25V
(como se ve, un rango muy estrecho). Normalmente TTL trabaja con 5V.
Los niveles lógicos vienen definidos por el rango de tensión comprendida entre 0,0V y 0,8V
para el estado L (bajo) y los 2,8V y Vcc para el estado H (alto).
La velocidad de transmisión entre los estados lógicos es su mejor base, si bien esta
característica le hace aumentar su consumo siendo su mayor enemigo. Motivo por el cual
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

han aparecido diferentes versiones de TTL como FAST, LS, S, etc y últimamente los CMOS:
HC, HCT y HCTLS. En algunos casos puede alcanzar poco más de los 250 MHz.
Las señales de salida TTL se degradan rápidamente si no se transmiten a través de circuitos
adicionales de transmisión (no pueden viajar más de 2 m por cable sin graves pérdidas).
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El circuito integrado, cuenta con una muesca o “índice” para identificar el número de su
patillaje, Circuito integrado de la tecnología TTL, número 7408 que corresponde a cuatro
compuertas AND, de dos entradas.
Fig. Arreglo interno del acomodo de las 4 compuertas en un C.I. 7408 “AND”.
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Fig. Arreglo interno del acomodo de las 4 compuertas en un C.I. 7408 “AND”.
Fig. Arreglo interno del acomodo de las 4 compuertas en un C.I. 7432 “OR”.
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Fig. Arreglo interno del acomodo de las 6 compuertas en un C.I. 7404 “NOT".
Fig. Arreglo interno del acomodo de las 4 compuertas en un C.I. 7400 “NAND".
OR_EXCLUSIVA
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NOR_EXCLUSIVA
CIRCUITO INTEGRADO TEMPORIZADOR PROGRAMABLE.
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Fig. Configuración de blocks internos del C.I. timer o oscilador.
Fig. Disposición de los elementos internos que componen el C.I. LM555
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