ELD - Eletrônica Digital Aula 2 Famílias Lógicas. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

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Isaque Amado Mangueira
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2 Agenda - Contextualização - Elementos Básicos (Fonte de Tensão, Chaves e LEDs) - O Transistor - Sinais de Entrada e Saída - Famílias Lógicas (TTL e CMOS)

3 Contextualização: sinais analógicos x sinais digitais Sinais Analógicos - conjunto contínuo de infinitos valores Sinais Digitais conjunto finito de valores discretos

4 Contextualização: Sistemas Digitais - Facilidade de projetar e armazenar informações; - Flexibilidade (programação); - Maior exatidão e integração; - Maior imunidade a ruídos. Necessidade de digitalizar, processar e reconverter para o mundo analógico (limitações de velocidade).

5 Contextualização: Evolução dos Sistemas Digitais - Válvulas (dimensões elevadas, grande consumo de energia e dissipação de calor) - Transistor 1947 (revolucionou a telefonia e eletrônica, com menor dimensão e consumo) - CI (Circuito Integrado)

6 Elementos Básicos: Fonte de Tensão Ground = terra Voltagem de Coletor (VCC) Voltagem de Dreno (VDD)

Veja o vídeo: https://www.youtube.com/watch?

7 Veja o vídeo: Elementos Básicos: LED O LED (Light Emitting Diode) é um componente eletrônico semicondutor (diodo), que tem a propriedade de transformar energia elétrica em luz, em estado sólido. Portanto um LED é um Diodo Emissor de Luz. O LED é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado anodo e outro, chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente elétrica e, consequentemente, a geração ou não de luz. Observações: IR=IL 1º VR=VT-VL 2º R=VR/IL 3º PR=VR*IR

8 Elementos Básicos: Interruptor ou Chave liga-desliga

9 Transistor Bipolar - BJT (bipolar junction transistor) é o tipo de transistor mais comum. - Única invenção da engenharia que rendeu um prêmio Nobel em Componente eletrônico usado como chave e amplificador.

10 Transistor como chave Transistor bipolar operando como chave.

11 Transistor como chave

12 Tipos de saídas Saída Coletor Aberto Saída Totem-Pole

13 Tipos de saídas Saída Tri-State

Entrada Schmitt-Trigger - Quando o nível de tensão de entrada é maior que um limiar escolhido, a saída está em nível alto; - Quando a entrada está abaixo de outro limiar, a saída está em nível baixo;

14 Entrada Schmitt-Trigger - Quando o nível de tensão de entrada é maior que um limiar escolhido, a saída está em nível alto; - Quando a entrada está abaixo de outro limiar, a saída está em nível baixo; - Quando a entrada se encontra entre os dois limiares, a saída retém o valor anterior até a entrada se alterar suficientemente para mudar o estado do disparador. - A ação dos dois limiares é chamada de histerese. O benefício de um disparador Schmitt sobre um circuito com somente um ponto limiar de entrada é uma estabilidade maior (imunidade ao ruído).

15 Entradas flutuantes As entradas TTL flutuantes funcionam como uma lógica 1 } A medição da tensão pode parecer indeterminada, mas o dispositivo se comporta como se houvesse um na entrada flutuante } Entradas flutuantes CMOS podem causar superaquecimento e danos ao aparelho } A melhor prática é conectar todas as entradas não utilizadas em nível alto ou baixo

16 Atraso de Propagação TP HL - Time Propagation High to Low (Tempo de propagação de alto para baixo). TP LH - Time Propagation Low to High (Tempo de propagação de baixo para alto).

17 Margem de ruído Margem de ruído para nível alto: V NH = V OH(min) - V IH(min) Margem de ruído para nível baixo: V OH(min) - Tensão mínima de saída em nível alto. V OL(max) - Tensão máxima de saída em nível baixo. V IH(min) - Tensão mínima de entrada em nível alto. V IL(max) - Tensão máxima de entrada em nível baixo. V NL = V IL(max) - V OL(max)

I IL (máx) = Corrente de entrada máxima em nível baixo.

18 Fan-Out Definido como o número máximo de entradas lógicas que uma saída pode acionar com segurança. I IH (máx) = Corrente de entrada máxima em nível alto. I IL (máx) = Corrente de entrada máxima em nível baixo. I OH (máx) = Corrente de saída máxima em nível alto. I OL (máx) = Corrente de saída máxima em nível baixo.

19 Principais Famílias Lógicas RTL Lógica resistor-transistor DTL Lógica diodo-transistor DCTL Lógica transistor de acoplamento direto TTL Lógica transistor-transistor ECL Lógica emissor-acoplado MOS Metal Oxide Semicondutor PMOS Lógica MOSFETs de canal p NMOS Lógica MOSFETs de canal n CMOS Lógica MOSFETs complementares

20 Família RTL

21 Família TTL (Transistor-Transistor Logic) Utilizam transistores bipolares como principal componente nos circuitos. Desenvolvida pela Texas (TI) família mais popular, durante um longo período. Duas séries: 54 para uso militar - temperatura de operação [ graus Celsius] 74 para uso comercial - [0..70 graus Celsius] Níveis Lógicos de tensão:

22 Família TTL Classificação quando a integração SSI - Small Scale Integration MSI - Medium Scale Integration Integração em Pequena Escala: 1 a 12 portas lógicas Integração de Média Escala: 13 a 99 portas LSI - Large Scale Integration ou Integração em Grande Escala: 100 a 999 portas VLSI - Very Large Scale Integration ou Integração em Escala Muito Grande: mais de 1000 portas ou funções lógicas em um único CI. Classificação quando a implementação dos circuitos 74 Padrão 74S Schottky 74LS Low Schottky 74AS Advanced Schottky 74F Fast

23 Família TTL Valores típicos:

24 Família TTL Exemplos de CIs:

25 Encapsulamentos de CIs Pacote Duplo em Linha DIP (Dual In-Line Package) Pacote com Estrutura Pequena e Fina TSOP (Thin Small Outline Package)

26 Encapsulamentos de CIs Encapsulamento Quadrado QFP (Quad Flat Package) Matriz de Pinos PGA (Pin Grid Array)

27 Encapsulamentos de CIs Matriz de Bolas BGA( Ball Grid Array)

28 Folha de Dados - Data Sheet

29 Folha de Dados - Data Sheet Inversor Schmitt-Trigger

30 Família CMOS Transistores MOSFET - Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; - São de fabricação simples e ocupa menos espaço; Transistores MOSFET como chave

31 Família CMOS Transistores MOSFET - Evitam o uso de resistores nos circuitos; - Baixo consumo de energia; - Possibilidades de danos no manuseio devido a eletricidade estática.

32 Veja o vídeo: Família CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - Utiliza MOSFET complementar (canal-p e canal-n); - Não utiliza resistores; - Baixo custo de fabricação; - Menor consumo e menor espaço ocupado. - Maior atraso de propagação; - Sensibilidade à eletricidade estática; - Menor velocidade de operação. SÉRIE 4XXXX 74CXXX 74HCXXX 74HCTXXX 74ACXXX 74ACTXXX CARACTERÍSTICAS Série padrão caracterísitcas iguais à série 4XXXX e pinagem igual a TTL High Speed CMOS, pinagem equivalente a TTL alta velocidade idem ao 74HCXXX, porém, níveis lógicos compatíveis com TTL CMOS alta velocidade, série avançada idem ao 74ACXXX, porém com níveis lógicos compatíveis com TTL

33 Família CMOS Valores típicos:

34 Família CMOS: Exemplos de CIs: CD Datasheet

35 Resultado da Sondagem de Conhecimentos Propriedades Lógicas Tabela Verdade Ruim 32% Ótimo 49% Ruim 32% Ótimo 49% Reg-Bom 19% Reg-Bom 19% Função Lógica GERAL Ruim 32% Ótimo 49% Ruim 32% Ótimo 49% Reg-Bom 19% Reg-Bom 19%

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