La siguiente figura muestra cómo está montada dentro de estos encapsulamientos de plástico DIP la "pastilla de silicón" o wafer:
Se puede encontrar una descripción más a fondo sobre esta tecnología en el siguiente enlace:
http://en.wikipedia.org/wiki/7400
Aunque la familia TTL en cierta forma ya está algo obsoleta, superada por las familias CMOS, los circuitos integrados TTL fueron tan utilizados que aún hay muchos de ellos en operación. Podemos encontrar en Wikipedia un listado de los circuitos integrados que pertenecen a esta familia yéndonos al siguiente enlace:
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_7400_series_integrated_circuits
La familia Schottky TTL
Un paso posterior en la evolución de la familia TTL fue la implementación en los circuitos integrados de la misma de diodos basados en el diodo Schottky, el cual es representado en los diagramas esquemáticos con el siguiente símbolo:
y el cual permitió incrementar de forma considerable la rapidez con la cual los circuitos integrados podían llevar a cabo sus operaciones. La identificación de un circuito integrado de la familia Schottky TTL es la misma que la utilizada por la familia TTL, excepto que para denotar su mayor velocidad se le agrega una "S" intermedia a la nomenclatura de cada componente de la familia. De este modo, el equivalente pin-por-pin del circuito integrado 7400 vendría siendo el circuito integrado 74S00, que a su vez vendría siendo el bloque fundamental de esta familia. La nomenclatura se mantiene constante a través de todos los componentes de esta familia. Por ejemplo, en el circuito integrado 74S32, los primeros dos dígitos "74" indican que es un circuito integrado correspondiente a la familia TTL, los últimos dos dígitos "32" indican que se trata de un paquete que incluye cuatro compuertas OR de dos entradas cada una, y la letra "S" intermedia indica que se trata de un circuito integrado de alta velocidad.
La familia CMOS
Así como Texas Instruments se convirtió en una empresa pionera al introducir la familia lógica basada en la tecnología TTL, también la empresa RCA llevó a cabo el siguiente proceso evolutivo introduciendo como una alternativa a la familia TTL una serie de circuitos integrados basados en una tecnología que requiere un consumo muy bajo de energía: la familia CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). El acrónimo indica que para la construcción de estos circuitos se utiliza ya no el transistor bipolar sino el transistor MOS basado a su vez en el transistor de efecto de campo (field effect transistor), apareado en pares de modo tal que puedan implementar una de varias compuertas lógícas de las maneras que veremos a continuación. La gran ventaja de este tipo de componentes es que presentan una alta impedancia (resistencia eléctrica) de entrada consumiendo por lo tanto muy poca corriente eléctrica. El bajo consumo de corriente eléctrica hace a esta tecnología atractiva en aplicaciones en las cuales es imperativo el ahorro de energía (principalmente artículos electrónicos operados con batería portátil desechable). Sin embargo, su velocidad es inferior a la velocidad de la familia TTL, de modo tal que cada familia tiene aquí sus pros y sus contras.
Por la forma en la cual está integrada la electrónica interna, el "bloque fundamental" de la familia CMOS no es tampoco ninguna de nuestras funciones lógicas básicas (OR, AND, NOT), sino, al igual que en el caso de la familia RTL, puede ser ya sea la función NOR o también la función NAND. El circuito integrado básico de la gran familia progenitora de las compuertas lógicas CMOS es el 4000, basado en los bloques NOR, cuya relación de pins es la siguiente:
A continuación tenemos el "diagrama esquemático" de las funciones proporcionadas por otros de los circuitos lógicos pertenecientes a esta familia:
La tecnología CMOS se ha vuelto tan importante, que no podemos cerrar este Suplemento sin dar una idea así sea generalizada sobre cómo trabaja la electrónica CMOS, para beneficio de los lectores que tengan algunas nociones elementales sobre cuestiones eléctricas.
El punto de partida para poder construír compuertas lógicas mediante tecnología CMOS es la física del funcionamiento del transistor MOSFET (acrónimo del inglés Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, que en español significa "Transistor de Efecto de Campo Metal Oxido Semiconductor) ejemplificado en los siguientes diagramas en los cuales la región de color amarillo es la capa "metálica", la región de color verde es la región de "óxido" y la región de color magenta es el substrato del semiconductor:
El transistor MOS básico es un componente de tres terminales, dos terminales denominadas D (de la palabra inglesa drain que significa drenaje) y S (de la palabra inglesa source que significa fuente) en las cuales se aplica una fuente de voltaje, y una terminal de "control" denominada G (de la palabra inglesa gate que puede tomarse como gatillo o compuerta). Como puede verse en el diagrama de la izquierda, cuando la terminal G está abierta (Open) sin que se le esté aplicando voltaje alguno, entonces la corriente eléctrica que está tratando de enviar el polo positivo de la batería (resaltada en la trayectoria incompleta de color azul) llega hasta la región (de color ciano) denominada N en donde la posible conducción de corriente eléctrica queda detenida al no haber en la región P (de color magenta) camino alguno mediante el cual se pueda completar la trayectoria. La situación cambia por completo cuando en el diagrama de la derecha le aplicamos un voltaje a la terminal G. Al aplicar dicho voltaje, se polarizan las regiones de color amarillo, verde y magenta, de modo tal que mientras en la región de color amarillo se crean cargas eléctricas positivas en la región P de color magenta (que llamaremos el substrato) se crea una contraparte de igual número de cargas eléctricas negativas, formando dentro de la región P un "canal" N de color azul que conecta las dos regiones N, con lo cual se establece un camino para la conducción de energía eléctrica (resaltada en la trayectoria cerrada de color rojo).
El transistor MOSFET cuyo funcionamiento acabamos de ver es un transistor de tipo canal-N (conocido también como transistor NMOS), así llamado porque el "canal" de conducción que permite el paso de corrientes eléctricas funciona a base de cargas eléctricas negativas. Existe otro transistor MOSFET cuyo funcionamiento es parecido al de arriba excepto que dicho transistor es un transistor MOS de tipo canal-P (conocido también como transistor PMOS) en el cual el "canal" de conducción que permite el paso de corrientes eléctricas funciona a base de cargas eléctricas positivas. En los diagramas esquemáticos es posible distinguir el uno del otro porque el primero de ellos (canal-N) se dibuja utilizando una flecha intermedia entre las terminales D y S que siempre apunta hacia adentro, mientras que en el segundo se dibuja una flecha intermedia que siempre apunta hacia afuera como lo muestra el símbolo empleado para este último:
Aunque no entraremos mucho aquí en los detalles técnicos requeridos en los diseños de circuitos que utilizan transistores de efecto de campo, se hará la observación de que mientras que los modelos teóricos utilizados en el transistor bipolar como el que vimos al principio son modelos basados en corrientes eléctricas (la ganancia beta -ó ß- de un transistor bipolar está especificada como la razón entre la corriente del colector y la corriente de la base del transistor bipolar), los modelos teóricos utilizados en el transistor de efecto de campo son modelos teóricos basados en voltajes eléctricos. La diferencia esencial entre un transistor NMOS y un transistor PMOS es que si al transistor NMOS se le aplica un voltaje equivalente al "1" en la terminal G el transistor se cierra (se pone en el estado ON, equivalente al establecimiento del contacto en un interruptor eléctrico) y si se le remueve dicho voltaje poniendo así un "0" en la terminal G el contacto se abre entrando el transistor en el equivalente al estado OFF en un interruptor eléctrico; mientras que en un transistor PMOS la acción es al revés, si se se le aplica un voltaje equivalente al "1" en la terminal G el transistor se abre entrando el transistor en el equivalente al estado OFF en un interruptor eléctrico, y si se le remueve dicho voltaje poniendo así un "0" en la terminal G el contacto se cierra poniéndose el transistor en el estado ON. Esta acción inversora del transistor PMOS frecuentemente se destaca en los diagramas poniendo la famosa burbuja inversora lógica justo en la terminal G del transistor.
El circuito básico para construír un amplificador de voltajes MOSFET que también puede ser utilizado como inversor lógico siempre y cuando los voltajes de entrada y salida estén restringidos a únicamente dos valores con los cuales se definan el "0" y el "1" es el siguiente para un MOSFET de canal-N:
En este circuito elemental, si se utiliza como inversor lógico, la aplicación de un voltaje Vin en la terminal G ocasiona que el transistor MOSFET comience a conducir, con lo cual toda la caída del voltaje de +5 voltios de la fuente de poder ocurrirá a través de la resistencia de carga Rload de 10 mil ohms cuyo uso limita la magnitud de la corriente eléctrica impidiendo un corto circuito, y el voltaje a través del transistor MOSFET será casi cero. Con este circuito, la aplicación a la entrada de un voltaje de +5 voltios tomado como un "1" lógico produce a la salida un voltaje que podemos tomar como cero voltios, o sea un "0" lógico, mientras que la remoción del voltaje a la entrada que equivale "aterrizar" la entrada a un "0" lógico ocasionará que el transistor MOSFET deje de conducir siendo por lo tanto la salida igual a +5 voltios o un "1" lógico. En pocas palabras, cuando la entrada es "1" la salida es "0", y cuando la entrada es "0" la salida es "1". Esta es precisamente la acción del inversor lógico.
Para un MOSFET de canal-N, el circuito requerido para crear un inversor lógico es el siguiente:
Aunque los dos circuitos anteriores pueden ser utilizados como inversores lógicos, existe un diseño mucho más eficiente que prácticamente no consume nada de corriente eléctrica bajo ninguna circunstancia, un diseño basado en el uso de pares complementarios de transistores MOSFET, uno de tipo-P y uno de tipo-N, de lo cual deriva el uso de la palabra "complementario" en el acrónimo C-MOS o Complementary MOS.
En el siguiente diagrama, tenemos un bosquejo sobre cómo trabaja el circuito CMOS más sencillo de todos, un inversor NOT construído con transistores MOS conectados en serie:
Como puede verse en el diagrama de la izquierda, la aplicación simultánea de un voltaje bajo L (del inglés Low, equivalente al "0" lógico) en las terminales G de ambos transistores MOS hace que el transistor superior PMOS conduzca y que el transistor inferior NMOS se abra, lo cual tiene el efecto de "conectar" la salida al voltaje positivo de la fuente. En pocas palabras, un "0" a la entrada produce un "1" a la salida. Y si se aplica un voltaje alto H (del inglés High, equivalente al "1" lógico) en las terminales G de ambos transistores MOS entonces el transistor superior PMOS se abrirá eléctricamente mientras que el transistor inferior NMOS se "cerrará" conectando la salida al polo negativo de la fuente de poder usualmente denominado como "tierra" o "0". En pocas palabras, un "1" a la entrada produce un "0" a la salida. Esta es precisamente la acción requerida del inversor lógico.
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