Compuertas Lógicas
Introducción:
Introducción:
En este primer laboratorio se busca verificar de manera practica y teórica el comportamiento de las compuertas lógicas más básicas, como lo pueden ser las compuertas NOT , AND, NAND, OR , X-OR.
El datasheet del 7400 da a conocer que la compuerta lógica, reconoce los voltajes de entrada como un Hight Voltage en el caso en que este posea un Voltaje superior a 2 V y un Low Voltage en el caso en el que este se encuentre en 0 V y 0.8 V
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada B[2] y se dejo de manera estable el voltaje de A[1] en 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada B[2] como un Low Voltage o un High Voltage.
Comprobación de la tabla de la verdad
Modificación del Vcc
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
El datasheet del 7404 da a conocer que la compuerta lógica, reconoce los voltajes de entrada como un Hight Voltage en el caso en que este posea un Voltaje superior a 2 V y un Low Voltage en el caso en el que este se encuentre en 0 V y 0.8 V
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada B[2] y establecimos nuestra entrada A[1] con un voltaje de 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada B[2] como un Low Voltage o un High Voltage.
Objetivos:
- Visualizar y calcular el desfase de que generan las compuertas lógicas respecto a las señales de entrada, comparando esta respuesta con el datasheet del integrado 7404
- Comprobar las tablas de verdad de las compuertas lógicas NAND-7400 , NOT-7404, AND -7408 , OR-7432 y X-OR-7486.
- Comprobar los voltajes necesarios para que estos sean considerados como un Low Voltage o High Voltage por parte de las compuertas lógicas.
- Visualizar los cambios que presenta cambiar el VCC que alimenta a la compuerta lógica.
Materiales:
- Protoboard
- Cable
- Compuerta 7400 y Datasheet
- Compuerta 7404 y Datasheet
- Compuerta 7408 y Datasheet
- Compuerta 7432 y Datasheet
- Compuerta 7486 y Datasheet
- Osciloscopio
- Generador de señales
- Fuente D.C
- Multímetro
Tiempo de propagaron generado por las compuertas :
Para comprobar el tiempo de propagación generado por los integrados hemos de utilizar el integrado 7404 , el cual es un conjunto de compuertas NOT, hemos de utilizar este integrado debido a que posee 6 compuertas lógicas NOT. Para esto hemos de implementar el siguiente circuito:
Figura 1. Montaje 1.
Figura 2. Integrado 7404
Se ha de polarizar con un VCC de 5 voltios y aplicar como Vi una señal cuadrada con una amplitud de 5 voltios pico a pico, con 5 Voltios como voltaje máximo y 0 voltios como voltaje mínimo, a una frecuencia de 10 kHz.
Figura 3. Simulación de desfase
Figura 4. Simulación de desfase
Figura 5. Desfase
Figura 6. Desfase
Figura 7. Desfase
El tiempo de propagación dentro del datasheet se puede encontrar como: tPLH (Propagation Delay Time), según el datasheet del 7404 es de 22 nS por el uso de cada compuerta, debido a que se usan 6 compuertas nuestro tiempo de propagación sera de alrededor 132 nS que equivale a 0.132 µS. Al momento de analizar la señal en el osciloscopio se puede visualizar un tiempo de propagación de 80nS un valor muy cercano al del datasheet.
Comportamiento del 7400 (NAND)
Figura 8. Integrado 7400
- Comprobación de la tabla de la verdad
La tabla de verdad del 7400 es la siguiente, siendo L (Low Voltage) un voltaje que varia entre 0 V - 0.8 V y H (High Voltage) un voltaje superior a 2 V
Tabla 1.1. Tabla de verdad 7400
La tabla de verdad la hemos de comprobar con los siguientes valores:
Tabla 1.2. Tabla de verdad practica
Se puede visualizar claramente que la tabla de verdad se cumple, ya que se obtienen valores de voltaje que se encuentran dentro del rango.
- Modificación del Vcc
El datasheet del integrado 7400 recomienda un Vcc que se encuentre en un intervalo de 4.75 V a 5 V para el correcto funcionamiento de la compuerta lógica, por esto vamos a generar una variación del Vcc y vamos a visualizar cuales son los valores que se obtienen al variarlo.
Tabla 1.3. Variación de Vcc
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
- Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
El datasheet del 7400 da a conocer que la compuerta lógica, reconoce los voltajes de entrada como un Hight Voltage en el caso en que este posea un Voltaje superior a 2 V y un Low Voltage en el caso en el que este se encuentre en 0 V y 0.8 V
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada B[2] y se dejo de manera estable el voltaje de A[1] en 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada B[2] como un Low Voltage o un High Voltage.
Tabla 1.4 Variación de Vi
En nuestra Tabla 1.4. se puede visualizar que el integrado asocia a la entrada B[2] como un High Voltage a los voltajes superiores a 2.07 V , y como Low Voltage a los voltajes inferiores a 0.8 V. En el intervalo de 0.8 V a 2.07 V se obtenían variaciones continuas que variaban entre 2.02 y 1.53 V
Comportamiento del 7404 (NOT)
Figura 9. Integrado 7404
La tabla de verdad del 7404 es la siguiente, siendo L (Low Voltage) un voltaje que varia entre 0 V - 0.8 V y H (High Voltage) un voltaje superior a 2 V
Tabla 2.1 Tabla de verdad 7404
Tabla 2.2 Tabla Practica
El datasheet del integrado 7404 recomienda un Vcc que se encuentre en un intervalo de 4.75 V a 5.25 V para el correcto funcionamiento de la compuerta lógica, por esto vamos a generar una variación del Vcc y vamos a visualizar cuales son los valores que se obtienen al variarlo.
Tabla 2.3 Variación de VCC
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Tabla 2.4 Variación de Vi
En nuestra Tabla 2.4. se puede visualizar que el integrado asocia a la entrada A[1] como un High Voltage a los voltajes superiores a 1.93 V , y como Low Voltage a los voltajes inferiores a 0.84 V. En el intervalo de 0.84 V a 1.93 V se obtenían variaciones continuas que variaban entre 3.01 V y 1 V
Comportamiento del 7408 (AND)
Figura 10. Integrado 7408
- Comprobación de la tabla de la verdad
La tabla de verdad del 7408 es la siguiente, siendo L (Low Voltage) un voltaje que varia entre 0 V - 0.8 V y H (High Voltage) un voltaje superior a 2 V
Tabla 3.1 Tabla de verdad 7408
Tabla 3.2 Tabla practica
- Modificación del Vcc
El datasheet del integrado 7408 recomienda un Vcc que se encuentre en un intervalo de 4.75 V a 5.25 V para el correcto funcionamiento de la compuerta lógica, por esto vamos a generar una variación del Vcc y vamos a visualizar cuales son los valores que se obtienen al variarlo.
Tabla 3.3. Variación de VCC
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
- Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
El datasheet del 7408 da a conocer que la compuerta lógica, reconoce los voltajes de entrada como un Hight Voltage en el caso en que este posea un Voltaje superior a 2 V y un Low Voltage en el caso en el que este se encuentre en 0 V y 0.8 V
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] y establecimos nuestra entrada B[2] con un voltaje de 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] y establecimos nuestra entrada B[2] con un voltaje de 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Tabla 3.4. Variación de Vi
En nuestra Tabla 3.4. se puede visualizar que el integrado asocia a la entrada A[1] como un High Voltage a los voltajes superiores a 1.93 V , y como Low Voltage a los voltajes inferiores a 0.92 V. En el intervalo de 0.92 V a 1.93 V se obtenían variaciones continuas que variaban entre 2.85 V y 1.2 V.
Comportamiento del 7432 (OR)
Figura 11. Integrado 7432
- Comprobación de la tabla de la verdad
La tabla de verdad del 7432 es la siguiente, siendo L (Low Voltage) un voltaje que varia entre 0 V - 0.8 V y H (High Voltage) un voltaje superior a 2 V
Tabla 4.1. Tabla de verdad 7432
Tabla 4.2. Tabla practica
- Modificación del Vcc
El datasheet del integrado 7432 recomienda un Vcc que se encuentre en un intervalo de 4.75 V a 5.25 V para el correcto funcionamiento de la compuerta lógica, por esto vamos a generar una variación del Vcc y vamos a visualizar cuales son los valores que se obtienen al variarlo.
Tabla 4.3. Variación de VCC
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
- Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
El datasheet del 7432 da a conocer que la compuerta lógica, reconoce los voltajes de entrada como un Hight Voltage en el caso en que este posea un Voltaje superior a 2 V y un Low Voltage en el caso en el que este se encuentre en 0 V y 0.8 V
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] y establecimos nuestra entrada B[2] con un voltaje de 0 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada A[1] y establecimos nuestra entrada B[2] con un voltaje de 0 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada A[1] como un Low Voltage o un High Voltage.
Tabla 4.4. Variación de Vi
En nuestra Tabla 4.4. se puede visualizar que el integrado asocia a la entrada A[1] como un High Voltage a los voltajes superiores a 1.97 V , y como Low Voltage a los voltajes inferiores a 0.92 V. En el intervalo de 0.92 V a 1.97 V se obtenían variaciones continuas que variaban entre 3.21 V y 1.4 V
Comportamiento del 7486 (X-OR)
Figura 12. Integrado 7486
- Comprobación de la tabla de la verdad
La tabla de verdad del 7486 es la siguiente, siendo L (Low Voltage) un voltaje que varia entre 0 V - 0.8 V y H (High Voltage) un voltaje superior a 2 V
Tabla 5.1 Tabla de verdad 7486
Tabla 5.2 Tabla practica
- Modificación del Vcc
El datasheet del integrado 7486 recomienda un Vcc que se encuentre en un intervalo de 4.75 V a 5.25 V para el correcto funcionamiento de la compuerta lógica, por esto vamos a generar una variación del Vcc y vamos a visualizar cuales son los valores que se obtienen al variarlo.
Tabla 5.3. Variación de Vcc
Se puede visualizar una serie de cambios respecto a la respuesta del integrado a diferentes valores de Vcc, ademas de esto se logra distinguir que el Vcc es el que define el voltaje de salida ya que este es dependiente del Vcc mas no del Voltaje de entrada.
- Reconocimiento de High Voltage y Low Voltage.
Para conseguir estos resultados se vario el voltaje de la entrada B[2] y establecimos nuestra entrada A[1] con un voltaje de 5 V, de esta manera en base a la tabla de verdad podemos visualizar cuando el integrado asocia nuestra entrada B[2] como un Low Voltage o un High Voltage.
Tabla 5.4 Variación de Vi
En nuestra Tabla 5.4. se puede visualizar que el integrado asocia a la entrada A[1] como un High Voltage a los voltajes superiores a 1.86 V , y como Low Voltage a los voltajes inferiores a 0.87 V. En el intervalo de 0.87 V a 1.86 V se obtenían variaciones continuas que variaban entre 2.5 V y 1.1 V
Conclusiones:
Se puede visualizar claramente que lo mas recomendable al momento de usar compuertas lógicas es utilizar los valores que recomienda el fabricante de los componentes, ya que en base a los Valores del Voltaje de Carga o VCC, los valores pueden variar drasticamente, cosas que suceden de igual en los voltajes de entrada.
Ademas de esto los tiempos de propagación son un concepto muy poco relevante al momento de realizar operaciones con compuertas en bajas frecuencias, debido a que el desfase es casi despreciable, cosa que no sucede al momento de manejar altas frecuencias debido a que estos tiempos de propagación podrían generar perdidas de información.