ETAPA 1 : Aula-tema: Funções e Portas Lógicas.

Esta atividade é importante para que você conheça as funções básicas e suas portas

lógicas correspondentes relacionadas a esta disciplina, pois este assunto será utilizado em quase todo o conteúdo da disciplina.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1: Escolher a sua equipe de trabalho e entregar ao seu professor os nomes, RA e e-mail dos alunos.

Passo 2: Pesquisar sobre circuitos integrados utilizados em circuitos digitais, descrever as suas características de construção.

Passo 3: Pesquisar sobre circuitos integrados da família TTL e CMOS.

Passo 4 “Relatório : Funções e Portas Lógicas ”

Circuitos integrados: Os circuitos integrados são circuitos eletrônicos

funcionais, constituídos por um conjunto de transistores, díodos, resistências e

condensadores, fabricados num mesmo processo, sobre uma substância comum

semicondutora de silício que se designa vulgarmente por chip.

O circuito integrado propriamente dito chama-se pastilha (chip, em inglês) e é muito

pequeno. A maior parte do tamanho externo do circuito integrado deve-se à caixa e às

ligações da pastilha aos terminais externos.

Classificação dos circuitos integrados quanto ao processo de fabricação:

Circuito integrado monolítico, o seu processo de fabricação baseia-se na técnica

planar que, consiste em submeter uma das faces de uma placa de silício à ação de um

gás a temperatura e pressão adequadas. As partículas de gás fornecem as impurezas

necessárias e o silício se cobre com uma camada de óxido nas zonas que não devem ser

dopadas. A difusão do gás denomina-se epitaxial quando o gás contém silício. Nos

chamados circuitos integrados monolíticos, diversos tipos de componentes são reunidos

em bloco;

Circuito integrado pelicular (película delgada, ou película grossa) O circuito

integrado pelicular também chamado de circuito integrado de deposição, tem seus

componentes obtidos pela disposição em camadas do material adequado;

Circuito integrado multiplaca;

Circuito integrado híbrido (combinação das técnicas de integração monolítica e

pelicular).

Circuitos integrados digitais:

Circuitos que só funcionam com um determinado número de valores ou estados

lógicos, que geralmente são dois (0 e 1).

Classificação dos circuitos integrados quanto à sua gama de integração:

A gama de integração refere-se ao número de componentes que o CI contém.

SSI (Small Scale Integration) – Integração em pequena escala: São os CI com

menos componentes. Podem dispor de até 30 dispositivos por pastilha (chip).

MSI (Medium Scale Integration) – Integração em média escala: Corresponde

aos CI com várias centenas de componentes, podendo possuir de 30 a 1000 dispositivos

por pastilha (estes circuitos incluem descodificadores, contadores, etc.).

LSI (Large Scale Integration) – Integração em grande escala: Contém milhares

de componentes podendo possuir de 1000 até 100 000 dispositivos por pastilha (estes

circuitos normalmente efectuam funções lógicas complexas, tais como toda a parte

aritmética duma calculadora, um relógio digital, etc.).

VLSI (Very Large Scale Integration) – Integração em muito larga escala: É o

grupo de CI com um número de componentes compreendido entre 100 000 e 10 milhões

de dispositivos por pastilha (são utilizados na implementação de microprocessadores).

ULSI (Ultra Large Scale Integration) – Integração em escala ultra larga: É o

grupo de CI com mais de 10 milhões de dispositivos por pastilha.

Tipos de cápsulas do C.I.

Os principais tipos de cápsulas utilizadas para envolver e proteger os chips são

basicamente quatro:

Cápsulas com dupla fila de pinos (DIL ou DIP – Dual In Line).

Cápsulas planas (Flat-pack)

Cápsulas metálicas TO-5 (cilíndricas)

Cápsula SIL – Single In Line

Cápsulas QIL – Quad In Line

Cápsulas especiais

Enquanto as cápsulas TO-5 são de material metálico, as restantes podem utilizar

materiais plásticos ou cerâmicos.

Circuitos integrados da família TTL: TTL significa Transistor Transistor

Logic (Lógica Transistor Transistor, em português). é uma classe de circuitos

digitais construídos de transistores de junção bipolar (BJT), e resistores integrados em

uma única pastilha semicondutora (Circuito Integrado - CI), são projetados e protegidos

por uma carcaça de plástico, denominada invólucro, e sua ligação interna é feita a partir

de pinos, onde cada porta tem sua característica única de pinagem de entradas e saídas.

Figura 1 – CI’S TTL com 14 pinos e revestidas pelo invólucro.

A família TTL foi inventada em 1961 por James L. Buie da empresa TRW, e era

originalmente chamado transistor-coupled transistor logic (TCTL). Os primeiros

circuitos integrados comerciais TTL foram dispositivos fabricados pela Sylvania

Electronic Products , em 1963 chamados Sylvania Universal High-Level Logic family

(SUHL).  TTL tornou-se popular com o desenvolvimento de sistemas eletrônicos depois

que a Texas Instruments apresentou a série 54XX de CIs (componentes de uso militar)

em 1964 e mais tarde da série 74XX (componentes de uso comercial) em 1966. 

A família 74XX da Texas Instruments se tornou um padrão da indústria sendo

importantes pelo seu baixo custo e pela sua praticidade.

A característica mais importante desta família está no fato de que ela é alimentada

com uma tensão de 5 Volts.Assim, para os componentes desta família o nível lógico 0 é

sempre a ausência de tensão ou 0 V, enquanto que o nível lógico 1 é sempre uma tensão

de +5 V. Para os níveis lógicos serem reconhecidos, eles devem estar dentro de faixas

bem definidas, pois na família TTL há uma faixa denominada faixa de ruído. Uma porta

TTL reconhecerá como nível zero as tensões que estiverem entre 0 V e 0,8 V e como nível um as que

estiverem numa outra faixa, entre 2,4 V e 5 V. Entre essas duas faixas existe uma região

indefinida que deve ser ao máximo evitada de se usar, pois causa instabilidade e ruídos,

indicando até mesmo correntes de fuga, prejudicando assim o bom funcionamento do

circuito integrado.

Os circuitos eletrônicos possuem uma velocidade limitada de operação que depende de diversos

fatores. No caso dos circuitos TTL, temos ainda que considerar sua construção que pode

apresentar indutâncias e capacitâncias parasitas que influem na sua velocidade de

operação das suas portas lógicas.Assim, levando em conta a configuração típica de uma

porta, veremos que se for estabelecida uma transição muito rápida da tensão de entrada, a tensão no

circuito não subirá com a mesma velocidade porque esta tensão terá que carregar

capacitâncias parasitas existentes na porta. Isto causará um aumento gradual da tensão

de entrada, levando tempo que não deve ser desprezado. Da mesma forma, à medida

que o sinal vai passando pelas diversas etapas do circuito, temos de considerar os

tempos que os componentes demoram a comutar justamente em função das

capacitâncias e indutâncias parasitas existentes. O resultado disso é que para os circuitos

integrados TTL existe um retardo entre o instante em que o sinal passa do nível zero

para um na entrada e o instante em que o sinal na saída responde a este sinal. Da mesma

forma, existe um retardo entre o instante em que o sinal de entrada passa do nível um

para o zero e o instante em que o sinal de saída passa do nível zero para o um, no caso

de um inversor.

Hoje no mercado existem centenas de circuitos integrados TTL disponíveis para a

elaboração de projetos eletrônicos. A maioria usa invólucros DIL de 14 e 16 pinos, as

funções mais simples das portas estão disponíveis numa certa quantidade em cada

circuito integrado. No entanto, à medida que novas tecnologias foram sendo

desenvolvidas permitindo a integração de uma grande quantidade de componentes,

surgiu a possibilidade de colocar num integrado não apenas poucas portas, mas sim

funções adicionais como flip-flop’s, decodificadores e outros mas, também interligá-los

de diversas formas e utilizá-los em aplicações específicas. Com isso, fica fácil observar

que os componentes que compõem quase todos os equipamentos eletrônicos são

compostos pelo conjunto de diversos componentes lógicos. Para que isso fosse possível,

diversas etapas no aumento da integração foram obtidas e receberam nomes que hoje

são comuns quando falamos de equipamentos digitais e computadores em geral, como

os CI’S da família TTL.

Circuitos integrados da família CMOS: A sigla CMOS significa “Complementary

Metal- Oxide Semiconductor” se referindo a utilização de transistores de efeito de campo ou

Field Effect Transistor (FET) no lugar dos transistores bipolares comuns (como nos

circuitos TTL). Como em qualquer área da eletrônica, o uso da família CMOS, possui

vantagens e desvantagens no uso de transistores de efeito de campo. Entretanto, os

fabricantes desta família estão pouco a pouco eliminando essas diferenças entre as duas

famílias com o desenvolvimento de tecnologias de fabricação, aumentando ainda a sua

velocidade e reduzindo seu consumo. De uma forma geral, podemos dizer que existem aplicações em

que é mais vantajoso usar um tipo, e aplicações em que o outro tipo é melhor. Os transistores de efeito

de campo usados nos circuitos integrados CMOS ou MOSFET’s têm sua composição elementar vista a

seguir onde também aparece seu símbolo. Vemos que o ponto de controle é a comporta

ou gate (g) onde se aplica o sinal que deve ser amplificado ou usado para chavear o

circuito. É aqui que teremos a entrada da porta lógica. O transistor é polarizado de modo a haver

uma tensão entre a fonte ou source (s) e o dreno ou drain (d). É um tipo de tecnologia

empregada na fabricação de circuitos integrados onde se incluem elementos de lógica

digital (portas lógicas, flip-flop, contadores, decodificadores, etc.), microprocessadores,

micro controlador, memórias RAM, etc. O "complementary", em seu nome, vem do fato

de que esta tecnologia recente utiliza os dois tipos de transistores MOSFET, o MOSFET

canal N e o MOSFET canal P, de tal modo que um deles "complementa" o outro. A

CMOS é hoje a tecnologia mais largamente usada na fabricação de CIs. As principais

vantagens dos circuitos integrados CMOS são o baixíssimo consumo de energia (que

leva à baixa dissipação de calor) e a possibilidade de alta densidade de integração,

comparativamente com outras tecnologias como a TTL. Devido a tais características,

circuitos CMOS são também largamente utilizados em calculadoras, relógios digitais, e

outros dispositivos alimentados por pequenas baterias.

Referências bibliográficas:

http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/71/37/

http://ozflor.com/electroforum/index.php?topic=14.0

http://www.biomania.com.br/bio/conteudo.asp?cod=1423

Prof. Edson Martins

Faculdade Anhanguera - Ribeirão Preto – SP

Circuitos Lógicos