Circuitos Combinacionales

Si tomamos un circuito genérico y miramos en su interior, podemos ver que está constituido por otros circuitos más simples, interconectados entre sí. Un circuito con 4 bits de entrada y 3 de salida, constituido por otros dos circuitos más simples e interconectados entre ellos.



Estos subcircuitos se pueden clasificar en dos tipos:

Circuitos Combinacionales
Circuitos secuenciales

Los Circuitos Combinacionales se caracterizan porque no almacenan información. Las salidas están relacionadas con las entradas a través de una función booleana.

Cada bit de salida de un circuito Combinacional, se obtiene mediante una función booleana aplicado
a las variables de entrada. Así, si un circuito tiene n salidas, necesitaremos n funciones booleanas para caracterizarlo.

compuertas logicas (con transistores)

El sistema numérico binario utiliza solo dos dígitos: 1 y 0, por lo que es perfecto para representar relaciones lógicas. Los circuitos lógicos digitales utilizan intervalos de voltaje predefinidos para representar estos estados binarios. Si utilizamos estos conceptos podemos crear circuitos compuestos de algo mas que arena de playa procesada y alambre, con lo cual se puede realizar decisiones lógicas consistentes e inteligentes.

La tecnología de Circuitos integrados Digitales ha progresado con rapidez, desde la integración a pequeña escala (SSI) con menos de 2 compuertas por chip; después la integración a mediana escala (MSI) en la que se puede tener de 12 a 99 compuertas equivalentes por chip; mas tarde la integración a gran escala y a muy gran escala (LSI y VLSI, respectivamente), en las que puede haber decenas de miles de compuertas por chip.

La mayoría de las razones por las que los sistemas digitales modernos utilizan circuitos digitales son obvias. Los circuitos integrados encapsulan mucho mas circuitos en un encapsulado pequeño, por lo que el tamaño total de casi cualquier sistema digital se reduce. El coste se reduce en forma sustancial debido al ahorro que representa la producción en masa de grandes volúmenes de dispositivos similares

como lo dice el titulo las compuertas lógicas con transistores no son muy difíciles de realizar lo único que tienes que tener en cuenta son las hojas de especificaciones que de los transistores a utilizar las cuales podemos descargar de Internet y tener en cuanta su voltaje y su corriente de saturación es lo mas fácil de hacer.

de este modo les coloco las imagenes de las compuertas basicas
(and, or y not "inversor")

AND

OR

Not

Aquí les dejo un poco de como realizar los cálculos con transistores 2N3904  espero que se vea ya que no tengo una cámara mejor que la de mi celular "muy viejo".

Les muestro la simulación de la compuerta NOR de dos entradas los calculos son muy parecidos a las compuertas anteriores.

la simulación en proteus es esta

Les muestro la simulación de la compuerta NAND de dos entradas los cálculos son muy parecidos a las compuertas anteriores.

la simulación en proteus es esta

como se daran cuenta los valores de VBL (voltaje bajo) y VBH (voltaje alto) se colocan gracias a la ayuda de la hoja de especificaciones y los valores de corte y saturación, se colocan los valores que se deben de tomar en cuenta.

TRANSFORMADORES

Los transformadores son maquinas eléctricas cuyas principales aplicaciones son transformar los valores de tensión e intensidad de C.A a otros valores que se adapten a nuestras necesidades. Se puede decir que los transformadores son las maquinas que mayor rendimiento ofrecen, pues se puede estimar el 95 y el 98%. Tanto es asi que en la mayoría de los transformadores de pequeña potencia fabricados conveniente mente se pueden despreciar las perdidas.

FUNCIONAMIENTO:

Los transformadores están basados en dos o mas devanados (o bobinas) de hilo conductor acopladas magnéticamente.

Si a una bobina se le aplica una corriente continua, en su interior se crea un campo electromagnético fijo unidireccional, es decir, de las mismas características que la corriente aplicada.

Si aplicamos C.A en su interior se crea un campo electromagnético variable y bidireccional, en su interior se crea un campo electromagnético variable y bidireccional, es decir, de características similares a la C.A aplicada si se coloca una segunda bobina B2 en las proximidades de B1 se creara una f.e.m.

Estas bobinas se pueden considerar un transformador: dos bobinas aisladas eléctricamente pero unidas por un circuito magnético.


NUCLEOS:

Existe una gran disipación de flujo de B1 de forma que la mayor parte de el se pierde sin utilidad alguna y solo una mínima parte afecta a B2. Como lo deseable seria que la totalidad del campo electromagnético generado en B1 pudiera influir sobre B2, se pensó en cerrar el circuito magnético por medio de un núcleo de material ferro magnético, con este método se reduce considerablemente las perdidas por dispersión de flujo.

Pero aun así existen ciertas perdidas de este tipo, por lo que intentando aminorarlas, se llego a los transformadores con núcleos como los que hoy conocemos. Se trata de los núcleos acorazados construidos de forma que la bobina B1(primario) esta bobinado sobre la columna central del núcleo y sobre ella se encuentra la bobina 2 (secundario) de esta forma se puede decir que la dispersión de flujo es
mínima.

TIPOS DE TRANSFORMADORES:

Los principales tipos de transformadores son:

***TRANSFORMADORES REDUCTORES DE TENSION: Son aquellos en los que la tensión obtenida a la salida (secundario) es menor que la aplicada a la entrada (primario) se utilizan cuando la tensión que se necesita es menor que la disponible.

***TRANSFORMADORES ELEVADORES DE TENSION: son aquellos que la tensión obtenida en el secundario es mayor que la aplicada al primario. Se utiliza cuando la tensión que se necesita es mayor que la disponible.

***TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO: Son aquellos en los que la tensión obtenida en el secundario es igual a la aplicada al primario, es decir que ni reduce ni eleva la tensión. Se utiliza para aislar de la red eléctrica un circuito determinado.

***TRANSFORMADORES DE ACOPLAMIENTO DE IMPOEDANCIAS: Son transformadores concebidos para funcionar principalmente en amplificadores de baja frecuencia, con el fin de acoplar etapas con diferentes impedancias.

***AUTO TRANSFORMADORES: Son un tipo determinado de transformadores que poseen un solo devanado con distintas tomas para ser utilizadas como entrada o como salida cuando este tipo de transformador se utiliza como reductor el secundario forma parte del primario, cuando se utiliza como elevador el primario forma parte del secundario. Una desventaja de este tipo es su falta de aislamiento de primario y secundario.

CONDENSADORES

Los condensadores son elementos capaces de almacenar una determinada cantidad de cargas eléctricas. Básicamente consta de dos conductores separados por un dieléctrico o aislante de modo que no existe entre ellos contacto eléctrico. Estos conductores son denominados placas o armaduras.

La capacidad de un condensador es directamente proporcional a la superficie enfrentada de sus placas e inversamente proporcional al espesor de su dieléctrico

Cuanto mayor sea la superficie de las armaduras que esta enfrentada, mayor será la capacidad del condensador

Cuanto mayor sea el espesor del dieléctrico o aislante menor será la capacidad del condensador.



La unidad de capacidad es el faradio (F), pero dado que esta unidad es muy grande regularmente se utilizan sus múltiplos:

El micro faradio (µF) ==== 1 µF === 1x10-6 F
El nano faradio (nF) ==== 1 nF === 1x10-9 F
El pico faradio (pF) ==== 1 pF === 1*10-12F

A si la capacidad de un capacitor de uso normal puede ir desde lo 10 pF hasta los 10000 µF.

Es común encontrar en el mercado que los condensadores de hasta 1µF son de tipo sin polaridad, es decir, tubulares, de lenteja, de disco, de poliéster etc. Desde dicho valor en adelante, suelen ser polarizados de tantalio o electrolíticos.

El material utilizado para la construcción de las placas o armaduras es cualquier metal, empleándose habitualmente láminas de aluminio o de estaño, para la fabricación de dieléctricos, se usan los más diversos materiales aislantes: aire, papel, poliéster, papel parafinado, mica, etc.

FUENTE DE ALIMENTACIÓN BÁSICA

Una fuente de alimentación se compone de tres bloques básicamente transformador, rectificador y filtro.

EL TRANSFORMADOR:

Tiene por misión adaptar el nivel de tensión da salida de forma que si necesitamos una fuente de alimentación de 6V a la salida tendremos que utilizar un transformador que reduzca el voltaje de entrada de 127 V, a un Voltaje de 6V a la salida del mismo. También tiene otra misión, y es la de aislar la salida del transformador con respecto a la de la red, este hecho es muy importante ya que reduce el peligro de accidentes al no estar conectada directamente a la red la salida de la fuente de alimentación y por tanto el sistema que se este alimentando.

que quiere decir lo anterior:  que si ocurriera un accidente con la carga que alimenta esta fuente los cortocircuitos se quedarían del lado de la carga y no se transmitirán hacia la red eléctrica donde se tomo el voltaje (que podría ser la instalación eléctrica de su caso o negocio).

Los datos que debemos de tener en cuenta a la hora de adquirir un transformador es el valor del voltaje de la entrada, el voltaje de la salida y la máxima corriente que podría requerir la carga.

EL RECTIFICADOR

Es un circuito con diodos cuya misión es convertir la tensión alterna que recibe del transformador, en una tensión continua pulsante a su salida.

Es conveniente que al diseñar una fuente de alimentación sobre dimensionar el valor de la corriente del rectificador en un 50%, de forma que si necesitamos un rectificador de 1 amperio, como el 50% de 1 amperio es .5 Amperios compraremos un rectificador de 1.5 Amperios. Esto debido a que el rectificador trabaja a base de impulsos de intensidad de valores elevados.

EL FILTRO

Tiene como misión hacer de la forma de la tensión que recibe del rectificador se convierta en una señal de valor casi constante

El filtro en las fuentes de alimentación puede ser de varios tipos, el más usual es un simple condensador conectado a la salida del circuito rectificador. El funcionamiento de este se basa en el fenómeno de carga y descarga.

Al conectar la fuente, el condensador esta descargado por lo que se cargara rápidamente hasta alcanzar el valor del voltaje pico que da el rectificador como es un voltaje alterno lo que recibe el rectificador, después de llegar al voltaje pico comienza a decrecer , por tanto cuando el voltaje del rectificador baje por de bajo del voltaje que ha alcanzado el condensador, el diodo se polariza inversamente y no conduce en este momento el condensador comienza a descargarse a trabes de la resistencia de carga y este fenómeno continua hasta que la tensión del rectificador vuelva a crecer y alcance su valor superior a la que posea el condensador en este momento. Aquí se invierten las condiciones ya que el diodo se polariza directamente, y por tanto, vuelve a cargar el condensador repitiéndose el proceso anteriormente descrito mientras el sistema este funcionando.

Como podemos deducir, cuanto mayor sea la capacidad del condensador mas plana es la señal y que la descarga será menos profunda para unas condiciones iguales.

El impulso de voltaje en el condensador, cuando se utiliza un rectificador de media onda, es mas alto que con un rectificador de onda completa esto es debido que al ser la intensidad que llega a la carga casi igual, la energía que debe de adquirir el condensador ha de ser prácticamente la misma, pero el condensador con un rectificador de media onda tiene la mitad de impulsos de carga que con onda completa, por lo que suple esto adquiriendo mas carga en cada impulso.

Los filtros con bobinas son útiles para fuentes de potencia, ya que la bobina tendrá una influencia mayor eliminando rizado cuanto mayor sea la corriente.

A su vez, beneficia a los diodos ya que la bobina se opone a las variaciones de corriente, lo que hace que los picos de corriente ahora se suavicen y no haya que sobre dimensionar tanto los diodos.

Este tipo de fuentes es muy sencillo y económico, pero tienen como inconvenientes que el voltaje de salida sea poco estable, ya que varia si la tensión de entrada o la resistencia de carga cambian, por lo que solo se podrá utilizar para alimentar equipos que admitan dicho inconveniente.