Proyecto circuitos integrados analógicos
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Proyecto circuitos integrados analógicos Proyecto circuitos integrados analógicos Presentation Transcript

  • TECNOLOGÍA DE LOS COMPONENTES Circuitos integrados analógicos
  • Circuitos integradosanalógicosExposición Nº 5Grupo 27
  • Temario1. Objetivos2. Antecedentes3. Definición de circuito integrado4. Estructura física5. Definición de circuito integrado analógico6. Señales analógicas7. Amplificadores operacionales8. Simbología de los amplificadores operacionales9. Códigos10. Costos
  • Circuitos integradosanalógicos
  • AntecedentesEl primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959; poco más de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947.
  • La introducción de los transistores en la construcción de ordenadores fue el inicio de un proceso de miniaturización de los componentes electrónicos a nivel mundial.
  • ¿Qué es un circuitointegrado?Los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos fabricados con una función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas Funciones lógicas Amplificación Codificación Decodificación Controladores, etc.
  • Un circuito integrado o (ci) es un dispositivo electrónico que está asociado por una serie de elementos asociados inseparablemente sobre un substrato único; aquel en el cual todos los componentes, incluyendo transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, se fabrican e interconectan completamente sobre un chip o pastilla semiconductor de silicio.
  • Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho más complejos que pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc.
  • Estructura físicaLa característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño.Puede contener 275, 000 transistores, además de una multitud de otros componentes como son transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, y medir desde menos de un centímetro a poco más de tres centímetros.
  • Forma Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores,Diferentes circuitos integrados osciladores o incluso receptores de radio completos.
  • ¿Qué es un circuito integradoanalógico?Los circuitos integrados analógicos secaracterizan porque las entradas y salidas sonseñales analógicas.Pueden constar desde simples transistoresencapsulados juntos, sin unión entre ellos, hastadispositivos completos como amplificadores,osciladores o incluso receptores de radiocompletos.
  • Señales analógicasEs un tipo de señal generada por algún tipo defenómeno electromagnético y que esrepresentable por una función matemáticacontinua en la que es variable su amplitud yperiodo en función del tiempo.
  • Señales analógica y digitales Señal analógicaSeñal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían Señal digitalSeñal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango.
  • Una señal analógica puede verse Una señal digital es una forma decomo una forma de onda que onda muestreada o discreta, perotoma un continuo de valores en cada número en la lista puede, encualquier tiempo dentro de un este caso, tomar solo valoresintervalo de tiempos. específicos.Diferencia entre señal analógica y señal digital
  • Si termómetro es digital toma laSi el termómetro tiene un tubo de forma de un lector numérico,, lamercurio, la salida es una señal salida es una señal digital. Laanalógica. Ya que se puede leer la lectura es el resultado detemperatura en cualquier momento muestrear la y de exhibirla luegoy con cualquier grado de exactitud. hasta una resolución predeterminada. Ejemplo de aparato que funcionacon señales digitales o analógicas
  • Amplificadores operacionalesEs un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f = 0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además limites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100 dB.
  • Antecedentes de losamplificadores Los primeros años del amplificador operacional no fueron los de un circuito integrado de 8 patitas. Este amplificador operacional era un tubo al vacío.
  •  El Sr. George Philbrick, que trabajaba en los Huntington Engeneering Labs, y a quien se le atribuye su invención, lo introdujo al mercado en el año 1948. Fue la empresa Fairchild la que en los años 1964 y 1967 introdujo al mercado los conocidos amplificadores operacionales 702, 709 y 741. Y la National Semicoductor hizo lo mismo con el 101/301.
  • Amplificador operacional Uno de los circuitos integrados de mayor utilización es el amplificador operacionalAmplificador operacional 741 conocido también como amplificador de tensión
  • Simbología de los amplificadoresoperacionalesLos terminales son: ◦ A: entrada no inversora ◦ B: entrada inversora ◦ VOUT: salida ◦ +Vcc: alimentación positiva ◦ -Vcc : alimentación negativa
  • Estructura física del amplificadoroperacionalEncapsuladoEl amplificador operacional se fabrica en un diminutochip de silicio y se encapsula en una caja adecuada.Alambres finos conectan el chip con terminalesexternas que salen de la cápsula de metal, plásticocerámica.
  • Encapsuladode cajametálicaViene con 3, 5, 8, 10 y12 terminales.El chip de silicio estáunido a la placametálica del fondopara facilitar ladisipación de calor.La lengüeta identificael pin 8 y los pinesestán numerados ensentido antihorariocuando la cajametálica se ve desdearriba.
  • Encapsuladodoble en línea(DIP) de 14pinesSe dispone decápsulas de plásticoo de cerámica.Cuando se vendesde arriba unpunto o muescaidentifica el pin 1 ylas terminales estánnumeradas ensentido contrario alde las manecillasdel reloj.
  • Encapsuladodoble en línea(DIP) de 8pines
  • FuncionamientoLos circuitos integrados pueden descomponerse enuna serie de bloques elementales los cuales son:•Etapa de entrada•Etapa de ganancia•Etapa de desplazamiento de nivel•Etapa de salida•Etapa de polarización Etapa de Etapa de Etapa de Etapa de Salida Entrada Ganancia Desplazamiento Etapa de Polarización
  • Etapa de Entrada Tiene la característica fundamental de presentar una alta impedancia de entrada y dos terminales de entrada a las cuales se puede aplicar indistintamente la señal de excitación, una de las entradas es inversora (I) y la otra no inversora (NI), esta denominación se debe a que las señales aplicadas se obtienen en las salida con inversión o sin inversión de fase respectivamente.
  • ETAPA DE GANANCIA Tiene la propiedad de disponer de una alta ganancia que prácticamente impone la ganancia del circuito integrado.ETAPA DE DESPLAZAMIENTO DE NIVELEsta etapa existe en algunos circuitosintegrados dependiendo de la aplicación.Generalmente en los amplificadoresoperacionales este circuito no se emplea.
  • ETAPA DE POLARIZACIÓNEs la que se encarga internamente de polarizar a todos los bloques y mantenerlos estables a todos los elementos activos del circuito integrado.
  • CIRCUITO BÁSICO DE LAETAPA DE ENTRADASe considera al amplificador diferencial balanceado la configuración optima para las etapas de entrada, por su inherente balance de tensión base-emisor y ganancia de corriente de corto circuito de los transistores , los que se procesan en forma idéntica durante la fabricación, por la posibilidad de evitar el uso de resistencias de valor elevado y por que la ganancia de un amplificador diferencial es función de la relación de las resistencias del colector y no de sus valores absolutos, además esta configuración puede proporcionar amplificación lineal en un rango muy amplio de frecuencias, desde las componentes de continua hasta frecuencias muy elevadas, este amplificador cumple con el requerimiento de tener dos entradas de información con una alta impedancia de entrada.
  • FUNCIONAMIENTODEL CIRCUITOEl par diferencial detransistoresmonolíticos Q1 y Q2mostrados en lafigura funcionan demanera similar a unpar de transistoresdiscretos en unaconfiguración de esetipo.
  • Amplificador OperacionalidealLa patilla (+) es la patilla no inversora y la patilla (-)es la patilla inversora.La salida es asimétrica, es decir, referida a la tierra.Normalmente se encuentra alimentado por dosfuentes +Vcc y –VccLas características fundamentales son:•Ganancia de lazo abierto, infinita: Ao = ∞•Impedancia de entrada, infinita: Ze = ∞•Impedancia de salida, nula: Zs = 0
  • A las características antes mencionadas se puede añadir las siguientes: Ancho de banda, Infinito: BW = ∞ Margen dinámico: Vcc Tiempo de conmutación: nulo Ruido: Nulo Ganancia de modo común, nula: Ac = 0 Ganancia de modo diferencial, constante: Ad = k
  • Circuito equivalente del AO:La tensión de salida de un amplificador operacional ideal es la diferencia de tensión en las entradas multiplicada por un factor A (ganancia en lazo abierto), donde A>>0 [en el caso ideal A= ∞]
  • Gráfica del amplificadoroperacional ideal
  • Amplificador Operacional realLas características del amplificador operacional ideal no pueden alcanzarse en la realidad, sin embargo, se aproximan a los valores ideales.• Ganancia de lazo abierto, infinita: Ao = muy alta (100000)• Impedancia de entrada, infinita: Ze = muy alta (100 MΩ)• Impedancia de salida, nula: Zs = muy baja (40 Ω)• Ancho de banda, Infinito: BW = muy grande (1 Hz – 1 MHz)• Ganancia en modo común asimétrica: Ac ≠ 0, pero muy próxima
  • Gráfica del amplificadoroperacional ideal
  • CódigosCada tipo de amplificador operacional tiene un código de identificación de letra y número.Este código responde a cuatro preguntas:¿Qué tipo de amplificador es?¿Quién lo fabrica?¿De qué calidad es?¿Qué clase de encapsulado contiene el chip del amplificador operacional?
  • Prefijo de letrasEl código de prefijo de letras por lo general consistede dos letras que identifican al fabricante. En lossiguientes ejemplos se dan algunos códigos.Prefijo FabricanteAD Analog DevicesCA RCALM National Semiconductor Corp.mc MotorolaNE/SE SigneticsOP Precision MonolithicsRC/RM RaytheonSG Silicon GeneralTL Texas InstrumentsμA (UA) Fairchild
  • Número del circuitoEl número del circuito se compone de tres asiete números y letras que identifican el tipo deamplificador operacional y su intervalo detemperatura. Intervalo de temperaturaC: comercial, 0 a 700CI: industrial, -25 a 850CM: militar, -55 a 1250C
  • Sufijo de letrasEl sufijo de una y dos letras identifica el tipo deencapsulado que contiene al chip delamplificador operacional.Código de Descripción encapsuladoD De plástico, doble en línea para montajeen la superficie en una tarjeta de circuitoimpreso.i De cerámica, doble en línea.N,P De plástico, doble en línea para inserciónen receptáculo. (las terminales traspasan la superficie superior de una tarjeta decircuito impreso y se sueldan a la superficieinferior.)
  • Lectura de los códigosFairchild Amplificador operacionalencapsulado de propósito generalplástico con intervalo de temperaturacomercial.
  • COSTOSDespués de consultar el costo de los diferentes amplificadores operacionalesen el mercado local, se obtuvo un intervalo de costos para los diferentestipos de amplificadores, los cuales oscilan entre los 2 Bs. hasta los 10 Bs.Amplificador operacional UA741CN, uno de los más cotizados por losconsumidores, oscila entre los 2 Bs. hasta los 5 Bs. dependiendo de dondese pregunte, ya que sus características son las mismas por ser del mismofabricante (Fairchild).Fuente: Proveedores de componentes electrónicos Calle Colombia.