AMPLIFICADORES OPERACIONALES

El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas sólo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores operacionales dio lugar al nacimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.

Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de su tiempo: la válvula de vacío. El uso generalizado de los AOs no comenzó realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse las técnicas de estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales, fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador operacional mediante diseño discreto de estado sólido. Entonces, a mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales integrados se convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.

FLIP-FLOP

Uno de los elementos básicos de memoria son los llamado Flip Flops. El estado
de un flip flop cambia por un cambio momentáneo en sus entradas. Este cambio
se denomina disparo (trigger). En los latch básicos definidos al comienzo (SR
con compuertas NAND o NOR) se necesitaba un disparo de entrada definido por
un cambio de nivel. Este nivel debe regresar a su nivel inicial antes de aplicar
otro disparo. Los FF con reloj eran disparados por pulsos. La realimentación
entre la circuiteria combinacional y el elemento de memoria puede producir
inestabilidad, haciendo que el FF cambie varias veces durante la duración de un
pulso de reloj por lo que el intervalo de tiempo desde la aplicación del pulso
hasta que ocurre la transición de la salida es un factor critico que requiere un
análisis que va mas allá de los requerimientos de este curso.
Una manera de resolver este problema es hacer que los FF sean sensitivos a la
transición del pulso mas que a la duración. Hay dos maneras de hacerlo y que
dan origen a dos tipos de flip flops: los flip flops maestro esclavo y los flip flops
disparados por flanco.
Flip Flop tipo S R
La operación del FF S R disparado por
flanco es similar a la operación
analizada anteriormente, con la
diferencia de que el cambio de estado
se efectúa en el flanco de bajada del
pulso de reloj. El estado S=R=1 sigue
siendo un estado prohibido.
La tabla característica resume el
comportamiento del FF tipo S R
disparado por flanco negativo.

Flip Flop tipo J K
La operación de un FF tipo J K es muy
similar a la de un FF S C. La única
diferencia es que no tiene un estado
invalido.
Para la condición J=K=1 el FF
complementa el estado presente.
La tabla característica resume el
comportamiento del FF tipo J K
disparado por flanco negativo.

Flip Flop tipo D
La operación de un FF tipo D es
mucho mas simple. Solo posee una
entrada además de la del reloj. Se le
denomina "data" y es muy útil cuando
queremos almacenar un dato de un bit
(0 o 1). Si hay un 1 en la entrada D
cuando se aplica el pulso de reloj la
salida Q toma el valor de 1 (SET) y lo
almacena. Si hay un 0 en la entrada D,
cuando se aplica el pulso de reloj la
salida toma el valor de 0 (RESET) y lo
almacena. El cambio en la salida del
FF se efectúa en el flanco de bajada
del reloj.
La tabla característica resume el
comportamiento del FF tipo D
disparado por flanco negativo.

Flip Flop tipo T
Solo posee una entrada además de la
del reloj. Se le denomina "toggle".
Si hay un 0 en la entrada T, cuando se
aplica el pulso de reloj la salida
mantiene el valor del estado presente.
Si hay un 1 se complementa
La tabla característica resume el
comportamiento del FF tipo T
disparado por flanco negativo.

EL TRANSISTOR

Los transistores se basan en las propiedades de conducción eléctrica de materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. Particularmente el transporte eléctrico en estos dispositivos se da a través de junturas, conformadas por el contacto de materiales semiconductores donde los portadores de carga son de distintos tipos: huecos (tipo P) o electrones (tipo N). Las propiedades de conducción eléctrica de las junturas se ven modificadas dependiendo del signo y de la magnitud del voltaje aplicado, donde, en definitiva, se reproduce el efecto amplificador que se obtenía con las válvulas: operando sobre una juntura mediante un pequeño voltaje se logra modificar las propiedades de conducción de otra juntura próxima que maneja un voltaje más importante.

Circuitos lógicos Los circuitos de conmutación y temporización, o circuitos lógicos, forman la base de cualquier dispositivo en el que se tengan que seleccionar o combinar señales de manera controlada. Entre los campos de aplicación de estos tipos de circuitos pueden mencionarse la conmutación telefónica, las transmisiones por satélite y el funcionamiento de las computadoras digitales.

Los bloques elementales de un dispositivo lógico se denominan puertas lógicas digitales. Una puerta Y (AND) tiene dos o más entradas y una única salida. La salida de una puerta Y es verdadera sólo si todas las entradas son verdaderas. Una puerta O (OR) tiene dos o más entradas y una sola salida. La salida de una puerta O es verdadera si cualquiera de las entradas es verdadera, y es falsa si todas las entradas son falsas. Una puerta INVERSORA (INVERTER) tiene una única entrada y una única salida, y puede convertir una señal verdadera en falsa, efectuando de esta manera la función negación (NOT). A partir de las puertas elementales pueden construirse circuitos lógicos más complicados, entre los que pueden mencionarse los circuitos biestables (también llamados flip-flops, que son interruptores binarios), contadores, comparadores, sumadores y combinaciones más complejas.

La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora. Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio (modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las computadoras.

Antecedentes históricos La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella. Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.