Circuitos combinacionales

Circuitos Combinacionales
Un circuito combinacional, como su nombre lo sugiere es un circuito cuya salida depende solamente de la
"combinación" de sus entradas en el momento que se está realizando la medida en la salida.
Analizando el circuito, con compuertas digitales, que se muestra (ver el diagrama) se ve que la salida de
cada una de las compuertas que se muestran, depende únicamente de sus entradas.
La salida F (salida final o total del circuito) variará si alguna de las entradas A o B o las dos a la vez
cambian.
Los circuitos de lógica combinacional son hechos a partir de las compuertas básicascompuerta
AND, compuerta OR, compuerta NOT.
También pueden ser construidos con compuertas NAND, compuertas NOR, compuerta XOR, que son una
combinación de las tres compuertas básicas.
La operación de los circuitos combinacionales se entienden escribiendo las ecuaciones booleanas y sus
respectivas tablas de verdad.

Circuitos Integrados
El circuito Integrado (IC), es una pastilla o chip muy delgado en el que se encuentran una cantidad
enorme de dispositivos microelectrónicas interactuadas, principalmente diodos y transistores, además de
componentes pasivos como resistencias o condensadores. El primer Circuito Integrado fue desarrollado
en 1958 por el Ingeniero Jack St. Clair Kilby, justo
meses después de haber sido contratado por la firma
Texas Instruments. Los elementos más comunes de
los equipos electrónicos de la época eran los
llamados “tubos de vacío”, las lámparas usadas en
radio y televisión y el transistor de germanio (Ge). En
el verano de 1958 Jack Kilby se propuso cambiar las
cosas. Entonces concibió el primer circuito
electrónico cuyos componentes, tanto los activos
como los pasivos, estuviesen dispuestos en un solo
pedazo de material, semiconductor, que ocupaba la
mitad de espacio de un clip para sujetar papeles.
El 12 de Septiembre de 1958, el invento de Jack Kilby se probó con éxito. El circuito estaba fabricado
sobre una pastilla cuadrada de germanio (Ge), un elemento químico metálico y cristalino, que medía seis
milímetros por lado y contenía apenas un transistor, tres resistencias y un condensador. El éxito de Kilby
supuso la entrada del mundo en la microelectrónica. El aspecto del circuito integrado era tan nimio, que
se ganó el apodo inglés que se le da a las astillas, las briznas, los pedacitos de algo: chip.
En el año 2000 Jack Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la contribución de su
invento al desarrollo de la tecnología de la información. Los circuitos integrados fueron posibles gracias a

descubrimientos experimentales que demostraron que los semiconductores pueden realizar las funciones
de los tubos de vacío o circuitos de varios transistores. La integración de grandes cantidades de
diminutos transistores en pequeños chips fue un enorme avance sobre la ensamblaje manual de los tubos
de vacío (válvulas) y circuitos utilizando componentes discretos. La capacidad de producción masiva de
circuitos integrados, con fiabilidad y facilidad de agregarles complejidad, impuso la estandarización de los
circuitos integrados en lugar de diseños utilizando transistores que pronto dejaron obsoletas a las válvulas
o tubos de vacío.
Existen dos ventajas principales de los circuitos integrados sobre los circuitos convencionales: coste y
rendimiento. El bajo coste es debido a que los chips, con todos sus componentes, son impresos como
una sola pieza por fotolitografía y no construidos por transistores de a uno por vez.
Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en
múltiples artefactos, desde ordenadores hasta electrodomésticos, pasando por los teléfonos móviles. Los
chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la
moderna sociedad de la información. Mientras el coste del diseño y desarrollo de un circuido integrado
complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción el coste
individual, por lo general, se reduce al mínimo. La eficiencia de los circuitos integrados es alta debido a
que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de
bajo consumo (como es el caso de los TTL y CMOS) en altas velocidades de conmutación.
Las estructuras de los microchips se volvieron más y más pequeñas. Los fabricantes tuvieron éxito al
duplicar el número de transistores en un chip cada 18 meses, tal como lo predijo la ley de Moore. Sin
embargo, a medida que los tamaños se han reducido a escalas de átomos, los fabricantes se están
acercando cada vez más a los límites de la miniaturización. Ha llegado el tiempo de probar acercamientos
completamente nuevos. Para esto, los investigadores están actualmente buscando soluciones tales como
el uso de pequeños “mini tubos de grafeno”, los cuales esperan utilizar en los microchips del futuro. Tan
sólo ha pasado medio siglo desde el inicio de su desarrollo y ya se han vuelto ubicuos. De hecho, muchos
académicos creen que la revolución digital impulsada por los circuitos integrados es una de los sucesos
más destacados de la historia de la humanidad.

Existen tres tipos de circuitos integrados:
Circuito monolítico:
La palabra monolítico viene del griego y significa “una piedra”. La palabra es apropiada porque los
componentes son parte de un chip. El Circuito monolítico es el tipo más común de circuito integrado, ya
que desde su intervención los fabricantes han estado produciendo los circuitos integrados monolíticos
para llevar a cabo todo tipo de funciones. Los tipos comercialmente disponibles se pueden utilizar como
amplificadores, reguladores de voltaje, conmutadores, receptores de AM, circuito de televisión y circuitos
de ordenadores. Pero tienen limitadores de potencia. Ya que la mayoría de ellos son del tamaño de un
transistor discreto de señal pequeña, generalmente tiene un índice de máxima potencia menor que 1W.
Están fabricados en un solo monocristal, habitualmente de silicio, pero también existen en germanio,
arseniuro de galio, silicio-germanio, etc.
Circuito híbrido de capa fina:
Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero además, contienen componentes difíciles de fabricar
con tecnología monolítica. Muchos conversores A/D – D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que
progresos en la tecnología permitieron fabricar resistencias precisas.
Circuito híbrido de capa gruesa:
Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin
cápsula (dices), transistores, diodos, etc., sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas

conductoras. Las resistencias se depositan por serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo
ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas como metálicas, dependiendo de la disipación de potencia
que necesiten. En muchos casos, la cápsula no está “moldeada”, sino que simplemente consiste en una
resina epoxi que protege el circuito. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para módulos de RF,
fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Clasificación de los Circuitos Integrados:
-SSI (Small ScaleIntegration) pequeño nivel: inferior a 12.
-MSI (Medium ScaleIntegration) medio: 12 a 99.
-LSI (LargeScaleIntegration) grande: 100 a 9999.
-VLSI (Very Large Scale Integration) muygrande: 10 000 a 99 999.
-ULSI (Ultra LargeScaleIntegration) ultra grande: igual o superior a 100 000.
En cuanto a las funciones integradas, existen dos clasificaciones fundamentales de circuitos integrados
(IC):
Circuitos integrados analógicos:
Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos
completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.
-Circuitos integrados digitales: Pueden ser desde básicas puertas lógicas hasta los más complicados
microprocesadores. Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un
sistema. En general, la fabricación de los circuitos integrados es compleja ya que tienen una alta
integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin
embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto a los antiguos circuitos, además de un montaje
más rápido.
Limitaciones de los circuitos integrados:
Existen ciertos límites físicos y económicos al desarrollo de los circuitos integrados. Son barreras que se
van alejando al mejorar la tecnología, pero no desaparecen. Las principales son:
Disipación de potencia-Evacuación del calor:
Los circuitos electrónicos disipan potencia. Cuando el número de componentes integrados en un volumen
dado crece, las exigencias en cuanto a disipación de esta potencia, también crecen, calentando el
sustrato y degradando el comportamiento del dispositivo. Además, en muchos casos es un
comportamiento regenerativo, de modo que cuanto mayor sea la temperatura, más calor producen,
fenómeno que se suele llamar “embalamiento térmico” y como consecuencia, el llamado “efecto
avalancha”, y que si no se evita, llega a destruir el dispositivo. Los amplificadores de audio y los
reguladores de tensión son proclives a este fenómeno, por lo que suelen incorporar “protecciones
térmicas”.
Los circuitos de potencia, evidentemente, son los que más energía deben disipar. Para ello su cápsula
contiene partes metálicas, en contacto con la parte inferior del chip, que sirven de conducto térmico para
transferir el calor del chip al disipador o al ambiente. La reducción de resistividad térmica de este
conducto, así como de las nuevas cápsulas de compuestos de silicona, permiten mayores disipaciones
con cápsulas más pequeñas. Los circuitos digitales resuelven el problema reduciendo la tensión de
alimentación y utilizando tecnologías de bajo consumo, como TTL o CMOS. Aun así en los circuitos con
más densidad de integración y elevadas velocidades, la disipación es uno de los mayores problemas,

llegándose a utilizar experimentalmente ciertos tipos de criostatos. Precisamente la alta resistividad
térmica del arseniuro de galio es su talón de Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y autoinducciones parásitas:
Este efecto se refiere principalmente a las conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula y el circuito
donde va montada, limitando su frecuencia de funcionamiento. Con pastillas más pequeñas se reduce la
capacidad y la autoinducción de ellas. En los circuitos digitales excitadores de buses, generadores de
reloj, etc., es importante mantener la impedancia de las líneas y, todavía más, en los circuitos de radio y
de microondas.

Límites en los componentes:
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus
contrapartidas discretas:
Resistencias:
Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y,
en tecnologías digitales, se eliminan casi totalmente.
Condensadores:
Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador
operacional uA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
Bobinas:
Sólo se usan en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se
integran.Los circuitos más usados son los resonantes (bobina-condensador; bien en serie o en paralelo),
que actualmente son sustituidos por cristales de cuarzo

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