O que existe no interior de um circuito integrado? Como podemos usá-lo? O que é uma família de circuitos integrados? Tudo isso será respondido de maneira simples neste importante artigo destinado aos estudantes de eletrônica e informática. Os integrados da família TTL são os mais comuns e de custo acessível, permitindo inclusive a realização de uma boa quantidade de montagens práticas interessantes.
Já falamos em algumas outras oportunidades do circuito integrado: em lugar de fabricarmos componente por componente separadamente, para depois juntarmos estes componentes com ligações e soldas, fazemos tudo num processo único de fabricação obtendo assim o circuito praticamente completo, pronto para ser usado.
Em geral quase todos os componentes já são interligados no processo de fabricação de modo a formar um amplificador, uma fonte de alimentação, um oscilador, ou seja, o que for, necessitando-se apenas de poucos componentes adicionais.
Os componentes básicos como transistores, diodos, resistores etc. são fabricados numa diminuta pastilha de silício, conforme mostra a figura 1.
Esta pastilha é então encapsulada em invólucros especiais que possuem terminais que permitem seu encaixe em soquetes ou então a soldagem em placas de circuito impresso.
O tipo mais comum de invólucro usado para os integrados é o Dual In Line, abreviado por DlL, que possui duas filas paralelas de terminais de ligação, conforme mostra a figura 2.
É comum usarmos invólucros DlL de 8, 14 e 16 pinos na maioria das aplicações.
FAMÍLIAS
Quando os integrados são de circuitos que possuem características comuns dizemos que eles pertencem a uma mesma família.
Assim, nas aplicações de eletrônica digital em que usamos portas, flip-flops, contadores, decodificadores e outras funções, seria muito interessante contar com circuitos prontos que tivessem características comuns tais que permitissem a ligação direta de um no outro e o uso da mesma fonte de alimentação.
Com isso, o projeto de qualquer aparelho que usasse muitos circuitos lógicos ficaria simplificado, pois bastaria a interligação dos integrados com um mínimo de componentes adicionais externos.
A família TTL (transistor-transistor-logic) visa justamente isso: existem então circuitos integrados contendo funções especiais, mas todos projetados de tal maneira que podem ser interligados diretamente e alimentados por uma tensão única de 5 volts.
O que caracteriza um circuito lógico digital, lembramos, é que ele opera com apenas dois níveis de sinais: quando existe tensão na entrada (e ela deve estar próxima de 5 V), o integrado interpreta isso como nível 1 ou HI (de (High)=(alto), e quando não existe tensão na entrada, ele interpreta isso como nível 0 ou LO (de LOW baixo).
O mesmo ocorre com as suas saídas: só podem ser 0 ou 1.
Numa linguagem mais simples podemos dizer então que a família de integrados TTL consiste numa certa quantidade de tipos em que nas entradas só podemos aplicar sinais de níveis lógicos 0 ou 1, e que em sua função aparecem na saída somente níveis lógicos 0 ou 1. (Existem algumas funções especiais em que isso não ocorre, mas isso será visto no momento oportuno). (figura 3)
Perceba o leitor que estes integrados não podem ser usados como amplificadores ou outras funções semelhantes. Eles são específicos para aplicações em eletrônica digital e informática.
A velocidade que os integrados desta família operam é muito grande chegando alguns a 125 MHz, mas o normal é 35 MHz para os tipos convencionais. (Existem subfamílias de maior velocidade, menor potência etc., mas que são empregadas em aplicações especiais.)
NOMECLATURA
A série TTL começa no 7400, e todos os seguintes possuem então as iniciais “74". Existem alguns tipos que fogem a esta nomenclatura como, por exemplo, o 8223, 2513 etc., mas a grande maioria tem numeração que permite a fácil associação ã função.
Os integrados TTL são então identificados por seu número e pela função que exercem. É comum apresentar-se um diagrama do integrado com a função de cada pino para que ele possa ser usado convenientemente.
Tomemos como exemplo o primeiro da série que é o 7400, conforme mostra a figura 4.
Conforme podemos ver, este integrado possui 4 portas NAND (Não-E) todas independentes. A alimentação positiva de 5 volts deve ser feita no pino 14, e a negativa no pino 7 (terra). Uma boa parte dos integrados TTL reserva estes dois pinos, 7 e .14, para alimentação, mas existem exceções.
A primeira porta tem acesso pelos pinos 1 e 2 de entrada e saída no pino 3.
Na nossa seção de informática já estudamos como funciona este tipo de porta mas podemos lembrar rapidamente: o nível da saída,.ou seja, do pino 3, dependerá do nível dos sinais aplicados nas entradas, lembrando que eles só podem ser 0 ou 5 volts (LO e HI ou 0 e 1).
Fazemos então o que se chama “tabela verdade" para este circuito, em que colocamos todas as combinações de entradas possíveis e o que ocorre na saída:
Pela tabela, percebemos que a saída de 0 volt, ou LO somente, quando as duas entradas forem de 5 V, ou seja, HI.
Alguns outros integrados desta família são descritos a seguir:
7402
Este integrado conta com 4 portas NOR (Não-OU) de duas entradas, e tem a disposição interna conforme mostra a figura 5.
Este circuito consome uma corrente de 12 mA e sua tabela verdade para cada porta é a seguinte:
7404
Este integrado consta de 6 inversores, ou seja, circuitos em que o sinal de saída tem sempre nível contrário ao do sinal de entrada. Na figura 6 temos a visão dos acessos deste integrado.
O consumo de corrente deste circuito é de 12 mA e sua tabela verdade é:
7408
Temos aqui um integrado que conta com 4 portas AND (E) e que tem um consumo de corrente de 16 mA. (figura 7)
A tabela verdade para este circuito é:
É preciso que as duas entradas estejam no nível HI (5 V) para que a saída seja de 5 V.
7410
Este integrado tem três portas NAND (Não E) de três entradas. Cada uma das portas pode ser usada independentemente e ele consome 6 mA em média. (fig. 8)
Para que sua saída seja LO (0) é preciso que todas entradas sejam HI (1), conforme mostra a seguinte tabela verdade:
OUTROS
Outros integrados desta família serão abordados nas edições futuras, inclusive com projetos práticos. Em especial temos o 7490, um contador, que neste número já é explicado e que será usado num contador digital nesta edição.
