Circuitos integrados

INTRODUCCIÓN
El presente trabajo trata sobre la estructura y función de los Circuitos Integrados.
En el desarrollo del presente trabajo se hizo uso de una Investigación bibliográfica en libros, revistas, obras
generales o Enciclopedias, Tesis e Internet. También se utilizó la elaboración de Mapas Conceptuales, figuras.
Tablas, imágenes, etc.
Este proyecto de Investigación tiene como contenido los antecedentes históricos de los Circuitos Integrados,
su definición, la forma en que son fabricados, el material del cual están hechos, clasificación de acuerdo a su
estructura y función; funciones de los circuitos integrados, el uso de estos y las ramas que abarca el uso de los
circuitos integrados.
La importancia de este trabajo radica en la gran utilización que presentan los Circuitos Integrados en la
electrónica y en la fabricación de cualquier aparato nuevo. Otro detalle muy importante es que los Circuitos
Integrados son uno de los dispositivos mas importantes en la electrónica ya que si no fuera por ellos; no
contaríamos con la tecnología que actualmente poseemos. La razón de su uso es por su tamaño; ya que estos
circuitos pueden contener miles de transistores y otros componentes como resistencias, diodos, resistores,
capacitadotes, etc; y medir solamente unos centímetros.
Los ordenadores comúnmente llamados computadoras o PCs utilizan esta característica de los Circuitos
Integrados ya que todas las funciones lógicas y aritméticas de una computadora pueden ser procesadas por un
solo chip a gran escala llamado Microprocesador o cerebro de la computadora.
Los objetivos logrados con el desarrollo de este trabajo fueron Conocer la historia de los circuitos integrados,
como y cuando surgieron, saber los materiales del cual están hechos, conocer un poco sobre como se
construyen, saber para que sirven, donde son utilizados, conocer las funciones que realizan en los aparatos y/o
sistemas.
INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
Como todos sabemos los Circuitos Integrados son unos pequeños circuitos electrónicos fabricados con una
función específica como pueden ser: Operaciones Aritméticas, funciones lógicas, amplificación, codificación,
decodificación, controladores, etc.
Estos Circuitos Integrados por lo general se combinan para formar sistemas mucho mas complejos que
pueden ser desde una calculadora, un reloj digital, un videojuego, hasta una computadora, etc
Se fabrican mediante la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que sirve como material
semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.
La característica más notable de un Circuito Integrado es su tamaño; ya que 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 mas de tres
centímetros.
Otra de las características de los circuitos integrados es que rara vez se pueden reparar; es decir si un solo
componente de un circuito integrado llegara a fallar, se tendría que cambiar la estructura completa; esto se
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debe al tamaño diminuto y los miles de componentes que poseen.
Que son los Circuitos Integrados
Un circuito integrado o ( ci ) es 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.
Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de
conexión a los circuitos externos.
Los chips digitales mas pequeños contienen varios componentes sencillos como compuertas, inversores
y flip−tops. los mas grandes contienen circuitos y sistemas completos como contadores, memorias,
microprocesadores, etc. La mayoría de los circuitos integrados digitales vienen en presentación tipo dip
(dual in−line package ) o de doble hilera. Los ci mas comunes tipo dip son los de 8,14,16,24, 40 y 64
pines.
En la cápsula trae impresa la información respecto al fabricante, la referencia del dispositivo y la
fecha de fabricación.
Además del tipo dip, existen otras presentaciones comunes de los circuitos integrados digitales como la
cápsula metálica, la plana y la " chip carrier". Existen circuitos integrados que utilizan cápsulas smt o
de montaje superficial , smt son casi 4 veces mas pequeños que los dip .
La tecnología smt (surface−mount technology ) es la que ha permitido obtener calculadoras del
tamaño de una tarjeta de crédito.
Historia de los Circuitos Integrados.
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 costo, 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.
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El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959;
poco mas de una década después de la invención del transistor en los laboratorios Bell en 1947.
A partir de 1966 los Circuitos Integrados comenzaron a fabricarse por millones y en la actualidad se considera
una pieza esencial en los aparatos electrónicos.
ESTRUCTURA DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
En este capitulo se dará a conocer la forma en que los circuitos integrados son fabricados, así como los
materiales de los cuales están constituidos; también veremos la clasificación de dichos circuitos de acuerdo a
su estructura y la clasificación de acuerdo a su función.
Como se fabrican los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados digitales disponibles se fabrican a partir de pastillas de silicio. el
procesamiento del silicio para obtener CI o chips es relativamente complicado .
El silicio utilizado para la fabricación de chips es de una pureza de orden del 99.9999999% . una vez
sintetizado, el silicio se funde en una atmósfera inerte y se cristaliza en forma de barras cilíndricas de
hasta 10cm de diámetro y 1 m de largo .
Cada barra se corta en pastillas de 0.25 a 0.50 mm de espesor y las superficies de estas ultimas se
pulen hasta quedar brillantes. dependiendo de su tamaño, se obtienen varios cientos de circuitos
idénticos (chips) sobre ambas superficies mediante un proceso llamado planar, el mismo utilizado para
producir transistores en masa..
Para fabricar un chip, las pastillas de silicio se procesan primero para hacer transistores. una pastilla
de silicio por si misma es aislante y no conduce corriente. los transistores se crean agregando impurezas
como fósforo o arsénico a determinadas regiones de la pastilla. las conexiones se realizan a través de
líneas metálicas.
Cada rasgo de forma sobre la pastilla rociando en las regiones seleccionadas un químico protector
sensible a la luz llamado photoresist, el cual forma una película muy delgada sobre la superficie de la
pastilla. la pastilla es entonces bombardeada con luz, mediante un proyector deslizante muy preciso
llamado alineador óptico.
El alineador posee un dispositivo muy pequeño llamado mascara, que evita que la luz incida sobre
puntos específicos de la pastilla, cuando la luz alcanza un área determinada de la pastilla elimina el
photoresist presente en esa zona. a este proceso se le denomina fotolitografía.
Mediante un proceso de revelado, el químico se deposita en las regiones descubiertas por la luz e
ignora las encubiertas por la mascara. estas ultimas zonas aun permanecen recubiertas de "
photoresist".
La precisión del alineador óptico determina que tan fino puede hacerse un rasto. A comienzos de los
70´s, era difícil hacer transistores de menos de 10 micras de tamaño. Ahora, los transistores alcanzan
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tamaños inferiores a una velocidad de respuesta de los dispositivos.
A continuación, la pastilla se calienta a altas temperaturas; esto origina que el silicio no procesado de
la superficie se convierta en oxido de silicio (SiO2). El SiO2 se esparce sobre la superficie de la pastilla y
forma sobre la misma una delgada película aislante de unas pocas micras de espesor.
De este modo se obtiene el primer nivel de metalización de chips. Para obtener una nueva capa de
metalización, el SiO2 se trata nuevamente con "photoresist" y se expone al alineador óptico,
repitiéndose el mismo procedimiento seguido con el silicio del primer nivel.
Las diferentes capas van creciendo una sobre otra formando una estructura parecida a un sandwich,
con el SiO2 como el pan y el metal o el silicio dopado como la salchicha, la mayoría de Circuitos
Integrados no se hacen con mas de tres capas de metalización.
De que están hechos los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados están hechos por silicio que sirve como base donde se fabrican transistores, diodos y
resistencias. Los circuitos Integrados contienen cientos de estos componentes distribuidos de manera
ordenada; esto se logra por medio de la técnica llamada fotolitografía la cual permite ordenar miles de
componentes en una pequeña placa de silicio.
Clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura.
La clasificación de los Circuitos Integrados de acuerdo a su estructura puede ser de acuerdo a la
cantidad de compuertas utilizadas para implementar la función propia del chip (llamado Escalas de
Integración) como sabemos, las compuertas son los bloques constructivos básicos de todos los circuitos
digitales.
Las escalas de Integración son 4: SSI, MSI, LSI, VLSI; a continuación veremos cada una de ellas.
SSI.− Significa Small Scale Integration ( integración en pequeña escala)y comprende los chips que
contienen menos de 13 compuertas. ejemplos: compuertas y flip flops. los Circuitos Integrados SSI se
fabrican empleando tecnologías ttl, cmos y ecl. los primeros Circuitos Integrados eran SSI .
MSI.− Significan Medium Scale Integration ( integración en mediana escala), y comprende los chips
que contienen de 13 a 100 compuertas . ejemplos: codificadores, registros, contadores , multiplexores,
de codificadores y de multiplexores. los Circuitos Integrados MSI se fabrican empleando tecnologías ttl,
cmos, y ecl.
LSI.− significa Large−Scale Integration ( integración en alta escala) y comprende los chips que
contienen de 100 a 1000 compuertas. ejemplos: memorias, unidades aritméticas y lógicas (alu's),
microprocesadores de 8 y 16 bits . los Circuitos Integrados LSI se fabrican principalmente empleando
tecnologías i2l, nmos y pmos.
VLSI.− Significa Very Large Scale Integration ( integración en muy alta escala) y comprende los
chips que contienen mas de 1000 compuertas ejemplos: micro−procesadores de 32 bits,
micro−controladores, sistemas de adquisición de datos. los Circuitos Integrados VSLI se fabrican
también empleando tecnologías ttl, cmos y pmos.
Clasificación de los circuitos Integrados de acuerdo a su función.
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Los Circuitos Integrados se clasifican en CI analógicos, digitales, de interfase y de consumo. A
continuación veremos cada uno de estos.
Circuitos Integrados Analógicos.
Los Circuitos Integrados analógicos se fabrican usado gran variedad de tecnologías de
semiconductores, como bipolar, efecto de campo, óxidos metálicos y combinaciones de estas tres. En la
mayoría de los casos el usuario no esta interesado en este aspecto de los Circuitos Integrados, ya que
únicamente puede basar su trabajo en las especificaciones del fabricante. La tecnología empleada en la
fabricación de los Circuitos Integrados digitales es importante para el usuario, debido a que estos se
emplean en familias lógicas, con características eléctricas comunes que garantizan su compatibilidad.
Los Circuitos Integrados analógicos se seleccionan normalmente siguiendo criterios individuales, y solo
es importante su compatibilidad con los requisitos de alimentación. Incluso en este aspecto, la mayoría
de los Circuitos Integrados analógicos están disponibles con amplios márgenes de alimentación, por lo
que su empleo no suele estar condicionado por su compatibilidad.
A continuación describiremos distintas clases de Circuitos Integrados analógicos:
2.2.2.1.1.− Amplificador Clase A (lineal)
En este amplificador, la señal de entrada es reproducida, aumentada en amplitud, exactamente con la
misma forma de onda a la salida. Para ello, el punto de reposo (Q) se sitúa en el centro de la curva de
corriente del colector (Ic), de forma que tanto la señal de entrada como la señal amplificada de salida
trabajan solamente en la zona lineal de la misma. Ic es siempre saliente (fig.1) Los amplificadores Clase
A se emplean siempre que la forma de onda de salida haya de ser la misma, con una distorsión mínima,
que la de la señal de entrada. Los amplificadores operacionales y los amplificadores de pequeña señal,
como por ejemplo amplificadores de radio frecuencia, amplificadores de frecuencia intermedia,
preamplificadores, etc., son básicamente amplificadores en Clase A.
Figura 1.− Amplificador clase A
Amplificador Clase AB
En este tipo de amplificador el punto de trabajo (Q) se sitúa por debajo del punto central de la zona
lineal de la curva Ic. Como resultado se ello se tiene que una mitad de la salida será una reproducción
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lineal de una mitad de la entrada, pero la segunda mitad de la salida estará parcialmente suprimida.
Existen dos versiones Clase AB1 y Clase AB2. En Clase AB2 el punto Q esta muy cerca del punto de
corte; en Clase AB1 este se sitúa aproximadamente un 20% o 30% por encima del punto de corte.
Ambas versiones de usan en circuitos push−pull minimizándose la distorsión de cruce mediante,
compensación mutua. Los amplificadores Clase AB1 y AB2 son ampliamente utilizados en la excitación
de altavoces y motores de servomecanismos, aplicaciones en las que se requiere una amplificación
sinusoidal lineal con potencias moderadas.
Amplificador Clase B
En este tipo de amplificador, el punto de trabajo (Q) se sitúa exactamente en el punto de corte de la
curva del circuito integrado, teniendo esto como resultado la amplificación de solo medio ciclo de la
señal sinusoidal de entrada. Los amplificadores Clase B son sistemáticamente empleados en
configuraciones complementarias push−pull. En esta configuración, uno de los amplificadores trabaja
sobre los semiciclos positivos de la señal de entrada, mientras que el otro lo hace sobre el semiciclo
negativo de la señal sinusoidal de entrada. Ampliamente utilizado como amplificadores de audio,
amplificadores para servomecanismos y aplicaciones similares en las que es esencial una alta linealidad
en la seña sinusoidal de salida, los amplificadores en Clase B gozan de una excelente eficiencia y un
buen comportamiento en lo relativo a la presencia de armónicos de segundo y tercer orden. Aparece
cierta distorsión en el punto de cruce debido a la ligera alinealidad de la curva Ic en este punto. El
componente representativo de estos amplificadores es ek Fairchild TBA 810S.
Amplificador Clase C.
En los amplificadores Clase C, el punto de trabajo (Q) se sitúa al doble del punto de corte de la curva Ic
. Solo una mitad de un semiciclo de señal sinusoidal es amplificada a la salida. Los amplificadores Clase
C son utilizados usualmente en osciladores de radio frecuencia y, en algunos casos en transmisores de
radio frecuencia. En estas aplicaciones el efecto del circuito resonante proporciona la otra mitad del
ciclo. Alta eficiencia es la característica esencial para los amplificadores Clase C en circuitos de radio
frecuencia adecuadamente diseñados y ajustados.
Los parámetros fundamentales son:
a)
Ganancia. En la mayoría de las aplicaciones, una ganancia en tensión de 20 es adecuada.
b) Frecuencia. Para aplicaciones como osciladores o amplificadores la salida de transmisores RF, el
límite de frecuencia del dispositivo deberá estar situado al menos un 10% por encima de la frecuencia
de resonancia esperada.
c) Potencia de salida. La potencia de salida puede variar en función con la frecuencia de trabajo, pero
es un criterio básico de diseño.
d) Disipación de potencia. Los amplificadores en Clase C trabajan normalmente cerca de sus límites
especificados para la disipación de potencia, por lo que resulta critico el acoplo mecánico de sus
características técnicas.
Amplificador de corriente (seguidor lineal).
Los amplificadores de corriente son básicamente amplificadores Clase A que tienen usualmente una
ganancia en tensión de 1 y funcionan efectivamente como en transformadores de impedancias*. Su
característica principal es su capacidad de manejar importantes corrientes de salida. Algunas veces se
denominan seguidores lineales por similitud con los circuitos seguidores de emisor con transistores. Los
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amplificadores de corriente son frecuentemente utilizados, conjuntamente con amplificadores
operacionales, dentro del lazo de realimentación para proporcionar una corriente de salida adicional.
Amplificador diferencial.
Los amplificadores diferenciales tienen dos terminales de entrada, aislados ambos respecto de masa a
través de la misma impedancia como se muestra en la figura 2. Básicamente similar a los
amplificadores de tensión Clase A, el amplificador diferencial amplifica solamente la diferencia de
tensión entre sus dos terminales de entrada. Las señales que aparecen en ambos terminales no son
amplificadas, permitiendo el amplificador diferencial extraer pequeñas señales en presencia de fuertes
interferencias electromagnéticas. Esta capacidad de rechazar señales comunes a ambos terminales de
entrada se especifica en la relación de rechazo al modo común. El componente representativo es el
Sprague ULN−2047.
Figura 2.− Amplificador Diferencial
Amplificador de aislamiento.
Consistente en varias etapas de amplificación, el amplificador de entrada está, bien eléctricamente bien
ópticamente aislado de la salida (fig.3). El amplificador de entrada es usualmente de tipo diferencial,
modulándose en radio frecuencia su salida, que se lleva a través de un transformador de RF hasta la
segunda etapa, en la que se demodula y filtra. La fuente de alimentación para la sección del
amplificador de entrada también debe estar aislada de forma que no exista conexión en bajas
frecuencias o en continua entre las secciones de entada y salida del amplificador . El funcionamiento de
los amplificadores por aislamiento óptico es similar, sustituyéndose en transformador de RF por un
opto−acoplador. Los amplificadores de aislamiento están generalmente encapsulados en una unidad y
se emplean en aquellas aplicaciones que requieren muy bajos niveles de conducta en continúa o a través
de alimentación. Los amplificadores de aislamiento siempre requieren fuentes de alimentación aisladas
así como cables convenientemente aislados entre la fuente alimentación y el amplificador. En algunos
casos se emplean baterías para evadir el problema de aislamiento de la fuente de alimentación. El
componente representativo es el Analog Devices AD293.
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Circuitos Integrados de Consumo
Los circuitos integrados englobados en esta categoría son aquellos que ofrecen los fabricantes para uso en
equipos clasificados como de <<electrónica de consumo>>. Obviamente, los CI utilizados en los relojes de
pulsera, detectores de humos, televisores y calculadoras quedan dentro de esta categoría. Los circuitos
integrados utilizados en temporizadores de electrodomésticos son los mismos que los empleados en los relojes
industriales, y el microprocesador empleado para el control de un horno de microondas o un juego electrónico
también estará englobado como CI de consumo. Este problema de clasificación viene marcado por el hecho de
que para cualquier función dada, como por ejemplo el CI de un reloj, de una calculadora o un CI para un
juego electrónico, hay muchos modelos diferentes, algunos vendidos únicamente al fabricante del producto de
consumo y otros disponibles para los distribuidores de electrónica. Algunos de estos CI son tan exclusivos que
ni siquiera se han publicado nunca las especificaciones y algunos otros han sido desarrollados en exclusividad
para una calculadora, reloj o juego. Los circuitos integrados diseñados para las cámaras automáticas, por
ejemplo, parecen pertenecer mayoritariamente a esta categoría.
Solo unos cuantos fabricantes publican los datos de sus circuitos integrados personalizados y solo para unos
pocos tipos. La inmensa mayoría de los circuitos integrados utilizados en el mercado de gran consumo son
aparentemente diseños personalizados y en el caso de necesidad de repuestos solo el fabricante original del
equipo los tiene en stock.
Los CI de consumo son prácticamente siempre circuitos de gran escala de integración y contienen
frecuentemente tanto los circuitos analógicos como digitales. En esta sección se relacionaran los circuitos
integrados de consumo conforme a los equipos de consumo en que se emplean. Cada uno de ellos es un
ejemplo representativo tato aquellos de carácter estándar como de los diseños personalizado que realizan una
función determinada. En los casos en que su función se combina con otras, pueden encontrarse diferencias en
cuanto a sus características u otras diferencias mínimas, pero la funcionalidad esencial aquí descrita es la
propia de cada tipo de circuito integrado.
CIRCUITO DE ALARMA
Este circuito proporciona todas las funciones necesarias para alarmas antirrobo, de temperatura, de humedad
y para otros tipos de sistemas de seguridad. Se incluyen entradas positivas como negativas junto a una señal
de supresión de ruido como se muestra en la figura 4. Una de las características de este CI es su capacidad
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para detectar la descarga de la batería. La corriente de salida puede ajustarse para la excitación de bocinas
altavoces o cualquier otro tipo de indicador sonoro o visual. Dispone de entradas separadas para los
interruptores de conexión y desconexión de alarma. Estos interruptores generalmente trabajan alimentados a
baterías, los requerimientos de consumo de este tipo de circuito integrado deberán ser mínimos posibles.
Figura 4.−Circuito de Alarma
Los parámetros fundamentales son:
a) Consumo de corriente en reposo. Es la máxima corriente consumida cuando no se produce una señal de
alarma. Entre 5 y 7 micro amperes es un valor típico.
b) Consumo de corriente en funcionamiento. Es la máxima corriente consumida por el CI cuando se
produce la alarma. Valores típicos desde 5 a 15 mA.
c) Umbral de la tensión de entrada. Es el nivel de la señal de entrada tanto negativa como positiva que
disparara la alarma. Valores típicos desde 3,0 a 3,4 V.
d) Umbral de detección de batería descargada. Es la tensión a la cual la alarma por batería baja comenzara
para indicar ese hecho. Valores típicos entre 1,7 y 2,0 V.
e) Corriente máxima de salida. La corriente máxima en este tipo de CI es ajustable para asegurar la
interconexión correcta con circuitos lógicos o indicadores externos. La corriente máxima de salida típica es de
15mA.
El Componente representativo de este tipo de circuitos es el AMI S2561.
AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE AUDIO
Estos dispositivos son amplificadores de potencia de baja frecuencia (generalmente desde 40Hz a 20.000Hz).
internamente están diseñados como amplificadores de potencia en clase B y ofrecen una ganancia de potencia
razonable (entre 5 y 10 W típicamente), así como bajos niveles de distorsión. Para manejar las potencias
digitales, la mayoría de los integrados poseen varios terminales planos y grandes que se conectan a masa y
actúan como radiadores térmicos. Estos integrados ofrecen además funciones adicionales, como por ejemplo
shut−down térmico, protección contra sobre tensiones y compensaciones en frecuencia. La salida esta
diseñada para trabajar sobre bajas impedancias (un altavoz de 4 ohmios es típico).
Parámetros fundamentales
a) Potencia de salida. Es la potencia de salida especificada del dispositivo. La potencia se da para una carga
y frecuencia especificada. La potencia de salida disminuye al hacerlo la tensión fuente.
b) Distorsión armónica total. La distorsión armónica total es la distorsión causada por el funcionamiento
alineal del amplificador. Este parámetro se expresa como un porcentaje de la salida total, siendo el 0,3 % el
valor normal.
c) Consideraciones térmicas. Desde el momento que estos dispositivos están diseñados para la entrega de
una potencia significativa a la carga, los efectos del calor producido por el integrado son un criterio primario
para la construcción y funcionamiento de los circuitos integrados situados en la alrededores del amplificador
de potencia. Los puntos de atención prioritaria incluyen los detalles físicos del montaje y los datos de potencia
térmica. Los terminales anchos del integrado se emplean para la conducción del calor fuera del integrado y
serán muy eficaces si se utilizan con propiedad. El fabricante entrega generalmente información mostrando la
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disipación de potencia frente a la temperatura indican como debe reducirse la disipación de potencia al
aumentar la temperatura ambiente. La disipación de potencia especificada para un integrado lo es para
temperatura ambiente (25 grados Celsius).
SISTEMA DE RADIO AM/FM
Un integrado de este tipo combina la mayoría de los circuitos necesarios para un sistema completo de
recepción de radio AM/FM. Los bloques internos que contiene el citado sistema incluyen un amplificador de
potencia, un conversor AM (mezclador y oscilador local), la etapa de FI de AM, el detector, la etapa de FI de
FM y el detector de FM. Son necesarios componentes externos tales como resistencias, bobinas y resistencias
para hacer completamente funcional el receptor. Estos componentes externos determinan algunas de las
características funcionales del sistema, como pueden ser el ancho de banda y la ganancia. Además, los
componentes externos son necesarios para construir los circuitos tanque necesarios para la sintonía de las
etapas de FI. Funciones que pueden también estar incluidas en el integrado son la fuente de alimentación
regulada, el medidor de salida y el silenciamiento de audio.
Los parámetros fundamentales son:
a) Margen de tensiones de alimentación del funcionamiento. Especifica el margen de tensiones posibles de
alimentación. Un amplio margen permite su uso en equipos portátiles con las baterías descargadas. Un típico
margen de tensiones de alimentación cubre desde 4 a 15 V.
b) Disipación del encapsulado. Esta es la especificación a temperatura ambiente de la disipación de
potencia. Un valor no muy inusual con el amplificador de potencia incluido es 1,6 W.
c) Potencia de salida. La potencia típica de salida sobre 8 ohmios a 1 kHz es de 325 mW, con una distorsión
armónica igual al 10%.
El componente representativo es el National Semiconductor EM1868.
SISTEMA DE RECEPCIÓN AM
Como muestra en la figura siguiente (fig. 5), todos los componentes activos de un receptor de AM típico
están integrados en un solo CI. Solamente las redes de resonancia tienen que disponerse en el exterior. Este
circuito integrado incluye el conversor de RF, el amplificador de FI, el detector y el circuito de control
automático de ganancia (AGC), el diodo regulador zener integrado y la etapa de preamplificación de audio.
En algunos sistemas de recepción integrados de AM se incluyen también el amplificador de RF, excluyéndose
el medidor de sintonía o el preamplificador de audio.
Los parámetros fundamentales son:
a) Sensibilidad. Es la sensibilidad total del receptor, basada en una selección particular de bobinas de RF Y
FI, usualmente a 1 MHz, con ondulación AM del 30%, a una frecuencia de audio de 400Hz y para un nivel de
salida especificado. Una sensibilidad típica para un nivel de salida de 10 mV podría ser de 10 microV.
b) Relación señal de ruido. Medida en las mismas condiciones que para el parámetro (a) anterior; un valor
típico seria 4,5dB.
c) Disipación máxima de potencia. Medida generalmente a temperatura ambiente. Un sistema de recepción
AM integrado puede disipar típicamente 600 mV.
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Figura 5.− Sistema de Recepción AM
El componente representativo es el National Semiconductor LM3820.
Temporizador de control para electrodomésticos
Aunque los temporizadores de control difieren en su flexibilidad de aplicación, el temporizador típico, como
el circuito integrado mostrado en la figura siguiente (fig. 6), puede emplearse con líneas tanto de 50 como de
60 Hz trabajando tanto sobre una base horaria de doce como de veinticuatro horas. Si se emplea una línea de
alimentación, es necesario disponer de una entrada de reloj externo. Los terminales de control externo se
emplean para inicializar los minutos y horas y poner en marcha o detener el temporizador. Existe además un
control de <<inicialización>>, que provocara el retorno del temporizador a su hora original; un control de
<<repetición>>, que permitirá al temporizador la repetición de la operación tantas veces como este control se
active, y un control de <<cancelación>>, que cancelara la alarma.
Los parámetros fundamentales son:
a) Niveles de control. Son los niveles para los estados lógicos 0 y 1 necesarios en cualquiera de las entradas
y salidas de control. Valores típicos son + 0,3 V para el nivel lógico 0 y −6 V para el nivel lógico 1. esto se
basa en una tensión de alimentación de −12V.
b) Nivel de salida para el visualizador. Son los niveles de tensión necesarios para conectar o desconectar el
visualizador de segmentos. Depende del tipo de visualizador empleado, estando los valores típicos en el
margen de 0 a +5V para LED y entre −2 y 0 V para visualizadores flouresentes.
c) Potencia máxima disipada. Dependiendo de la familia lógica, los calores típicos están en torno a 100
mW.
Figura 6.− Temporizador de Control
Procesador de recuccion de ruido dolby
Este circuito integrado ha sido diseñado específicamente para llevar a cabo la reducción de ruido según la
norma Dolby−B para monocanales de audio. Además de un regulador interno de alimentación. Contiene un
conjunto de amplificadores y precisa de algunas redes RC externas. Una de estas redes, que contiene cinco
condensadores y tres resistencias, se conecta a cuatro terminales externos, mientras que la segunda, que
constituye la vía de realimentación, esta formada por tres resistencias y tres condenadores trabajando
conjuntamente con un circuito rectificador interno. Estas redes RC están detalladamente especificadas por el
fabricante para garantizar la obtención del sistema de reducción de ruido Dolby−B deseado.
Los parámetros fundamentales son:
a) Distorsión. La máxima distorsión provocada por este CI esta especificada en un 0,05% para 1 kHz y un
nivel de entrada de 0 dB, pasando a ser de un 0,1% para 10kHz y 10 dB de un nivel de entrada.
b) Margen dinámico de señal. Determina el margen de entrada de la señal para obtener una distorsión del
0,3% a 1 kHz. Un valor típico serian 14 dB.
c) Relación señal/ruido. En el modo de codificación, un valor típico es de 70 dB, pasando a 80 dB cuando
esta en el modo de decodificación.
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d)
Resistencia de entrada. Valor típico 65 kiloohmios.
e)
Resistencia de salida. Valores típicos desde 80 a 100 ohmios.
El componente representativo es el Fairchild uA 7300.
Calculadora de cinco funciones
Este circuito integrado lleva acabo las cuatro funciones básicas de calculo, así como el cargo y descargo de
porcentajes. Funciona con un teclado simple que consta de las teclas C−CE, las diez teclas numéricas y las
seis teclas de función mas el punto decimal. Es el típico de las calculadoras de bolsillo económicas y contiene
todas las funciones lógicas y de memoria en un único integrado de 28 terminales. En muchas calculadoras
avanzadas se emplean muchos otros circuitos integrados mas complejos que proporcionan mas de ocho dígitos
en visualizador, mas funciones que las cinco básicas y cierta cantidad limitada de memoria, pero sus
características básicas son las mismas.
Como se muestra en la figura siguiente, las nueve conexiones para los dígitos están compartidas entre el
teclado y el visualizador. Tres líneas procedentes del teclado indican al integrado que columna de teclas ha
sido pulsada. Combinándose esta información con la de digito. Cuando se pulsa una tecla del teclado, el
mismo conjunto de nueve líneas valida uno de los ocho dígitos del visualizador, iluminándose l digito de siete
segmentos correspondiente. El resto de entradas son el oscilador externo y la señal de validación del oscilador.
Los parámetros fundamentales son:
a) Tensión de alimentación. Depende del tipo de visualizador para el que se ha diseñado el circuito
integrado. Para visualizadores fluorescentes, la tensión típica es de −15V, siendo de −7,5V para tipos con
visualizador de diodos electro luminiscentes.
b) Niveles de entrada. Para circuitos integrados de −15 V, el margen del nivel lógico 1 va desde −15 hasta
−6 V, y para el nivel lógico 0 desde −1,5 a 0 V. Para circuitos integrados alimentados a −7,5 V, el nivel lógico
0 ca desde −0,5 a 0 V.
c)
Resistencia de entrada del teclado. El valor típico es de 1.000 ohmios para todo tipo de calculadoras.
d) Consumo en reposo. Es la potencia consumida por el CI cuando todos los dígitos del visualizador están
apagados. Para CI de −15 V, el valor típico es de 75 uW para los alimentados a −7,5 mW.
e) Potencia disipada máxima. A temperatura ambiente + 25 grados Celsius, la potencia máxima en
cualquier tipo de calculadora puede disipar es de 500 mW.
El componente representativo es el Texas Instruments TMS1018.
Circuitos de reloj
Este circuito integrado proporciona todas las funciones necesarias en un reloj electrónico alimentado tanto
desde la red AC como desde la bateria de un automóvil, barco o avión. Dependiendo de la aplicación, puede
funcionar a partir de un cristal de sintonía de color de TV de 3,58 MHz o de los 60Hz de la línea de
alimentación. Estas señales se emplean en la cuanta de minutos, decenas de minutos y horas del visualizador.
Se dispone de una salida de 3,75 Hz para el parpadeo de gigitos específicos o de mensajes. En este circuito
integrado se han dispuesto salidas independientes para los excitadores de segmentos del visualizador LED o
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indicadores numéricos fluorescentes. Solo son necesarias tres entradas de control. La entrada de
<<incremento>> permite seleccionar cualquier digito en particular, bien sea el de horas, decenas de minutos o
minutos, o la puesta en marcha de reloj. Una vez seleccionado el estado deseado, puede incrementarse el
digito proporcionado un impulso mediante el cierre del pulsador. La entrada de <<reinicializacion>> provoca
el retorno a 1:00 del reloj.
Los parámetros fundamentales son:
a)
Tensión de alimentación. Una tensión nominal de +5 es un valor típico.
b) Niveles de control lógico. Para el nivel 1, entre 2,0 y 5,0 V es un margen típico. Para el nivel 0, el
margen típico suele ir desde 0 a 0,3 V.
c) Potencia máxima disipada. Se disipan aproximadamente 500mW cuando están iluminados todos los
segmentos.
El componente representativo es el Intersil ICM7223.
Generador de sonidos múltiples
Los generadores de sonidos múltiples combinan ruido generado internamente y tonos para producir efectos
sonoros especiales. El integrado contiene diversos tipos de osciladores que se seleccionan y controlan desde
terminales externos como se muestra en la figura 7. A través de estas terminales y bajo control de señales
digitales, se pueden seleccionar diferentes combinaciones de señales de salida procedentes de osciladores
controlados por tensión (VCO), osciladores de súper baja frecuencia (SLF) y generadores de ruido que se
mezclaran entre si. Las frecuencias de los osciladores se determinan por los valores de resistencias y
condensadores conectados en terminales al efecto. El sonido resultante puede simular el de trenes de vapor,
pistolas y otros sonidos propios de juegos.
Los parámetros fundamentales son:
a)
Corriente de alimentación. Para Vcc igual a 9 V, 19 mA es un valor típico.
b) Potencia del amplificador de audio. Estos circuitos pueden incluir un pequeño amplificador integrado
para trabajar sobre carga de 8 0hmios. La potencia de salida es de 125 mW.
Figura 7.− Generador de Sonidos Múltiples
El componente representativo es el Texas Instruments SN94281.
Circuitos Integrados Digitales.
Los circuitos Digitales trabajan con señales que solo pueden tomar uno de dos valores posibles. Inicialmente,
en circuitos digitales discretos con transistores, este tomaba o bien el estado de corte, en el que la tensión de
salida de colector era próxima a la de alimentación, o el de saturación, en el que dicha tensión de colector
pasaba a tener un nivel próximo al del emisor, usualmente tierra. En sistemas de lógica positiva, el nivel
próximo a tierra se considera el nivel lógico (0), y el nivel próximo a la tensión de alimentación se considera
como nivel lógico (1). Consideraciones inversas se hacen por sistemas de lógica negativa. En las próximas
explicaciones y ejemplos se utiliza la lógica positiva, y el termino nivel lógico (1) hará referencia al nivel de
tensión alto, mientras que el termino nivel (0) lo hará el nivel de tensión bajo.
Las funciones digitales esenciales de todos los CI digitales son iguales independientemente de la familia de
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que se trate. Una puerta OR, un flip−flop o un registro de desplazamiento funcionan exactamente de la misma
forma tanto si el CI pertenece a la familia ECL o se ha empleado tecnología CMOS en su fabricación.
Microcomputador de 8 bits.
El microcomputador que se muestra en la figura 8. Constituye un sistema computador completo integrado en
un único dispositivo. Contiene una memoria ROM/EPROM, una RAM y un microprocesador, que a su vez
incluye el controlador, el programa de control, la ALU y algunos registros. El uso de un microcomputador de
8 bits en lugar de uno de 4 permite escribir el programa de control con el uso de un número menor de
instrucciones. Además, un microcomputador integrado de 8 bits permite procesar números más grandes. Una
vez escrito y depurado el programa de control se programa en la ROM o en la EPROM. Si se utiliza un
microcomputador integrado con ROM, esta programación debe efectuarla el fabricante del CI. Si se emplea
una EPROM, la programación puede hacerla el usuario con el dispositivo al efecto. La decisión relativa a que
tipo emplear se basa en criterios de velocidad, costo, flexibilidad, etc.
Figura 8 .−Microcomputador de 8 bits.
Microprocesador de 32 BITS
La potencia de procesamiento que puede obtenerse de un microprocesador de 32 bits es muy similar a la de
los grandes ordenadores. Estos integrados están diseñados para obtener altas prestaciones y su uso en entornos
operativos multitarea. El funcionamiento de un microprocesador de 32 bits es demasiado complejo como para
presentarlo aquí. Si desea saber mas deberá dirigirse a los catálogos de datos del fabricante. El componente
representativo es el Intel 80386.
Microprocesador de 16 BITS.
El microprocesador que se muestra en la figura 9 es similar en cuanto a su estructura a los de 4 u 8 bits, pero
existen algunas diferencias:
a)
Pueden manipularse números mayores en un único ciclo de instrucción. Pueden procesarse valores
numéricos de hasta 65 000 en un ciclo de suma, mientras que un microprocesador de 8 bits tiene limitados sus
valores numéricos en un máximo de 256 un un ciclo de suma.
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b)
La mayoría de las instrucciones precisan de ciclos de búsqueda, pero en un MP de 8 bits son necesarios
dos ciclos de búsqueda para leer una instrucción de 16 bits.
c)
En los microprocesadores de 16 bits se utilizan las más recientes técnicas de diseño digital, como por
ejemplo operaciones memoria a memoria, cola de instrucciones, permitiendo así una ejecución más rápida de
los programas.
Figura 9 .−Microprocesador de 16 bits.
Circuitos Integrados de Interfase
Algunos textos consideran a los excitadores y receptores de línea, integrados empleados en aplicaciones de
interconexión a través de buses, como dispositivos de interfase. Estos circuitos integrados se utilizan en
general como parte de un controlador digital u ordenador, o bien de un periférico. El termino Interfase se
refiere a que estos circuitos sirven de enlace entre otros componentes de un sistema.
Conversor Analógico−Digital.
Existen en el mercado un gran numero de conversores analógicos−digitales (ADC) específicos para un gran
variedad de aplicaciones. Prácticamente todos ellos trabajan en base a uno de los principios que se describirán
a continuación, y si bien muchos están disponibles como circuitos integrados monolíticos, frecuentemente se
utilizan módulos híbridos para aplicaciones de propósito especial de alta precisión.
El método de conversión por comparación se ilustra en la fig.10. El diagrama de bloques muestra un
contador que ataca a una red resistiva en escalera. Obsérvese que la relación entre los valores resistivos en
esta red sigue una secuencia de tipo binaria. La señal en escalera que demuestra la figura11 ilustra la
comparación entre la señal analógica de entrada y la señal de salida generada a partir del contador en la red
resistiva en escalera. Mientras la señal de entrada sea superior al nivel de la señal en escalera, los pulsos de
salida, correspondientes a los pulsos de entrada de reloj, pasan a través de los comparadores 1 y 2 y de las
puertas NAND hacia el terminal de salida digital serie.
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Figura 10.− Diagrama de bloques de un conversor A/D por aproximaciones
En numero de pulsos de salida representa, pues, el nivel de tensión de señal de entrada lógica. La mayoría de
los conversores A/D por comparaciones poseen una circuitería más sofisticada que la mostrada en la figura
11.
Figura 11.− Señal en escalera.
El segundo método de conversión analógico digital utiliza una rampa lineal para relacionar la tensión de
entrada de la señal analógica con intervalos de tiempo. Como muestra el esquema de bloques del conversor de
doble rampa de la figura 12. Para la generación de esta rampa se utiliza un integrador.
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En el método de comparación, la exactitud del sistema viene limitada por el número de bits del contador y la
exactitud de las referencias de tensión (fig. 13). En el conversor por integración, la precisión está limitada por
la precisión de la tensión de referencia y la frecuencia de la señal interna de reloj.
Figura 12.− Esquema de bloques de un conversor A/D de doble rampa.
Figura 13.− Señales de doble rampa
FUNCIONES DE LOS CIRCUITOS INTEGADOS
Las funciones de los circuitos integrados son muy variadas; ya que son utilizados en la mayoría de los
aparatos electrónicos que existen y estas pueden variar mucho de acuerdo con la finalidad con la que
fueron creados dichos circuitos. A continuación se presentaran algunos de los usos de los circuitos
integrados.
El uso de los Circuitos Integrados.
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Los Circuitos Integrados tienen una infinidad de usos; sin embargo veremos los usos de los Circuitos
Integrados que hemos explicado anteriormente.
Los Amplificadores en Clase A se utilizan como amplificadores de bajo nivel en circuitos de audio, en
las etapas de radiofrecuencia y de frecuencia intermedia de receptores de todo tipo y en las etapas de
video de receptores de televisión y monitores. Los Amplificadores Clase C se encuentran usualmente en
osciladores a frecuencias superiores a los 100 kHz. Los Amplificadores de corriente se emplean como
excitadores de cables coaxiales, servomotores, registradores de precisión y transformadores elevadores
de alta tensión, siendo también útiles como amplificadores de salida de audio y en circuitos reguladores
de fuentes de alimentación. Los Amplificadores lineales son empleados en todo tipo de amplificadores
para cabezas de registro magnético, en gran cantidad de instrumentación industrial, laboratorios
científicos y aplicaciones médicas donde deben amplificarse pequeñas señales en presencia de
interferencias externas. Los Amplificadores de Aislamiento son utilizados como amplificadores de
entrada en electrocardiogramas, electroencefalogramas y cualquier otra monitorización fisiológica. Los
amplificadores de aislamiento son utilizados también en la instrumentación de las plantas de energía
nuclear y en el control de procesos industriales, en cualquier punto donde exista un problema de
seguridad eléctrica.
Entre los circuitos integrados de consumo que explicamos anteriormente se encuentran los circuitos de alarma
que pueden utilizarse en diversos sistemas de seguridad y en otros sistemas donde deben monitorizarse
continuamente diversos parámetros físicos, como por ejemplo temperatura, flujo de aire, presión, iluminación,
etc. Un cambio sustancial en el parámetro analógico externo que esta siendo monitorizado activara el
dispositivo de alarma. Debido al sistema de detección de descarga de la bateria, este circuito es especialmente
útil en aplicaciones alimentadas a baterías. El Amplificador de potencia de audio se usan en auto−radios,
equipos domésticos de audio económicos y parte de la sección de audio de receptores de televisión.
Los Sistemas de Radio AM/FM se emplea como receptor en radios portátiles de FM y AM de baja potencia,
autoradios y otros tipos similares.
El sistema de recepción AM se emplea típicamente en receptores miniatura y subminiatura de AM de
radiodifusión, del tiempo y de otros tipos. El temporizador de control para electrodomésticos puede
encontrarse en hornos de microondas, videos, cocinas eléctricas, lavadoras, etc. El procesador de recucción de
ruido dolby se usa en todo tipo de sistemas de audio HI−FI, dispositivos de grabación, receptores FM, etc.,
donde se desee disponer del sistema de reducción de ruido Dolby.
El circuito de reloj se emplea en relojes de todo tipo. El generador de sonidos múltiples se emplean para
producir sonido en video−juegos, alarmas, muñecas e indicadores de control.
Entre los circuitos digitales que vimos anteriormente se encuentra el microcomputador de 8 bits; este al
igual que los microprocesadores de 4, 8 y 16 bits, y los microcomputadores de 4 bits, estos de 8 bits
pueden emplearse en hornos microondas, juegos de televisión, calculadoras, etc.
Los Microprocesadores de 32 bits se emplean en el diseño de ordenadores con altas prestaciones y en
sistemas controlados por ordenador. Los Microprocesador de 16 bits poseen unas prestaciones
operativas superiores a las de los 4 y 8 bits. Sus actuales aplicaciones cubren los juegos de TV, sistemas
de control de acondicionadores, aplicaciones de control de procesos, ordenadores personales y de
pequeños ordenadores de gestión.
Unos de los Circuitos Integrados de Interfase que explicamos anteriormente son los conversores
analógico−digitales; los cuales se usan en instrumentación, telemetría, utillaje controlado por
ordenador y otros sistemas en los que una señal analógica de entrada debe emplearse en un dispositivo
digital. La mayoría de las magnitudes físicas como temperatura, presión, iluminación, radiación, etc.,
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pueden medirse mediante su conversión a señales eléctricas analógicas y posteriormente en valores
digitales para su uso en procesos digitales.
Ramas que abarca el uso de los Circuitos Integrados.
Los Circuitos Integrados actualmente son utilizados en casi todas las ramas como son la medicina, la
industria, el comercio, etc. A diferencia de cuando surgieron; ya que eran utilizados principalmente en
la astronáutica y en el ejercito.
Funciones principales de los Circuitos Integrados.
Las funciones principales de los circuitos integrados son mejorar las funciones de los aparatos tanto
electrónicos como electrodomésticos; así como reducir el tamaño, complejidad y por lo tanto el costo
también disminuye.
CONCLUSIONES
Como Conclusión podemos mencionar que los Circuitos Integrados son pequeños circuitos electrónicos que
han ido evolucionando con el paso del tiempo; ya que su funciones han crecido y su tamaño a disminuido
considerablemente; la llamada Miniaturización.
Estos circuitos están formados por una delgada oblea de silicio sobre la cual se fabrican los transistores; la
técnica llamada fotolitografía ha permitido a los diseñadores crear centenares de miles de transistores en un
solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p.
Durante la fabricación, estas regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir
circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados
sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más
barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.
En la actualidad, los pasos para fabricar un circuito integrado han cambiado, ya que han surgido nuevas
industrias que han asumido la responsabilidad de introducir los últimos avances tecnológicos en el equipo de
procesamiento. El resultado es que el fabricante puede concentrarse en el diseño, el control de calidad, en el
mejoramiento de las características de funcionamiento y confiabilidad y en una todavía mayor miniaturización
haciendo de esta forma a los circuitos integrados cada vez mas confiables y con una menor complejidad física
y por lo tanto un menor costo.
Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y
calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el
costo de muchos productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los equipos de alta
fidelidad.
El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la
información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con
el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo,
ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y los juegos
electrónicos son sistemas basados en microprocesadores.
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