domingo, 25 de julio de 2010

Tipos de Circuitos Integrados


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.
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.
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.

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.
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.

Luis Fernando Cantor Bueno
19135529
Ingenieria Electronica ,Electronica De Estados Solidos
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Tipos de Ciruitos Integrados


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 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 'Circuitos integrados'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.
'Circuitos integrados'

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 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.

Luis Fernando Cantor Bueno
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Tipos de Ciruitos Integrados


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:
 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.



'Circuitos integrados'
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 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.

Luis Fernando Cantor Bueno
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Circuitos Integrados


Fabricación 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 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.
Materiales de 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 estructur

  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.

Luis Fernando Cantor Bueno
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Integrierte Optik


Passive integriert optische Komponente


Passive integriert optische Komponenten sind planare Lichtwellenleiterstrukturen (PLWL, engl. PLC), in denen mehrere passive Wellenleiterfunktionen auf einem Chip monolithisch integriert sind. Solche Bauteile werden inzwischen in großen Stückzahlen in faseroptischen Übertragungssystemen (FTTH) eingesetzt. Die Funktion dieser Bauteile ist hauptsächlich die Verteilung der Lichtsignale von einer Übertragungsfaser auf viele Fasern bzw. deren Umkehrung. Solche Verzweiger, auch Splitter genannt, ermöglichen eine Baumstruktur, wie sie in den PON-Systemen (z. B. G-PON) benötigt werden. Heute sind monomodige Verzweiger 1×N und 2×N mit bis zu 64 Kanälen kommerziell erhältlich und sind im gesamten Übertragungsbereich der Standardtelekomfaser von 1260 bis 1650 nm einsetzbar.

Die am längsten bekannte und im Einsatz erprobte Technologie zur Herstellung von solchen Bauteilen beruht auf dem Ionenaustauschverfahren in Glas (Ken Koizumi, 1971). Dabei werden durch eine entsprechende photolithographisch erzeugte Metallmaske Natriumionen des Glases lokal begrenzt durch Silberionen ersetzt. Die Silberionen bewirken eine Brechzahlerhöhung in den durch die Maske vorgegebenen Bahnen und formen somit die Wellenleiterstruktur.
Bei diesem zunächst rein thermischen Ionenaustausch entstehen Oberflächenwellenleiter, deren Geometrie und Übertragungseigenschaften noch nicht den technologischen Anforderungen bezüglich Dämpfung und Umweltstabilität genügen. Dies erreicht man durch eine zweite im elektrischen Feld durchgeführte Diffusion, bei der man die oberflächennahen Silberionen mit Natriumionen aus einer Salzschmelze in das Glasinnere vergräbt. Die so erhaltenen Wellenleiter liegen ca. 15 Mikrometer unter der Glasoberfläche und zeigen ausgezeichnete Übertragungseigenschaften und Langzeitstabilität.[1] In den OPAL-Netzen der Deutschen Telekom sind auf diese Art hergestellte Wellenleiter seit 1993 im Einsatz und weisen keinerlei Degenerationserscheinungen auf.[2]. In Deutschland wurden solche Wellenleiterkomponenten von der Firma IOT (früheres Tochterunternehmen von Schott Glas und Carl Zeiss) im Rahmen eines von der deutschen Bundesregierung geförderten nationalen Forschungs- und Entwicklungsprojektes in den 1980er Jahren entwickelt und werden heute von der Firma LEONI Fiber Optics GmbH hergestellt.

Eine alternative Chiptechnologie basiert auf Abscheideverfahren von Quarzglas- bzw. dotierten Quarzglasschichten auf einem Substrat aus Silizium oder Quarzglas. Hierbei entstehen die Wellenleiterstrukturen durch Herausätzen aus einer höherbrechenden Schicht (z. B. einer germaniumdotierten Quarzglasschicht). Die so entstandenen Strukturen werden anschließend durch eine weitere Quarzglasschicht abgedeckt. Man bezeichnet auf solche Art hergestellten passiven Strukturen als „Silica on Silicon" oder „Silica on Silica"-Wellenleiter (SiOS). Wie die ionenausgetauschten Wellenleiter sind die SiOS-Wellenleiter ebenfalls dämpfungsarm und breitbandig. Allerdings weisen sie wegen der Schichtstruktur aus Materialien unterschiedlicher thermischer Ausdehnung eine deutlich höhere Polarisationsempfindlichkeit insbesondere bei schwankenden Temperaturen auf.
Durch Modifikation der Herstellparameter lassen sich auch andere Wellenleitereigenschaften entwickeln. Passive integriert optische Wellenleiterchips sind heute auch für Wellenlängenbereiche bis hinunter zu 600 nm möglich. Auch komplexere Strukturen wie Interferometer oder wellenlängenabhängige Funktionen können realisiert werden. Solche komplexeren optischen Chips sind für verschiedene Anwendungen wie Sensorik, Messtechnik, Diagnostik etc. von Interesse, weil Sie die Möglichkeit einer starken Miniaturisierung und einer erheblichen Kosteneinsparung durch Integration geben.

Luis Fernando Cantor Bueno
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Integrierte Optik


Die Integrierte Optik (IO)

ist das Teilgebiet der Optik, das sich mit der Entwicklung integrierter optischer Systeme beschäftigt. Diese Systeme sind auf einem Substrat untergebracht und zeichnen sich durch ein hohen Funktionalität (Lichtquellen, Wellenleiter, Strahlteiler, Intensitäts- oder Phasen-Modulatoren, Filter, Schalter usw.) aus. Die integrierte Optik ist mit integrierten Schaltkreisen (IC) vergleichbar, allerdings ist die Integrationdichte noch nicht so hoch wie bei den ICs.
Da die integrierte Optik sehr interessant für Kommunikationssysteme und Sensoren ist, findet hier derzeit viel Forschung und Entwicklung zur Schaffung neuer Module statt. Man strebt danach, alle zum Aufbau eines optischen Kommunikationsnetzes erforderlichen Funktionalitäten auf einem integrierten optischen Schaltkreis unterzubringen, um den Umweg über elektrische Signale zu vermeiden.

Materialien

Typische Materialien der Integrierten Optik sind Glas, Silizium, Polymere (besonders Photopolymere) und dielektrische Kristalle, zum Beispiel Lithiumniobat. Letzteres hat interessante elektrooptische, akustooptische und nichtlineare optischen Eigenschaften. Um aus diesem Material optische Schaltkreise mit bestimmten Funktionen herzustellen, wird der Kristall mit Titan dotiert, mit Protonenaustauschverfahren bearbeitet, oder mit Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden dotiert.

Mikrooptische Laser, Verstärker und Dotierungselement




Um laseraktive Bauelemente oder optische Verstärker herzustellen, werden Gläser oder Kristalle mit den Elementen aus der Gruppe der seltenen Erden (Praseodym, Neodym, Erbium , Thulium, Ytterbium) dotiert.
Am interessantesten ist Erbium, da die mit Erbium dotierten Kristalle, Gläser und Lichtwellenleiter
Infrarot im Bereich von 1550 nm erzeugen bzw. verstärken können, einer Wellenlänge, die in den aus Kieselglas (Quarzglas) bestehenden Glasfasern nur sehr wenig gedämpft wird. Dieser Wellenlängenbereich wird daher in Glasfasernetzen der Telekommunikation vorrangig genutzt.
Gepumpt werden Erbium-dotierte Lithiumniobatlaser und Erbium-dotierte Faserverstärker mit Diodenlasern mit einer Wellenlänge von 980 nm oder 1480nm. Das Diagramm rechts zeigt die Energieniveaus.
Als Strahlungsquelle kommen vielfach auch Halbleiterlaser direkt zum Einsatz. Sie können ebenfalls bei 1550 nm arbeiten.

Mischer und optisch-parametrische Oszillatoren

Mischer, Frequenzvervielfacher und optisch-parametrische Oszillatoren (OPO) dienen der Frequenzumwandlung, um aus kohärentem Licht einer Frequenz kohärentes Licht in anderen Frequenzbereichen zu erzeugen. Es gibt Frequenzbereiche, die mit den derzeitigen Laserquellen nicht abgedeckt werden können. Durch ein nichtlineares Element kann Laserlicht in einen anderen Frequenzbereich gewandelt oder auch ein durchstimmbarer Laser geschaffen werden.
 

Luis Fernando Cantor Bueno
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CIRCUITOS INTEGRADOS ESPECIALES


Hoy día, para cualquier tipo de circuito que necesitemos, es muy probable que podamos encontrar algún modelo de circuito integrado que realice la misma función o parte de ella. Así, ya hemos visto que podemos encontrar osciladores, multivibradores y reguladores de tensión, como el 723, que forman parte de la electrónica integrada.


Los diferentes modelos de los circuitos integrados son numerosísimos y, por ello, resulta algo complicado saber exactamente cuál de todos los que existen se acoplará mejor a nuestro diseño. Existen muchos catálogos de diferentes fabricantes, en los cuales suelen estar especificadas las aplicaciones de cada circuito integrado. Pero uno de los factores más importantes, que raramente viene reflejado en estos catálogos, es el tipo y cantidad de dispositivos externos que vamos a necesitar para realizar la función que deseemos con el circuito integrado. A pesar de todo ello, con un poco de experiencia en manejar estos catálogos seremos capaces de conseguir encontrar el circuito integrado que nos va a resultar más útil, bien para realizar la aplicación concreta que necesitemos o bien para facilitarla, realizando parte de las funciones que deseemos.
Como ya sabemos, el número de tipos diferentes de circuitos integrados es inmenso y resulta muy difícil conocerlos todos. Vamos a intentar conocer un poco más a fondo algunos de ellos. Al haber tantos tipos de circuitos integrados las clasificaciones que se pueden hacer de ellos también son numerosas. Una de estas clasificaciones divide a los c.i. en tres tipos: analógicos o lineales, digitales y c.i. de gran consumo (radio, TV, etc.). Los circuitos integrados lineales son aquellos que admiten para la entrada un rango de señales dentro del cual se pueden tomar infinitos valores válidos, al igual que sucede en la salida. Los circuitos integrados digitales, como veremos más adelante, sólo admiten un conjunto finito de valores de entrada, siendo normalmente "dos" los elementos de dicho conjunto. Los circuitos lineales tienen que cumplir bastantes condiciones, a veces es necesario diseñar uno de estos circuitos sabiendo de antemano la función que va a desempeñar; aunque este tipo de fabricación resulta muy cara y, como ya vimos, al hacer muchos circuitos en serie el precio se abarata mucho. Por esta razón, normalmente se fabrican circuitos integrados muy versátiles de forma que un solo c.i. pueda ser empleado para realizar diferentes tipos de funciones.


El VCO


Un circuito integrado muy extendido es el VCO. Se trata de un generador de funciones de precisión. VCO son las siglas, en inglés, de este circuito integrado, que significan: voltage controlled oscilator. Un circuito integrado ICL8038 es un generador de funciones con el cual podemos generar señales con una gran exactitud y pueden ser formas sinusoidales, cuadradas, triangulares, dientes de sierra e impulsos. Para todo ello sólo se necesita el circuito integrado nombrado anteriormente y muy pocos componentes externos. Una aplicación muy importante de los VCO es su utilización en sintetizadores. Los VCO son el núcleo de un sintetizador. La estabilidad de todo el instrumento va a depender de las prestaciones del VCO. Entre las principales características de un VCO se encuentra la de poder seleccionar externamente la frecuencia en la que vamos a trabajar, pudiendo obtener un amplio margen de frecuencias útiles entre 0,001 Hz y 300 Hz. Esta selección se puede efectuar mediante resistencias y condensadores.






El XR2206 es también un generador de funciones integrado. Con él podemos obtener a la salida una señal sinusoidal, cuadrada, triangular, del tipo diente de sierra o un tren de pulsos. Es bastante estable frente a las variaciones de temperatura y tiene una gran precisión. En estos circuitos, al igual que en los VCO, tenemos un amplio margen de frecuencias válidas, que va desde 0,01 Hz a más de 1 MHz y puede ajustarse externamente. Es posible, asimismo, modular la señal de salida en amplitud o frecuencia usando una tensión exterior. Este circuito integrado es bastante utilizado para comunicaciones e instrumentación, y, cuando necesitamos un tono sinusoidal modulado en FM o AM, también se utiliza. Podemos desplazar la frecuencia de oscilación usando una tensión de control exterior. Al hacer esto vamos a introducir un pequeño factor de distorsión pero que va a ser tan pequeño que nos merece la pena esta pequeña desventaja frente a los beneficios que produce. Estos circuitos integrados están formados por cuatro bloques: un VCO (oscilador controlado por tensión), un multiplicador analógico y configurador de onda, un amplificador de ganancia y un conjunto de interruptores de corriente. Las principales características de estos c.i. son su baja distorsión de la señal y una excelente estabilidad. Como ya hemos visto, también tienen un amplio desplazamiento de frecuencia, baja sensibilidad frente a variaciones en la alimentación y un alto margen de tensión de alimentación. Suelen ser usados como generadores de ondas sinusoidales, cuadradas, triangulares, etc. Generadores de AM y FM, generadores de tono, convertidores de tensión a frecuencia, etcétera.


Comparador de tensión

Ya sabemos que con un amplificador operacional unido a unos dispositivos externos, resistencias en su mayoría, podíamos construir un comparador de tensiones. También tenemos una serie de circuitos integrados, los LM710, que son comparadores de tensión de alta velocidad. Se han diseñado para ser utilizados en sensores digitales de precisión y también para reemplazar a los amplificadores operacionales que realizaban la función de comparar tensiones cuando necesitemos una alta velocidad de respuesta. Esta familia dispone de una entrada diferencia y tiene unos niveles de saturación que los hacen compatibles con la gran mayoría de las familias lógicas. Es un circuito integrado bastante estable frente a los cambios de temperatura. Está formado por un chip de silicio dopado con oro, siendo este tipo de dopaje el que hace que estos circuitos sean mucho más rápidos que los amplificadores operacionales. Además, no se pueden comparar las grandes ventajas que tienen los circuitos integrados debido a sus mínimas dimensiones y capacidad del cableado con las de los circuitos discretos que realizan la misma función. Entre las aplicaciones de los LM710 cabe destacar las siguientes: se pueden usar como moduladores del ancho de pulsos, comparadores de tensiones, convertidores A/D de alta velocidad y sensores de funcionamiento en equipos automáticos de medida. También hay algunas aplicaciones para estos circuitos integrados dentro de los sistemas digitales. Debido a su bajo coste suelen ser bastante utilizados.





El nombre de PLL viene de las siglas de su denominación en inglés, Phase Locked Loop. Al hablar de un PLL nos estamos refiriendo a un circuito realimentado. Cuando hablamos del lazo del PLL debemos pensar que éste se comporta como cualquier servo o sistema de retroalimentación de lazo cerrado. El lazo está formado por un filtro, un detector de fase y un VCO. Dentro de un PLL también vamos a encontrar dos divisores, que suelen ser muy necesarios. Por ejemplo, podemos usar el PLL en un sistema de comunicación de datos para obtener un reloj estable y libre de fluctuaciones a partir de una entrada muy fluctuante. Si tenemos una variación cuya amplitud es muy grande, va a ser necesario dividir el reloj de entrada para reducir la amplitud de dicha variación y que ésta sea menor que un intervalo de tiempo.

esquema de un PLL

Otro ejemplo podría ser utilizar el PLL como sintetizador de frecuencia. Pero los divisores pueden traer algunos problemas, ya que si le introducimos un factor de división grande en el lazo de retroalimentación se puede reducir bastante la ganancia del lazo, y esto va a provocar un retroceso en la respuesta para cualquier cambio que se produzca en la entrada. Por lo tanto, los grandes divisores se deben evitar dentro del lazo de realimentación. Muchos de estos circuitos no tienen un comportamiento lineal debido a que la salida del detector de fase no es proporcional al error de fase y la frecuencia del VCO de salida tampoco guarda una relación lineal con el voltaje de control. Pero, en la mayoría de los casos, los PLL se comportan como un circuito lineal y así los vamos a ver.
Unos de los componentes más utilizados en los lazos de realimentación son los detectores de fase. Los detectores de fase, como su propio nombre indica, son capaces de determinar el desfase existente entre dos señales. Existe una gran variedad de ellos, de los que destacaremos los siguientes: detectores de fase muestreo y retención, detectores de fase de tipo discriminador, detectores de fase de tipo multiplicador y detectores de fase digitales. Dependiendo de la aplicación para la que vayamos a usar el PLL tendremos que ponerle un detector de fase u otro, ya que no hay uno que sea el mejor sino que depende del uso que le demos al circuito. Para elegir un detector u otro hay que tener en cuenta, principalmente, dos factores: el tipo de señal de entrada y el intervalo de error de fase de entrada en el cual la salida es lineal. Dependiendo del tipo de señal de entrada que le vamos a aplicar al PLL vamos a usar un tipo de detector de fase u otro ya que, por ejemplo, una entrada cosenoidal y una entrada digital requieren detectores de fase diferentes. Por otro parte, según sea el intervalo de error de fase de la entrada en el cual la salida es lineal también vamos a usar un detector de fase u otro. Cuanto más amplio sea dicho intervalo más útil va a ser el detector de fase para controlar el lazo y además el ruido va a afectar menos. Los detectores de fase de tipo multiplicador y los digitales son los que más se utilizan. Los primeros son útiles cuando la señal de entrada es de tipo cosenoidal y los segundos, como su nombre indica, son usados para señales de entrada de tipo digital.

Oscilador controlado por voltaje

Dentro del lazo de realimentación de un PLL aparte de un filtro y de un detector de fase se encuentra un VCO. Como ya sabemos, los VCO son osciladores controlados por voltaje. Hay varios tipos de VCO que se pueden usar en los PLL: osciladores de cristal, osciladores LC y multivibradores RC. Al igual que con los detectores de fase vamos a usar un VCO u otro dependiendo del tipo de aplicación que le vayamos a dar al PLL. Los dos factores que tenemos que analizar para elegir el tipo de VCO más adecuado son la estabilidad de fase y el intervalo de control. La frecuencia del VCO está sujeta a la señal de entrada, pero la relación de fase de salida del oscilador con la entrada va a depender de la frecuencia natural del oscilador. Por lo tanto, va a influir mucho el tipo de VCO que pongamos. La frecuencia natural de oscilación va a variar con la temperatura, el tiempo y el ruido de la entrada, produciéndose un cambio en la fase de salida que si es muy grande puede llegar a perderse la sujeción. Por lo tanto, para tener una buena estabilidad, la frecuencia del VCO debe ser lo menos variable posible frente a la temperatura, tiempo y ruido. Por otro lado, es conveniente que el VCO esté relacionado en un rango de frecuencias lo más grande posible, debido a que cuanto mayor sea el intervalo de control resulta más fácil para el lazo mantener dicho control.

PLL con un detector de fase y un detector de frecuencia

Estos dos factores no se pueden conseguir a la vez, es decir, tenemos que tener un compromiso para ver que precisamos más en cada aplicación debido a que si el intervalo de control es muy grande, la estabilidad de la fase frente al ruido y los cambios de temperatura va a ser bastante mala, y, al revés, si tenemos una estabilidad muy buena el intervalo de control será pequeño. Los osciladores de cristal son los más estables pero su intervalo de control resulta bastante pequeño. Son usados en los sintetizadores de frecuencia y en los sincronizadores de reloj. Sin embargo los multivibradores RC tienen un intervalo de control mucho más grande pero su estabilidad frente a los posibles cambios no es tan buena. Son utilizados como demoduladores de FM y decodificadores de tono.


Como ya hemos señalado, el ruido en la entrada de un PLL es un factor que, junto con la temperatura o el envejecimiento de los dispositivos, puede desestabilizar el circuito. Al hablar del ruido nos estamos refiriendo a señales no deseadas que se mezclan con la señal de entrada y pueden llegar a conseguir que no sepamos de qué tipo es la señal de entrada, o el tiempo de duración. Una característica muy importante en los PLL es el ancho de banda del ruido. Según la aplicación para la que vayamos a usar el PLL tenemos que decidir el ancho de banda de ruido.


Seguidor de modulación diseñado con un PLL

Normalmente tenemos dos tipos de PLL, unos de seguimiento de portadora y otros de seguimiento de modulación. Con los primeros podemos recobrar, por ejemplo, el reloj de la señal de entrada. Este reloj debe tener una modulación en frecuencia o en fase o una cantidad considerable de ruido y debido a esto debe tener una banda pasante lo más estrecha posible. Los otros tipos de PLL son los de seguimiento de modulación: trabajan como discriminadores, la salida del filtro debe reproducir el espectro de la banda base y la modulación en frecuencia o en fase. En este segundo caso, el ancho de banda del lazo debe ser más ancho que la mayor frecuencia moduladora. Un factor importante dentro del tratamiento del ruido es el umbral de ruido en los PLL. Hemos supuesto que, a pesar de tener ruido en la entrada, el lazo sigue "sujeto" y esto no es cierto del todo. Si ese ruido supera un cierto valor, denominado umbral de ruido, el lazo va a comenzar a perder ciclos y puede llegar a perder "la sujeción" pasando a no comportarse linealmente. El umbral de ruido de un PLL depende de la estructura de su lazo, más concretamente del detector de fase y del filtro. Otro factor que también tenemos que tener en cuenta para el buen funcionamiento del lazo en presencia de ruido de entrada es el espectro de frecuencia. Si nos mantenemos dentro de un rango de frecuencias adecuado, el lazo tolerará bastante bien el ruido, pero si nos salimos de ese rango tendremos muchos más problemas.


Un ejemplo de circuito integrado tipo PLL es el LM565. El lazo de realimentación de este PLL está formado por un VCO, un amplificador operacional que tiene una resistencia conectada a la salida y un detector de fase, que es de tipo multiplicador, como en la mayoría de los circuitos integrados monolíticos PLL. Al usar este tipo de detector de fase tenemos que asegurar que los notables cambios en la frecuencia de entrada no provoquen alteraciones muy grandes en la salida del detector. Este PLL puede tener varias aplicaciones, entre las que se encuentra su uso como seguidor de modulación.


Diagrama de bloques interno de un LM565

Los PLL son muy utilizados dentro de la electrónica tanto analógica como digital. Entre sus aplicaciones más comunes se encuentran los sintetizadores de frecuencia, demoduladores de frecuencia y fase, moduladores de amplitud coherente, decodificadores de tono, sincronizadores de bits, etc. Los PLL son usados como sintetizadores de frecuencia en los sistemas de comunicación que necesitan frecuencias de portadora en intervalos discretos para espacios fijos entre canales, como, por ejemplo, la banda de canal UHF. El PLL que vamos a utilizar en este tipo de aplicaciones lleva un contador programable en el lazo de realimentación. Otra de las aplicaciones de los PLL son los decodificadores de tono que usan el principio de que si el ancho de banda del lazo de un PLL es pequeño sólo se podrá tener una indicación de sujeción si la frecuencia de entrada es muy próxima al centro de la frecuencia natural del VCO. Por lo tanto, para detectar un tono la frecuencia central del VCO debe estar ajustada a dicho tono, por lo que vamos a necesitar un PLL para cada uno de los tonos que queramos detectar. Otro tipo de aplicación consiste en obtener una señal demodulada partiendo de una modulada.

CRF
Lenny Z. Perez M