Niveles lógicos TTL y CMOS

01 · Punto de partida

2,7 V: ¿uno o ninguno?

Un TTL entrega HIGH de 2,7 V; un 74HC exige 3,5 V para ver un 1. Conectarlos directo es jugar a la ruleta: anda en tu mesa, falla en la del cliente. Cuatro números por familia eliminan la duda: VIL, VIH, VOL, VOH.

• ¿Qué promete cada número?
• ¿Cuánto margen queda contra el ruido?
• ¿TTL maneja a CMOS y al revés?
• ¿Y entre 5 V y 3,3 V?

02 · TTL

El veterano de 5 V

Márgenes: bajo 0,3 V, alto 0,7 V. Asimétricos y justos: el TTL perdona poco por abajo. Entrada flotante flota en HIGH (no hacerlo igual: antena).

03 · CMOS

El dueño del presente

HC es simétrico y generoso (1,4 V por lado); HCT es la variante con umbrales TTL (0,8/2,0) para hablar con veteranos. Regla de oro CMOS: ninguna entrada flotante (oscila y consume).

04 · Compatibilidad

Quién con quién

TTL → TTL ✓

0,3/0,7 V de margen: anda, justo por abajo.

HC → TTL ✓✓

4,9 ≥ 2,0 y 0,1 ≤ 0,8: sobrado por ambos lados.

TTL → HC ✗

2,7 < 3,5: el alto no llega. Solución: familia HCT o pull-up a 5 V.

HC 5 V → LVC 3,3 V ⚠

4,9 V supera Vcc+0,5 (3,8): sobretensión que daña. Divisor o level-shifter.

TTL → LVC ✓

2,7 ≥ 2,0 y 0,5 ≤ 0,8, sin sobretensión: el truco clásico 5 V → 3,3 V.

05 · Márgenes en código

Compatibilidad calculada

Chequeo de márgenes y matriz de compatibilidad entre familias.

def margenes(nombre, vil, vih, vol, voh):
    mb = vil - vol
    ma = voh - vih
    print(f"{nombre}: margen bajo={mb:.1f}V alto={ma:+.1f}V")
    return mb, ma


margenes("TTL", 0.8, 2.0, 0.5, 2.7)
margenes("HC@5V", 1.5, 3.5, 0.1, 4.9)
margenes("LVC@3,3V", 0.8, 2.0, 0.2, 2.9)

TTL: 0,3/0,7. HC: 1,4/1,4. LVC: 0,6/0,9. ¿Qué familia elegirías para un ambiente ruidoso a 5 V?

Matriz de compatibilidad

FAM = {"TTL": (0.8, 2.0, 0.5, 2.7, 5.0), "HC": (1.5, 3.5, 0.1, 4.9, 5.0),
       "HCT": (0.8, 2.0, 0.1, 4.9, 5.0), "LVC": (0.8, 2.0, 0.2, 2.9, 3.3)}

def compatible(drv, rec):
    vil, vih, _, _, _ = FAM[rec]
    _, _, vol, voh, _ = FAM[drv]
    vcc_rec = FAM[rec][4]
    if voh > vcc_rec + 0.5:
        return "RIESGO sobretension"
    ok = vol <= vil and voh >= vih
    return "OK" if ok else "NO"


for d in FAM:
    print(d, "->", {r: compatible(d, r) for r in FAM})

06 · Analogía programador

Dialectos y enchufes

1. 1
   Familias = dialectos.

   Todos dicen 0/1, con acentos distintos: el traductor es el HCT o el level-shifter.

2. 2
   Margen = tolerancia.

   Como validación con holgura: aceptar “cerca” en vez de “exacto” para sobrevivir al ruido.

3. 3
   Flotante = null.

   Entrada sin definir: en CMOS es null que a veces es 0 y a veces 1. Siempre inicializar (pull).

07 · Exploración

Laboratorio: ¿se entienden?

Elegí quién habla y quién escucha: el laboratorio calcula márgenes, sobretensión y veredicto.

Preguntas para explorar

1. Probá TTL → HC. ¿Qué margen falla? ¿Qué familia lo arregla?
2. Probá HC 5V → LVC. ¿Margen o sobretensión? ¿Solución?
3. ¿Qué combinaciones dan OK total? Anotalas.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de niveles

Ejercicio 1: sensor a 3,3 V

Sensor con salida TTL (0,5/2,7) a micro de 3,3 V (0,8/2,0). ¿Directo? Verificá márgenes y sobretensión con compatible().

Ejercicio 2: pull-up TTL→HC

Salida TTL a entrada HC con pull-up 4,7k a 5 V. ¿Qué cambia en alto? ¿Riesgo?

Ejercicio 3: medir márgenes

74HC04 alimentado a 5 V con entrada de pote: ¿a qué Vin conmuta? Compará con 1,5/3,5 (típico real ≈ Vcc/2 con histéresis de transición).

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Dialectos dominados. Ahora a contar: en el próximo tema, binario y hexadecimal.