11 { }^{\text {a }} ) Explicar as diferenças entre a Família TTL para a Família CMOS quanto à:
a) Tensão de alimentação
b) “Fan in” e “Fan out”
c) Níveis de corrente de entrada

Passo 1

O enunciado pede para comparar as famílias lógicas TTL e CMOS em três aspectos: tensão de alimentação, capacidade de “fan-in” e “fan-out” e níveis de corrente de entrada. O conteúdo é de eletrônica digital, e vamos usar as características típicas das famílias 74xx (TTL) e 4000 (CMOS) para fazer a comparação.

Passo 2

A tensão de alimentação é o ponto de partida para saber onde cada tecnologia opera:
– A família TTL padrão (74xx) é projetada para funcionar em \,5\mathrm{V}\pm5\%, ou seja, tipicamente entre \,4{,}75\mathrm{V} e \,5{,}25\mathrm{V}.
– A família CMOS original (4000) suporta uma faixa muito maior, de aproximadamente \,3\mathrm{V} até \,15\mathrm{V}, o que confere maior flexibilidade de uso em sistemas com tensões variadas.

Passo 3

“Fan-in” é o número máximo de entradas que uma porta pode ter sem comprometer seu funcionamento, e “fan-out” é o número máximo de portas que podem ser acionadas (carregadas) pela saída de uma porta:
– Em TTL, por causa dos transistores de entrada, o fan-in típico é limitado a cerca de 10 entradas, e o fan-out também fica em torno de 10 portas (cada saída “fonte” correntes de até alguns miliampères).
– Em CMOS, devido à altíssima impedância de entrada, o fan-in costuma ser muito maior (pode chegar a dezenas de entradas) e o fan-out chega a dezenas de portas, sendo limitado principalmente pela carga capacitiva das entradas conectadas.

Passo 4

Os níveis de corrente de entrada mostram o quanto cada porta “puxa” de corrente:
– Uma entrada TTL, quando em nível lógico baixo, pode absorver até cerca de \,1{,}6\mathrm{mA} (corrente de base do transistor), e em nível alto ainda puxa algumas dezenas de microampères (tipicamente \le40\,\mu\mathrm{A}).
– Uma entrada CMOS praticamente não consome corrente CC, ficando na faixa de pico de nanoampères \sim1\text{–}10\,\mathrm{nA}, pois baseia-se em MOSFETs de canais invertidos e não tem junções bipolares conduzindo em regime estacionário.

Resposta

a) TTL usa \,5\mathrm{V}\pm5\%; CMOS opera de \sim3\mathrm{V} a \sim15\mathrm{V}.
b) TTL tem fan-in \approx 10 e fan-out \approx 10; CMOS oferece fan-in muito maior (dezenas) e fan-out também em dezenas de portas.
c) Entradas TTL consomem até \sim1{,}6\mathrm{mA} no nível baixo e \le40\,\mu\mathrm{A} no alto; entradas CMOS têm correntes de fuga na faixa de \sim1\text{–}10\,\mathrm{nA}.

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