Compuertas lógicas.
Definición
de Electrónica digital y analógica.
Electrónica
digital.
La electrónica digital es la rama de la electrónica más
moderna y que evoluciona más rápidamente. Se encarga de sistemas electrónicos
en los que la información está codificada en estados discretos, a diferencia de
los sistemas analógicos donde la información toma un rango continuo de valores.
En la mayoría de sistemas digitales, el número de estados
discretos es tan solo dos y se les denomina niveles lógicos. Estos niveles se
representan por un par de valores de voltaje, uno cercano al valor de
referencia del circuito (normalmente 0 voltios, tierra o "GND"), y
otro cercano al valor dado por la fuente de alimentación del circuito. Estos
dos estados discretos reciben muchas parejas de nombres en libros de
electrónica y otros textos especializados, siendo los más comunes "0"
y "1", "false" y "true", "off" y
"on" o "bajo" y "alto" entre otros. Tener solo
estos dos valores nos permite usar el Álgebra Booleana y códigos binarios, los
que nos proporciona herramientas muy potentes para realizar cálculo sobre las
señales de entrada.
Electrónica
analógica.
La electrónica analógica (a veces también electrónica
análoga, por influencia del inglés) es una rama de la electrónica que estudia
los sistemas cuyas variables (tensión, corriente, etcétera) varían de una forma
continua en el tiempo y pueden tomar (al menos teóricamente) valores infinitos.
En contraposición, en la electrónica digital las variables solo pueden tomar
valores discretos y tienen siempre un estado perfectamente definido.
Introducción.
Las compuertas o gates (léase "gueits") son los
bloques básicos de cualquier circuito digital. Todos los aparatos digitales,
desde el más simple dispositivo hasta el más sofisticado computador, están
formados por compuertas conectadas en una gran variedad de configuraciones. Una
compuerta digital es un circuito electrónico con o más líneas de entrada y una
línea de salida, que tiene la capacidad de tomar decisiones. La decisión tomada
por una compuerta en situar su salida en 0 ó en 1, depende del estado de sus
entradas y de la función lógica para la cual ha sido diseñada.
En
electrónica digital existen ocho compuertas lógicas:
Compuertas AND de dos
entradas.
Una compuerta AND de dos entradas es un
dispositivo lógico que entrega una salida alta cuando todas sus entradas son
altas y una salida baja cuando hay un bajo en cualquiera de sus entradas. En la
figura de la derecha se muestran el símbolo lógico, la ecuación lógica y la
tabla de verdad de una compuerta AND de dos entradas. La expresión "Q =
A.B" debe leerse como "Q es igual a A y B". El signo (•) denota
la función propia de una compuerta AND y se puede omitir. La función lógica
realizada por una compuerta AND se denomina operación AND o producto lógico.
Circuitos integrados
con compuertas AND de dos entradas.
Existen varios circuitos integrados digitales
que operan como compuertas AND de dos entradas. Los más representativos son el 7408 y el 74LS08
de la familia TTL y el 74C08 y el 4081B de la familia CMOS
Cada uno de estos dispositivos contiene cuatro compuertas
AND de dos entradas, completamente independientes, en una misma cápsula de 14
pines. Todas comparten el mismo voltaje de alimentación.
Compuertas AND de
varias entradas.
En general, una compuerta AND de dos o más entradas entrega
un nivel alto ó 1 lógico en su salida cuando todas sus entradas están en alto y
un bajo ó 0 lógico cuando por lo menos una de ellas, o todas, están en bajo.
La expresión "Q = A.B.C" puede leerse como "Q
es igual a A y B y C". Los interruptores A, B y C representan las entradas
de la compuerta y la lámpara Q su salida.
Circuitos integrados
con compuertas AND de varias entradas.
Los de la serie 40 y 74C son de tecnología CMOS y los de las
series 74 y 74LS son de tecnología TTL. 4073B, 7411, 74LS11: tres compuertas
AND de tres entradas. 4082B, 7421, 74LS21: dos compuertas AND de cuatro
entradas.
Compuertas OR de dos
entradas
Una compuerta OR es un dispositivo digital que entrega una
salida baja cuando todas sus entradas son bajas, y una salida alta cuando
existe por lo menos un alto en cualquiera de sus entradas o en las dos al mismo
tiempo. En la figura siguiente se muestran el símbolo lógico, la ecuación lógica
y la tabla de verdad de una compuerta OR de dos entradas. La expresión "A
+ B = Q" debe leerse como "Q es igual a A o B". El signo (+)
denota la función propia de una compuerta OR y no se puede omitir. Tampoco debe
confundirse con el sigo "más" de la suma aritmética. La función
realizada por la compuerta OR se denomina operación OR o suma lógica. La
operación de una compuerta OR es análoga a la del circuito siguiente. Los
interruptores A y B representan las entradas de la compuerta y la lámpara Q su
salida.
Debido a que los
interruptores están en paralelo, la lámpara Q sólo se apagará cuando ambos
interruptores A y B estén abiertos y permanecerá encendida mientras cualquiera
de los interruptores, o ambos, estén cerrados.
Circuitos integrados con compuertas OR de dos
entradas.
Compuertas NOT o
Inversores
Una compuerta NOT o inversor es un dispositivo
lógico digital con una línea de entrada y una línea de salida que entrega una
salida alta cuando su entrada es baja y una salida baja cuando su entrada es
alta. En otras palabras, un inversor invierte, niega o complementa el nivel
lógico de la señal de entrada. Es una de las compuertas más utilizadas. La
ecuación lógica debe leerse como "Q es igual a no A"
El
círculo o burbuja (o) en el símbolo lógico y la barra horizontal (-) en la
ecuación lógica denotan el proceso de inversión realizado por esta compuerta.
La función lógica realizada por unos inversores denomina inversión o
complemento lógico. No existen inversores de dos o más entradas.
Circuitos integrados
con inversores
Cada uno de estos dispositivos trae 6 inversores completamente
independientes en una misma cápsula.
Compuertas NAND de
dos entradas
Una compuerta NAND de
dos entradas es un dispositivo lógico que opera en forma exactamente contraria
a una compuerta AND, entregando una salida baja cuando todas sus entradas son
altas y una salida alta mientras exista por lo menos un bajo en cualquiera de
ellas. En la figura se muestran el símbolo lógico, la ecuación lógica y la
tabla de verdad de una compuerta NAND de dos entradas. La ecuación lógica debe
leerse como "Q es igual a A y B negado”. Una compuerta NAND es equivalente
a una compuerta AND seguida de un inversor. La operación de una compuerta NAND es
análoga a la del circuito eléctrico mostrado en la figura de la derecha. Los
interruptores A y B están en serie entre sí y en paralelo con la lámpara Q,
esta última sólo se apaga cuando ambos interruptores están cerrados y permanece
encendida mientras cualquiera de ellos esté abierto. Circuitos integrados con
compuertas NAND de dos entradas Los dos primeros son de tecnología TTL y los
dos últimos de tecnología CMOS. Cada uno incluye 4 compuertas NAND de 2
entradas, completamente independientes, en una misma cápsula de 14 pines.
La compuerta NAND es uno de los dispositivos más versátiles
y útiles, ya que es posible implementar cualquier circuito lógico utilizando
únicamente compuertas NAND como bloques fundamentales.
Con respecto a los circuitos integrados TTL 7400 y 74LS00,
los chips CMOS 4011B 74C00 tienen un
rango de voltajes de operación más amplio, consumen menos corriente y poseen
una impedancia de entrada más alta. Además, son más inmunes al ruido. El 7400 y
el 74LS00 son, sin embargo, más rápidos. Operan a frecuencias hasta de 100 MHz.
Compuertas NOR de dos
entradas
En la figura de la derecha se muestran el símbolo lógico, la
ecuación lógica y la tabla de verdad de una compuerta NOR de dos entradas. La
ecuación lógica puede leerse como 0 es igual a A o B negado”. El signo (+) y la
barra (-) en la ecuación lógica y la burbuja en el símbolo OR confirman esta
equivalencia. Una compuerta NOR es equivalente a una compuerta OR seguida de un
inversor.
La operación de una compuerta NOR es análoga a la del circuito
eléctrico mostrado en la figura que sigue. Los interruptores A y B representan
las entradas de la compuerta y la lámpara Q su salida. Debido a que los
interruptores A y B están en paralelo entre sí y con la lámpara Q, esta última
están abiertos y permanece apagada mientras cualquiera de ellos, o ambos, esté
cerrado.
Circuitos integrados
con compuertas NOR de dos entradas
Cada uno de estos dispositivos tiene 4 compuertas NOR de 2
entradas, completamente independientes, en una misma cápsula de 14 pines.
Compuertas OR
exclusivas o XOR
Una compuerta OR exclusiva o XOR es un dispositivo digital
con dos líneas de entrada y una línea de salida que entrega una salida alta
cuando una de sus entradas es baja y la otra alta y una salida baja cuando sus
entradas son ambas bajas o ambas altas. 47Es decir, una compuerta XOR informa,
mediante un 1 en su salida, cuándo las dos entradas tienen estados lógicos
diferentes. Esta característica permite que se utilice como verificador de
desigualdad en comparadores y otros circuitos aritméticos.
Ecuación lógica y la tabla funcional de una compuerta XOR.
La ecuación lógica puede leerse como Q es igual a A o B
exclusiva".
Ejemplos de circuitos
integrados con compuertas XOR son los TTL 7486, 74LS86 y74LS386; y los CMOS
74C86, 4030B y 4070B.
Cada uno de estos
dispositivos incorpora 4 compuertas XOR independientes en una misma cápsula de
14 pines.
Compuertas NOR
exclusivas o XNOR
Una compuerta NOR exclusiva o XNOR opera en forma exactamente
opuesta a una compuerta XOR , entregando una salida baja cuando una de sus
entradas es baja y la otra alta, y una salida alta cuando sus entradas son
ambas altas o ambas bajas. Es decir, una compuerta XNOR indica, mediante un 1
lógico en su salida, cuándo las dos entradas tienen el mismo estado.
Característica que hace ideal su utilización como verificador de igualdad en
comparadores y otros circuitos aritméticos.
Símbolo lógico y la tabla funcional de una compuerta XNOR. La
ecuación lógica puede leerse como O es igual a A o B exclusiva negada”. Para efectos
prácticos, una compuerta XNOR es igual a una compuerta XOR seguida de un
inversor. Un ejemplo de circuito integrado con compuerta XNOR es el 4077B.
Dispositivo CMOS que contiene 4 compuertas XNOR independientes en una misma
cápsula de 14 pines
- Las álgebras booleanas, estudiadas por primera vez en detalle por George Boole, constituyen un área de las matemáticas que ha pasado a ocupar un lugar prominente con el advenimiento de la computadora digital.
- Son usadas ampliamente en el diseño de circuitos de distribución y computadoras, y sus aplicaciones van en aumento en muchas otras áreas.
- Las compuertas lógicas son los dispositivos electrónicos más sencillos que existen, pero al mismo tiempo son los más utilizados en la actualidad.
Mapa Mental
bibliográfias.
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