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Las Compuertas Lógicas son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias “suma, multiplicación “. También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas.

Todas estas tienen tablas de verdad que explican los comportamientos en los resultados que otorga, dependiendo del valor booleano que tenga en cada una de sus entradas.

Las compuertas lógicas realizan funciones con solo 2 elementos “0” y “1”.

“0” = FALSE
“1” = TRUE

En la mayoría de los proyectos y aplicaciones se utilizan 2 tipos de tecnología en compuertas lógicas, la tecnología TTL y la tecnología CMOS.

Tecnología TTL

Su nombre viene de inglés: Transistor Transistor Logic
Se conocen normalmente por que se alimentan con 5 Voltios y responden con buena velocidad.

La tensión de alimentación es muy exacta: 5 Voltios con un margen de tolerancia máximo de un 5%.
Algunas pueden manejar velocidades de más de 200 MHz.
Su consumo es realmente alto comparado con el CMOS.

La numeración de los circuitos integrados inicia con 74 y normalmente una o dos letras que indican el tipo.

L: bajo consumo.
S: schottky (mayor velocidad)
LS: schottky de menor consumo (Los más comunes)
HC: Adaptación de la tecnología CMOS con mayor velocidad
además existen otras letras poco comunes.

Al diseñar nuestros proyectos debemos conectar un condensador entre las patillas de la alimentación de cada circuito integrado TTL y tratar de no usar distancias de conexión muy largas entre ellos. Ya que estos circuitos integrados son propensos a oscilar y generar ruido en las lineas que puede hacer fallar nuestro proyecto.

Tecnología CMOS

Su nombre viene de Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
Las principales ventajas de la tecnología CMOS son la flexibilidad en la alimentación (3 Voltios a 18) y su bajo consumo, que es prácticamente 0 en reposo.
Sus principales desventajas han sido su baja velocidad y su sensibilidad a la electricidad estática
pero son desventajas que se van superando con el tiempo y actualmente muchos circuitos integrados combinan varias tecnologías.

La mayoria de circuitos integrados CMOS usan la serie 4000.
Por ejemplo: CD4001, BU4069, TC4011
Y algunos fabricantes tambien la serie 14000 como el caso de motorola con MC14069UBCP.

Al realizar nuestros proyectos con circuitos integrados CMOS debemos tener extremo cuidado con la manipulación ya que con solo la electricidad estática en nuestros dedos o el equipo de soldar se pueden dañar, a veces es mejor armar el diseño con un portaintegrado y al terminar de soldar los demás elementos del proyecto se insertan los circuitos integrados CMOS.

En este momento explicaremos de dos formas las Compuertas Lógicas, una forma a través de componentes electrónicos (Técnología Usada) y la otra forma a través del Algebra de Boole.

 

Tipos de Compuertas

Compuertas lógicas YES y NOT

Compuerta YES

La compuerta lógica más simple es la compuerta “YES”, puesto que la condición lógica de la entrada será la misma en la salida.
Se utiliza como aislante entre secciones o “BUFFER”
Su utilidad se incrementa cuando cuenta con un control que activa y desactiva su salida, formando un BUS de datos .

Símbolo de la compuerta “YES”:

 
 
 

Compuerta NOT

La compuerta lógica “NOT”, es el complemento de la compuerta “YES” ya que la condición lógica de la entrada será la inversa en la salida.
Por ello es llamado inversor.

Símbolo de la compuerta “NOT”:

 
 

Schmitt trigger

En las compuertas lógicas se utilizan los “Schmitt trigger”
para lograr que los estados lógicos sean completamente 1 o completamente 0
y no se queden en un estado intermedio.
De hecho los inversores CMOS normales pueden trabajar como circuitos análogos y a veces en tecnología digital puede ser un problema.

Símbolos de buffer e inversor “Schmitt trigger”
Simbolo de schmitt trigger

Circuitos integrados con buffers e inversores

Los más comunes los represento en estos diagramas o dibujos:

diagrama con compuertas YES y NOT
 
 
 
 
 
 
 
 
 

En TTL es mejor utilizar 74LS04 por 7404 y 74LS14 por 7414.

En presentaciones simples son muy raras las compuertas “YES” y más aún las compuertas “YES Schmitt trigger”

 

Son un poco más comunes las compuertas “YES” en el tipo de salida de colector abierto (Open Colector Output) en TTL para aplicaciones donde la salida utiliza un mayor voltaje que el usado por el circuito integrado, por ejemplo en el 7407 la salida puede usar hasta 30 voltios y el 7417 que puede usar hasta 15 voltios. Existiendo también la versión de compuerta “NOT” a colector abierto.

 
Ejemplo: Inversor a colector abierto es un transistor Darlington con resistencia de base:
 
transistor darlington como inversor

Compuertas lógicas AND y NAND

Compuerta AND

La compuerta lógica AND puede ser llamada tambien compuerta “Y”
La salida será “1” si las entradas A   “Y”   B están en   “1”

Símbolo de la compuerta “AND”:

Simbolo de compuerta logica YES

Schmitt trigger

Como en la mayoría de las compuertas lógicas, en también existe la versión “Schmitt trigger”
Pero en las AND son poco comunes.

Símbolo de compuerta NAND “Schmitt trigger”
NAND schmitt trigger

La función de Schmitt trigger se ejecuta en las entradas de cada compuerta, el circuito equivalente sería:
NAND schmitt trigger

Circuitos integrados con compuertas AND y NAND

Los más comunes se representa en estos diagramas :

Diagrama de las conexiones de las compuertas CMOSic con compuertas AND y NAND

Diagrama de las conexiones de las compuertas TTL:

compuertas AND y NAND tipo TTL

Compuertas lógicas OR y NOR

Compuerta OR

La compuerta lógica OR puede llamarse también compuerta lógica “o”
La salida será “1” si la entrada A   “o”   la entrada B están en   “1”

Símbolo de la compuerta “OR”:
Simbolo de compuerta logica OR

Compuerta NOR

La compuerta lógica “NOR”,
Su función es igual que OR pero su salida invertida.

Símbolo de la compuerta “NOR“:
Simbolo de compuerta logica NOT

Schmitt trigger

Aunque tambien existe la versión de compuertas lógicas OR o NOR “Schmitt trigger” no es común encontrar circuitos integrados con ellas individualmente.

Símbolo de compuerta NOR “Schmitt trigger”
NOR schmitt trigger
Los más comunes se representa en estos diagramas :
Las conexiones de los pines en los circuitos integrados CMOS y TTL son diferentes.

Diagrama de las conexiones de las compuertas CMOS:
diagrama con compuertas OR y NOR
Compuertas ORCompuertas NORTecno_
logía
40714001CMOS
74327402TTL

Diagrama de las conexiones de las compuertas TTL:

Compuertas lógicas XOR y XNOR

Compuerta XOR o compuerta OR Exclusiva.

La compuerta lógica XOR realiza una comparación de las entradas
siendo el resultado 0 si las entradas son iguales o 1 cuando son diferentes.
Debemos prestar atención para no confundir el funcionamiento porque esperamos que el resultado sea 1 cuando son iguales.

Símbolo de la compuerta “XOR”:
Simbolo de compuerta logica OR

Compuerta XNOR o NOR Exclusiva

La compuerta lógica “XNOR”,
Es llamada compuerta lógica de EQUIVALENCIA, porque su salida es “1” cuando las entradas se encuentran en el mismo estado.
Su función es igual que XOR pero su salida invertida.

Símbolo de la compuerta “XNOR”:
Simbolo de compuerta logica NOT

Diagrama de las conexiones de las compuertas CMOS

diagrama con compuertas OR y NOR

Compuertas XORCompuertas XNORTecno_
logía
40304077CMOS
748674HC7266TTL

Diagrama de las conexiones de las compuertas TTL:

En compuertas XNOR es común el circuito integrado 74HC266 que es similar a 74HC7266 pero la salida es a colector abierto y en la mayoría de los casos hay que colocar una resistencia a positivo (pull-up resistor).

compuerta XNOR y pull up
Tipos de Compuertas (Algebra de Boole)

Compuerta AND

Representa por la multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 para que la salida entregue un 1 binario. En caso contrario de que falte alguna de sus entradas con este estado o no tenga si quiera una accionada, la salida no podrá cambiar de estado y quedará en 0. Esta puede ser simbolizada por dos o más interruptores en serie de los cuales todos deben estar activos para que esta permita el flujo de la corriente.

Compuerta OR

En el Algebra de Boole esta es una suma. Esta compuerta permite que con cualquiera de sus entradas que este en estado binario 1, su salida pasara a un estado 1 . No es necesario que todas sus entradas estén accionadas para conseguir un estado 1 a la salida pero tampoco causa algún inconveniente. Para lograr un estado 0 a la salida, todas sus entradas deben estar en el mismo valor de 0.

Compuerta NOT

Esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Para esta situación en la entrada se colocara un 1 y en la salida otorgara un 0 y en el caso contrario esta recibirá un 0 y mostrara un 1. Por lo cual todo lo que llegue a su entrada, será inverso en su salida.

Compuerta NAND

También denominada como AND negada, esta compuerta trabaja a la inversa de una AND ya que al no tener entradas en 1 o solamente alguna de ellas, esta concede un 1 en su salida, pero si esta tiene todas sus entradas en 1 la salida se presenta con un 0.

Compuerta NOR

Así como vimos  la compuerta OR también tiene su versión inversa. Esta compuerta cuando tiene sus entradas en estado 0 su salida estará en 1, pero si alguna de sus entradas pasa a un estado 1 sin importar en qué posición, su salida será un estado 0.

Compuerta XOR

También llamada OR exclusiva, esta actúa como una suma binaria de un digito cada uno y el resultado de la suma seria la salida. Otra manera de verlo es que con valores de entrada igual el estado de salida es 0 y con valores de entrada diferente, la salida será 1.

Compuerta XNOR

Una compuerta XNOR no es más que una Or exclusiva con su salida negada, por lo que su salida estará en estado 1 solamente cuando sus entradas son iguales, es decir tengan el mismo nivel lógico y la salida estará en estado o para cuando las entradas estén a diferente nivel lógico.
 

Existen circuitos integrados derivados de las compuertas lógica, como en el caso de los flip-flop, buses de datos, divisores, contadores, multiplexores y muchos otros…

Hasta la próxima.

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ElectroMercado

  • circuitos
5 Comentarios
  1. peter
    peter 5 meses

    Genio, muy bien explicado.

    1+
  2. Elias
    Elias 5 meses

    Muy buena explicación solo que te faltó la xor

    1+
  3. Elias
    Elias 5 meses

    Perdón quise decir XNOR lo contrario a la XOR

    1+

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