Cómo funcionan las puertas lógicas

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En esta publicación vamos a comprender de manera integral qué son las puertas lógicas y su funcionamiento. Echaremos un vistazo a la definición básica, el símbolo, la tabla de verdad, las puertas de entrada múltiple, también construiremos equivalentes de puerta basados ​​en transistores y, finalmente, daremos una descripción general de varios circuitos integrados CMOS relevantes.

¿Qué son las puertas lógicas?

Una puerta lógica en un circuito electrónico se puede expresar como una unidad física representada mediante una función booleana.



En otras palabras, una puerta lógica está diseñada para ejecutar una función lógica utilizando una o más entradas binarias y para generar una única salida binaria.

Las puertas de lógica electrónica se configuran e implementan fundamentalmente mediante bloques o elementos semiconductores como diodos o transistores que funcionan como interruptores de encendido / apagado con un patrón de conmutación bien definido. Las puertas lógicas facilitan la conexión en cascada de las puertas de manera que facilitan la composición de funciones booleanas, lo que hace posible crear modelos físicos de toda la lógica booleana. Esto permite además que los algoritmos y las matemáticas se puedan escribir utilizando lógica booleana.



Los circuitos lógicos pueden emplear elementos semiconductores en el rango de multiplexores, registros, unidades lógicas aritméticas (ALU) y memoria de computadora, e incluso microprocesadores, que involucran hasta cientos de millones de puertas lógicas. En la implementación actual, encontrará principalmente transistores de efecto de campo (FET), que se utilizan para fabricar puertas lógicas, un buen ejemplo son los transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico o MOSFET.

Comencemos el tutorial con puertas lógicas AND.

¿Qué es Logic “AND” Gate?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve “alta” o “1” o “verdadera” o emite una “señal positiva” cuando todas las entradas de las puertas Y son “altas” o “1” o “verdadera” o “ señal positiva ”.
Por ejemplo: digamos en una puerta AND con 'n' número de entradas, si todas las entradas son 'altas', la salida se vuelve 'alta'. Incluso si una entrada es 'BAJA' o '0' o 'falsa' o 'señal negativa', la salida se vuelve 'BAJA' o '0' o 'falsa' o emite una 'señal negativa'.

Nota:
El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).
El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración del símbolo lógico Y de puerta:

Y puerta

Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.
La expresión booleana para la puerta lógica AND: La salida 'Y' es la multiplicación de las dos entradas 'A' y 'B'. (A.B) = Y.
La multiplicación booleana se indica con un punto (.)
Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es (A.B) = 1 x 1 = '1' o 'alto'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es (A.B) = 0 x 1 = '0' o 'Bajo'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es (A.B) = 1 x 0 = '0' o 'Bajo'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es (A.B) = 0 x 0 = '0' o 'Bajo'

Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Puerta 'Y' de 3 entradas:

3 entradas AND puerta

Ilustración de puerta Y de 3 entradas:

Las puertas lógicas AND pueden tener 'n' número de entradas, lo que significa que puede tener más de dos entradas (las puertas lógicas AND tendrán al menos dos entradas y siempre una salida).

Para una puerta AND de 3 entradas, la ecuación booleana gira así: (A.B.C) = Y, de manera similar para 4 entradas y más.

Tabla de verdad para la puerta Y lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

Puertas Y lógica de entrada múltiple:

Las puertas lógicas AND disponibles comercialmente solo están disponibles en 2, 3 y 4 entradas. Si tenemos más de 4 entradas, entonces tenemos que conectar las puertas en cascada.

Podemos tener seis puertas Y lógicas de entrada conectando en cascada las puertas Y de 2 entradas de la siguiente manera:

6 puertas lógicas de entrada


Ahora la ecuación booleana para el circuito anterior se convierte en Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Aún así, todas las reglas lógicas mencionadas se aplican al circuito anterior.

Si va a usar solo 5 entradas de las 6 entradas Y puertas anteriores, podemos conectar una resistencia pull-up en cualquier pin y ahora se convierte en 5 entradas Y puertas.

Puerta Y lógica de dos entradas basada en transistor:

Ahora que sabemos cómo funciona una puerta Y lógica, construyamos una puerta Y de 2 entradas usando dos transistores NPN. Los circuitos integrados lógicos se construyen casi de la misma manera.

Esquema de dos transistores Y puertas:

Dos transistores Y puerta

En la salida “Y” puede conectar un LED si la salida es alta el LED se iluminará (LED + Ve terminal en “Y” con resistencia de 330 ohmios y negativo a GND).

Cuando aplicamos una señal alta a la base de los dos transistores, ambos transistores se encienden, la señal de + 5V estará disponible en el emisor del T2, por lo que la salida se vuelve alta.

Si alguno de los transistores está APAGADO, no habrá voltaje positivo disponible en el emisor de T2, pero debido a la resistencia de bajada de 1K, el voltaje negativo estará disponible en la salida, por lo que la salida se denomina baja.

Ahora ya sabes cómo construir tu propia lógica Y puerta.

Quad Y puerta IC 7408:

CI cuádruple y de puerta

Si desea comprar la puerta lógica AND del mercado, obtendrá la configuración anterior.
Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa.
El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 27 nanosegundos.
El retardo de propagación de ALTO a BAJO es de 19 nanosegundos.
Otros circuitos integrados de compuerta 'Y' comúnmente disponibles:

• 74LS08 Quad de 2 entradas
• 74LS11 Triple 3 entradas
• 74LS21 Doble 4 entradas
• CD4081 Quad de 2 entradas
• CD4073 Triple de 3 entradas
• CD4082 Doble 4 entradas

Siempre puede consultar la hoja de datos de los circuitos integrados anteriores para obtener más información.

Cómo funciona la puerta lógica “NOR exclusiva”

En esta publicación vamos a explorar sobre la puerta lógica 'Ex-NOR' o la puerta NOR exclusiva. Vamos a echar un vistazo a la definición básica, símbolo, tabla de verdad, circuito equivalente Ex-NOR, realización Ex-NOR usando puertas lógicas NAND y finalmente, vamos a tener una descripción general de la puerta Ex-OR de entrada cuádruple 2 IC 74266.

¿Qué es la puerta “NOR exclusiva”?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve 'alta' o '1' o 'verdadera' o emite una 'señal positiva' cuando las entradas son un número par de '1s' lógicos (o 'verdadera' o 'alta' o ' señal positiva ”).

Por ejemplo: Digamos una puerta NOR exclusiva con 'n' número de entradas, si las entradas son lógicas 'ALTA' con 2 o 4 o 6 entradas (número par de entrada '1s') la salida se vuelve 'ALTA'.

Incluso si no aplicamos lógica 'alta' a los pines de entrada (es decir, el número cero de lógica 'ALTA' y toda la lógica 'BAJA'), aún 'cero' es un número par y la salida se vuelve 'ALTA'.
Si el número de '1s' lógicos aplicados es IMPAR, entonces la salida se vuelve 'BAJA' (o '0' o 'falsa' o 'señal negativa').

Esto es opuesto a la puerta lógica 'O exclusivo' donde su salida se vuelve 'ALTA' cuando las entradas son un número IMPAR de '1' lógicos.
Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).

El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración de la puerta 'NOR exclusiva' de Logic:

Puerta NOR exclusiva

Circuito equivalente de puerta 'NOR exclusivo':

Circuito equivalente EXNOR

El anterior es el circuito equivalente para la lógica Ex-NOR, que es básicamente una combinación de la puerta lógica 'O exclusiva' y la puerta lógica 'NO'.
Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.
La expresión booleana para la puerta lógica Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = '1' o 'ALTO'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = '1' o 'ALTO'
Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Puerta NOR exclusiva de 3 entradas:

Ilustración de la puerta Ex-NOR de 3 entradas:

Puerta Ex-NOR de 3 entradas

Tabla de verdad para puerta EX-OR lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

Para la puerta Ex-NOR de 3 entradas, la ecuación booleana se convierte en: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
La puerta lógica “Ex-NOR” no es una puerta lógica fundamental sino una combinación de diferentes puertas lógicas. La puerta Ex-NOR se puede realizar utilizando puertas lógicas 'O', puerta lógica 'Y' y puerta lógica 'NAND' de la siguiente manera:

Circuito equivalente para puerta 'NOR exclusiva':

El diseño anterior tiene un gran inconveniente, necesitamos 3 puertas lógicas diferentes para hacer una puerta Ex-NOR. Pero podemos superar este problema implementando una puerta Ex-NOR con solo puertas lógicas “NAND”, esto también es económico de fabricar.

Puerta NOR exclusiva con puerta NAND:

EXNOR usando NAND Gate

Las puertas NOR exclusivas se utilizan para realizar tareas informáticas complicadas, como operaciones aritméticas, sumadores binarios, resta binaria, verificadores de paridad y se utilizan como comparadores digitales.

IC 74266 de puerta NOR exclusiva lógica:

Patillas IC 74266

Si desea comprar una puerta lógica Ex-NOR del mercado, obtendrá la configuración DIP anterior.
Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa después de dar la entrada.

El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 23 nanosegundos.

El retardo de propagación de HIGH a LOW es de 23 nanosegundos.

Circuitos integrados de puerta 'EX-NOR' comúnmente disponibles:
74LS266 Quad 2 entradas
CD4077 Quad 2 entradas

Cómo funciona la puerta NAND

En la siguiente explicación vamos a explorar acerca de la puerta NAND lógica digital. Echaremos un vistazo a la definición básica, el símbolo, la tabla de verdad, la puerta NAND de múltiples entradas, construiremos una puerta NAND de 2 entradas basada en transistores, varias puertas lógicas utilizando solo una puerta NAND y, finalmente, daremos una descripción general de la puerta NAND. IC 7400.

¿Qué es Logic “NAND” Gate?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve “BAJA” o “0” o “falsa” o emite una “señal negativa” cuando todas las entradas de las puertas NAND son “altas” o “1” o “verdaderas” o “ señal positiva ”.

Por ejemplo: digamos una puerta NAND con 'n' número de entradas, si todas las entradas son 'altas', la salida se vuelve 'BAJA'. Incluso si una entrada es 'BAJA' o '0' o 'falsa' o 'señal negativa', la salida se vuelve 'ALTA' o '1' o 'verdadera' o emite una 'señal positiva'.

Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).
El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración del símbolo de puerta NAND lógica:

Símbolo de puerta NAND

Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.

Este símbolo es una puerta 'Y' con inversión 'o'.

Circuito equivalente de puerta lógica 'NAND':

La puerta lógica NAND es la combinación de la puerta lógica 'Y' y la puerta lógica 'NO'.

La expresión booleana para la puerta NAND lógica: La salida 'Y' es una multiplicación complementaria de las dos entradas 'A' y 'B'. Y = ((A.B) ̅)

La multiplicación booleana se indica con un punto (.) Y la complementaria (inversión) se representa con una barra (-) sobre una letra.

Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = '1' o 'ALTO'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = '1' o 'ALTO'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = '1' o 'ALTO'

Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Puerta 'NAND' de 3 entradas:

Ilustración de la puerta NAND de 3 entradas:

Las puertas lógicas NAND pueden tener 'n' número de entradas, lo que significa que puede tener más de dos entradas

(Las puertas lógicas NAND tendrán al menos dos entradas y siempre una salida).
Para una puerta NAND de 3 entradas, la ecuación booleana gira así: ((A.B.C) ̅) = Y, de manera similar para 4 entradas y superiores.

Mesa de la verdadpara puerta NAND lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

Puertas NAND de lógica de entrada múltiple:

Las puertas Logic NAND disponibles comercialmente solo están disponibles en 2, 3 y 4 entradas. Si tenemos más de 4 entradas, entonces tenemos que conectar las puertas en cascada.
Por ejemplo, podemos tener cuatro puertas NAND lógicas de entrada conectando en cascada 5 puertas NAND de dos entradas de la siguiente manera:

puerta NAND lógica conectando en cascada 5 puertas NAND de dos entradas

Ahora la ecuación booleana del circuito anterior se convierte en Y = ((A.B.C.D) ̅)

Aún así, todas las reglas lógicas mencionadas se aplican al circuito anterior.

Si va a usar solo 3 entradas de la puerta NAND de 4 entradas anterior, podemos conectar una resistencia pull-up a cualquier pin y ahora se convierte en una puerta NAND de 3 entradas.

Puerta NAND lógica de dos entradas basada en transistor:

Ahora que sabemos cómo funciona una puerta NAND lógica, construyamos una puerta NAND de 2 entradas usando dos

Transistores NPN. Los circuitos integrados lógicos se construyen casi de la misma manera.
Esquema de puerta NAND de dos transistores:

Puerta NAND de 2 transistores

En la salida “Y” puede conectar un LED si la salida es alta, el LED se iluminará (LED + Ve terminal en “Y” con resistencia de 330 ohmios y negativo a GND).

Cuando aplicamos señal alta a la base de los dos transistores, ambos transistores se encienden, la señal de tierra estará disponible en el colector del T1, por lo que la salida se vuelve “BAJA”.

Si alguno de los transistores está APAGADO, es decir, aplicando una señal 'BAJA' a la base, no habrá señal de tierra disponible en el colector de T1, pero debido a la resistencia de pull up de 1K, la señal positiva estará disponible en la salida y la salida será girada. 'ALTO'.

Ahora ya sabe cómo construir su propia puerta NAND lógica.

Varias puertas lógicas que utilizan la puerta NAND:

La puerta NAND también se conoce como 'puerta lógica universal' porque podemos hacer cualquier lógica booleana con esta única puerta. Esta es una ventaja para fabricar circuitos integrados con diferentes funciones lógicas y fabricar una sola puerta es económico.

Varias puertas lógicas que utilizan la puerta NAND

En los esquemas anteriores, solo se muestran 3 tipos de puertas, pero podemos crear cualquier lógica booleana.

Puerta NAND cuádruple IC 7400:

Distribución de pines IC 7400

Si desea comprar una puerta NAND lógica del mercado, obtendrá la configuración DIP anterior.
Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa después de dar una entrada.

El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 22 nanosegundos.
El retardo de propagación de HIGH a LOW es de 15 nanosegundos.
Hay varios otros circuitos integrados de puerta NAND disponibles:

  • 74LS00 Quad 2 entradas
  • 74LS10 Triple 3 entradas
  • 74LS20 Doble 4 entradas
  • 74LS30 Única 8 entradas
  • CD4011 Quad 2 entradas
  • CD4023 Triple 3 entradas
  • CD4012 Doble 4 entradas

Cómo funciona la puerta NOR

Aquí vamos a explorar sobre la puerta NOR de lógica digital. Echaremos un vistazo a la definición básica, el símbolo, la tabla de verdad, la puerta NOR de múltiples entradas, construiremos una puerta NOR de 2 entradas basada en transistores, varias puertas lógicas usando solo la puerta NOR y, finalmente, daremos una descripción general de la puerta NOR IC 7402.

¿Qué es Logic “NOR” Gate?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve 'ALTA' o '1' o 'verdadera' o emite una 'señal positiva' cuando todas las entradas de las puertas NOR son 'BAJA' o '0' o 'falso' o ' señal negativa ”.

Por ejemplo: Digamos una puerta NOR con 'n' número de entradas, si todas las entradas son 'BAJAS', la salida se vuelve 'ALTA'. Incluso si una entrada es “ALTA” o “1” o “verdadera” o “señal positiva”, la salida se vuelve “BAJA” o “0” o “falsa” o emite una “señal negativa”.

Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).
El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración del símbolo de la puerta NOR lógica:

puerta NOR lógica

Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.

Este símbolo es una puerta 'O' con inversión 'o'.

Circuito equivalente de compuerta “NOR” lógica:

Circuito equivalente de compuerta “NOR” lógica:

La puerta lógica NOR es la combinación de la puerta lógica 'O' y la puerta lógica 'NO'.

La expresión booleana para la puerta NOR lógica: La salida 'Y' es la suma complementaria de las dos entradas 'A' y 'B'. Y = ((A + B) ̅)

La suma booleana se denota con (+) y la complementaria (inversión) se representa con una barra (-) sobre una letra.

Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = '0' o 'LOW'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = '1' o 'ALTO'

Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Puerta 'NOR' de 3 entradas:

Ilustración de la puerta NOR de 3 entradas:

3 entradas NOR

Las puertas lógicas NOR pueden tener 'n' número de entradas, lo que significa que puede tener más de dos entradas (las puertas lógicas NOR tendrán al menos dos entradas y siempre una salida).

Para una puerta NOR de 3 entradas, la ecuación booleana gira así: ((A + B + C) ̅) = Y, de manera similar para 4 entradas y superiores.

Tabla de verdad para la puerta NOR lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0

Puertas NOR lógicas de entrada múltiple:

Las compuertas NOR lógicas disponibles comercialmente solo están disponibles en 2, 3 y 4 entradas. Si tenemos más de 4 entradas, entonces tenemos que conectar las puertas en cascada.
Por ejemplo, podemos tener cuatro puertas NOR lógicas de entrada conectando en cascada 5 puertas NOR de dos entradas de la siguiente manera:

Puertas NOR lógicas de entrada múltiple:

Ahora la ecuación booleana del circuito anterior se convierte en Y = ((A + B + C + D) ̅)

Aún así, todas las reglas lógicas mencionadas se aplican al circuito anterior.

Si va a usar solo 3 entradas de la puerta NOR de 4 entradas anterior, podemos conectar una resistencia desplegable a cualquiera de los pines y ahora se convierte en una puerta NOR de 3 entradas.

Puerta NOR lógica de dos entradas basada en transistor:

Ahora que sabemos cómo funciona una puerta NOR lógica, construyamos una puerta NOR de 2 entradas usando dos transistores NPN. Los circuitos integrados lógicos se construyen casi de la misma manera.
Esquema de la puerta NOR de dos transistores:

Esquema de la puerta NOR de dos transistores

En la salida “Y” puede conectar un LED si la salida es alta, el LED se iluminará (LED + Ve terminal en “Y” con resistencia de 330 ohmios y negativo a GND).

Cuando aplicamos la señal 'HIGH' a la base de los dos transistores, ambos transistores se encienden y la señal de tierra estará disponible en el colector del T1 y T2, por lo que la salida se vuelve 'LOW'.

Si aplicamos 'HIGH' a cualquiera de los transistores, la señal negativa seguirá estando disponible en la salida, haciendo que la salida sea 'LOW'.

Si aplicamos la señal 'LOW' a la base de dos transistores, ambos se apagan, pero debido a la resistencia pull-up la salida se vuelve 'HIGH'.
Ahora ya sabe cómo construir su propia puerta lógica NOR.

Varias puertas lógicas usando la puerta NOR:

NOTA: NAND y NOR son las dos puertas también conocidas como puertas universales.

La puerta NOR es también una 'puerta lógica universal' porque podemos hacer cualquier lógica booleana con esta única puerta. Esta es una ventaja para fabricar circuitos integrados con diferentes funciones lógicas y fabricar una sola puerta es económico, esto también es lo mismo para la puerta NAND.

En los esquemas anteriores solo se muestran 3 tipos de puertas, pero podemos hacer cualquier lógica booleana.
Puerta NOR cuádruple IC 7402:

Puertas NOR 7402-Quad de 2 entradas


Si desea comprar una puerta NOR lógica del mercado, obtendrá la configuración DIP anterior.
Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa después de dar una entrada.

El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 22 nanosegundos.
El retardo de propagación de HIGH a LOW es de 15 nanosegundos.
Hay varios otros circuitos integrados de puerta NOR disponibles:

  • 74LS02 Quad 2 entradas
  • 74LS27 Triple 3 entradas
  • 74LS260 Doble 4 entradas
  • CD4001 Quad 2 entradas
  • CD4025 Triple 3 entradas
  • CD4002 Doble 4 entradas

Puerta lógica NOT

En esta publicación vamos a explorar sobre la puerta lógica “NO”. Aprenderemos sobre su definición básica, símbolo, tabla de verdad, equivalentes de compuerta NAND y NOR, inversores Schmitt, oscilador de compuerta NO de Schmitt, NO compuerta que usa transistor y finalmente veremos el inversor de compuerta NO lógico IC 7404.

Antes de empezar a analizar los detalles de la puerta lógica NOT, que también se denomina inversor digital, no se debe confundir con los 'inversores de potencia' que se utilizan en fuentes de alimentación solar o de respaldo en el hogar u oficina.

¿Qué es Logic 'NOT' Gate?

Es una puerta lógica de entrada única y salida única cuya salida es complementaria a la entrada.

La definición anterior establece que si la entrada es 'ALTA' o '1' o 'verdadera' o 'señal positiva', la salida será 'BAJA' o '0' o 'falsa' o 'señal negativa'.

Si la entrada es 'BAJA' o '0' o 'falsa' o 'señal negativa', la salida se invertirá a 'ALTA' o '1' o 'verdadera' o 'señal positiva'

Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).
El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración de Logic NOT Gate:

NO puerta

Supongamos que 'A' es la entrada y 'Y' es la salida, la ecuación booleana para la puerta lógica NO es: Ā = Y.

La ecuación establece que la salida es una inversión de la entrada.

Tabla de verdad para la puerta lógica NO:

A (APORTE) Y (PRODUCCIÓN)
0 1
1 0

Las puertas no siempre tendrán una sola entrada (y siempre tendrán una sola salida) y se clasifican como dispositivos de toma de decisiones. El símbolo 'o' en la punta del triángulo representa complementación o inversión.

Este símbolo 'o' no sólo se limita a la puerta lógica 'NO', sino que también puede ser utilizado por cualquier puerta lógica o cualquier circuito digital. Si la 'o' está en la entrada, esto indica que la entrada es activa baja.
Activo-Bajo: La salida se activa (activando un transistor, un LED o un relé, etc.) cuando se da la entrada “BAJA”.

Equivalente de puertas NAND y NOR:

NO equivalentes de puerta que usan puertas NAND y NOR

La puerta 'NO' se puede construir usando puertas lógicas 'NAND' y lógicas 'NOR' uniendo todos los pines de entrada, esto se aplica a las puertas con 3, 4 y más pines de entrada.

Puerta 'NO' lógica basada en transistor:

transistor NO equivalente a puerta

El 'NO' lógico se puede construir con un transistor NPN y una resistencia de 1K. Si aplicamos la señal 'HIGH' a la base del transistor, la tierra se conecta al colector del transistor, por lo que la salida se vuelve 'LOW'.

Si aplicamos la señal 'LOW' a la base del transistor, el transistor permanece APAGADO y no se conectará a tierra, pero la salida será 'HIGH' por la resistencia pull-up conectada a Vcc. Por lo tanto, podemos hacer una puerta lógica 'NO' usando un transistor.

Inversores Schmitt:

Exploraremos este concepto con un cargador de batería automático para explicar la utilización y el funcionamiento de los inversores Schmitt. Tomemos el ejemplo del procedimiento de carga de una batería de iones de litio.

La batería de iones de litio de 3,7 V se carga cuando la batería alcanza los 3 V a 3,2 V, el voltaje de la batería aumenta gradualmente mientras se carga y es necesario cortar la batería a 4,2 V.Después de la carga, el voltaje de circuito abierto de la batería cae alrededor de 4,0 V .

Un sensor de voltaje mide el límite de corte y activa el relé para detener la carga. Pero cuando el voltaje cae por debajo de 4.2V, el cargador detecta que no está cargado y comienza la carga hasta 4.2V y se corta, nuevamente el voltaje de la batería cae a 4.0V y comienza la carga nuevamente y esta locura se repite una y otra vez.

Esto matará la batería rápidamente, para superar este problema necesitamos un nivel de umbral más bajo o 'LTV' para que la batería no comience a cargarse hasta que la batería caiga de 3 V a 3,2 V. El voltaje de umbral superior o 'UTV' es 4.2V en este ejemplo.

Un inversor Schmitt está hecho para cambiar su estado de salida cuando el voltaje cruza el voltaje de umbral superior y permanece igual hasta que la entrada alcanza el voltaje de umbral inferior.

De manera similar, una vez que la entrada cruza el voltaje de umbral inferior, la salida permanece igual hasta que la entrada alcanza el voltaje de umbral superior.

No cambiará su estado entre LTV y UTV.

Ahora, debido a esto, el ENCENDIDO / APAGADO será mucho más suave y se eliminarán las oscilaciones no deseadas y también el circuito será más resistente al ruido eléctrico.

Oscilador de puerta Schmitt NOT:

Oscilador de puerta Schmitt NOT

El circuito anterior es un oscilador que produce una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 33%. Inicialmente, el capacitor está descargado y la señal de tierra estará disponible en la entrada de la puerta NOT.

La salida se vuelve positiva y carga el condensador a través de la resistencia 'R', el condensador se carga hasta el voltaje de umbral superior del inversor y cambia el estado, la salida se vuelve señal negativa y el condensador comienza a descargarse a través de la resistencia 'R' hasta que el voltaje del condensador alcanza el nivel de umbral más bajo y cambia el estado, la salida se vuelve positiva y carga el condensador.

Este ciclo se repite siempre que se suministre alimentación al circuito.

La frecuencia del oscilador anterior se puede calcular: F = 680 / RC

Convertidor de onda cuadrada

Donde, F es frecuencia.
R es la resistencia en ohmios.
C es la capacitancia en faradios.
Convertidor de onda cuadrada:

El circuito anterior convertirá la señal de onda sinusoidal en onda cuadrada, en realidad puede convertir cualquier onda analógica en onda cuadrada.

Las dos resistencias R1 y R2 funcionan como divisor de voltaje, esto se utiliza para obtener un punto de polarización y el capacitor bloquea cualquier señal de CC.

Si la señal de entrada supera el nivel de umbral superior o está por debajo del nivel de umbral inferior, la salida cambia

BAJO o ALTO según la señal, esto produce onda cuadrada.

Inversor de puerta IC 7404 NO:

IC 7404 NO puerta

El IC 7404 es uno de los IC de puerta NO lógica más utilizados. Tiene 14 pines, el pin # 7 está a tierra y el pin # 14 es Vcc. La tensión de funcionamiento es de 4,5 V a 5 V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la puerta en procesar la salida después de dar una entrada.
En lógica “NO”, la puerta tarda alrededor de 22 nano segundos en cambiar su estado de ALTO a BAJO y viceversa.

Hay otros circuitos integrados lógicos “NO de puerta”:

• 74LS04 Puerta NOT de inversión hexagonal

• 74LS14 Hex Schmitt Inverting NOT Gate

• Controladores de inversión hexagonal 74LS1004

• Puerta NOT de inversión hexagonal CD4009

• Puerta NOT de inversión hexagonal CD4069

Cómo funciona la puerta OR

Ahora exploremos acerca de las puertas OR lógicas digitales. Echaremos un vistazo a la definición básica, símbolo, tabla de verdad, puerta OR de entrada múltiple, construiremos una puerta OR de 2 entradas basada en transistores y finalmente daremos una descripción general de la puerta OR IC 7432.

¿Qué es Logic 'OR' Gate?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve 'BAJA' o '0' o 'falsa' o emite una 'señal negativa' cuando todas las entradas de las puertas OR son 'BAJA' o '0' o 'falso' o ' señal negativa ”.

Por ejemplo: diga una puerta OR con 'n' número de entradas, si todas las entradas son 'BAJAS', la salida se vuelve 'BAJA'. Incluso si una entrada es “ALTA” o “1” o “verdadera” o “señal positiva”, la salida cambia a “ALTA” o “1” o “verdadera” o emite una “señal positiva”.

Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).
El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración del símbolo de la puerta lógica OR:

Puerta O de 2 entradas

Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.

La expresión booleana para la puerta lógica OR: La salida 'Y' es la suma de las dos entradas 'A' y 'B', (A + B) = Y.

La suma booleana se denota con (+)

Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es (A + B) = 1 + 1 = '1' o 'alto'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es (A + B) = 0 + 1 = '1' o 'alto'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es (A + B) = 1 + 0 = '1' o 'alto'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es (A + B) = 0 + 0 = '0' o 'Baja'

Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Puerta “O” de 3 entradas:

Ilustración de la puerta OR de 3 entradas:

Puerta OR de 3 entradas

Las puertas lógicas OR pueden tener 'n' número de entradas, lo que significa que puede tener más de dos entradas (las puertas lógicas OR tendrán al menos dos entradas y siempre una salida).

Para una puerta OR lógica de 3 entradas, la ecuación booleana gira así: (A + B + C) = Y, de manera similar para 4 entradas y superiores.

Tabla de verdad para puerta OR lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1

Puertas OR lógicas de entrada múltiple:

Las puertas lógicas OR disponibles comercialmente solo están disponibles en 2, 3 y 4 entradas. Si tenemos más de 4 entradas, entonces tenemos que conectar las puertas en cascada.

Podemos tener seis puertas lógicas OR de entrada conectando en cascada las puertas OR de 2 entradas de la siguiente manera:

Puertas OR lógicas de entrada múltiple

Ahora la ecuación booleana para el circuito anterior se convierte en Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Aún así, todas las reglas lógicas mencionadas se aplican al circuito anterior.

Si va a usar solo 5 entradas de las 6 entradas O puerta anteriores, podemos conectar una resistencia desplegable en cualquier pin y ahora se convierte en una puerta O de 5 entradas.

Puerta O lógica de dos entradas basada en transistor:

Ahora que sabemos cómo funciona una puerta OR lógica, construyamos una puerta OR de 2 entradas usando dos transistores NPN. Los circuitos integrados lógicos se construyen casi de la misma manera.

Esquema de dos puertas O de transistores:

Esquema de dos puertas OR de transistores

En la salida “Y” puede conectar un LED si la salida es alta el LED se iluminará (LED + Ve terminal en “Y” con resistencia de 330 ohmios y negativo a GND).

Cuando aplicamos la señal BAJA a la base de los dos transistores, ambos transistores se apagan, la señal de tierra estará disponible en el emisor del T2 / T1 a través de una resistencia desplegable de 1k, por lo que la salida se vuelve BAJA.

Si alguno de los transistores está ENCENDIDO, el voltaje positivo estará disponible en el emisor de T2 / T1, por lo que la salida se vuelve ALTA.

Ahora ya sabe cómo construir su propia puerta lógica OR.

Puerta O cuádruple IC 7432:

Puerta O cuádruple IC 7432

Si desea comprar una puerta lógica OR del mercado, obtendrá la configuración anterior.

Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa.
El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 7,4 nanosegundos a 25 grados Celsius.
El retardo de propagación de ALTO a BAJO es de 7,7 nanosegundos a 25 grados Celsius.

• 74LS32 Quad de 2 entradas
• CD4071 Quad de 2 entradas
• CD4075 Triple 3 entradas
• CD4072 Doble 4 entradas

Logic Exclusive –OR Gate

En esta publicación vamos a explorar sobre la puerta lógica XOR o la puerta O exclusiva. Echaremos un vistazo a la definición básica, símbolo, tabla de verdad, circuito equivalente XOR, realización XOR utilizando puertas lógicas NAND y, finalmente, analizaremos la puerta Ex-OR de entrada cuádruple IC 7486.

En las publicaciones anteriores, aprendimos sobre tres puertas lógicas fundamentales 'Y', 'O' y 'NO'. También aprendimos que, usando estas tres puertas fundamentales, podemos construir dos nuevas puertas lógicas 'NAND' y 'NOR'.

Hay dos puertas lógicas más, aunque estas dos no son puertas básicas, pero se construye mediante la combinación de las otras puertas lógicas y su ecuación booleana es tan vital y muy útil que se considera como puertas lógicas distintas.

Estas dos puertas lógicas son la puerta 'O exclusiva' y la 'NOR exclusiva'. En esta publicación solo vamos a explorar sobre la lógica de la puerta OR exclusiva.

¿Qué es la puerta 'OR exclusivo'?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve “alta” o “1” o “verdadera” o emite una “señal positiva” cuando las dos entradas lógicas son diferentes entre sí (esto es aplicable solo para dos entradas Ex de 2 entradas -OR puerta).

Por ejemplo: diga una puerta O exclusiva con 'dos' entradas, si uno de los pines de entrada A es 'HIGH' y el pin de entrada B es 'LOW', entonces la salida se vuelve 'HIGH' o '1' o 'verdadero' o 'Señal positiva'.

Si ambas entradas tienen el mismo nivel lógico, es decir, ambos pines 'HIGH' o ambos pines 'LOW', la salida se vuelve 'LOW' o '0' o 'falsa' o 'señal negativa'.

Nota:

El término 'Alto', '1', 'señal positiva', 'verdadero' son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o de la fuente de alimentación).

El término 'BAJA', '0', 'señal negativa', 'falso' son esencialmente lo mismo (la señal negativa es la señal negativa de la batería o de la fuente de alimentación).

Ilustración de la puerta OR exclusiva de Logic:

Puerta OR exclusiva

Aquí la 'A' y la 'B' son las dos entradas y la 'Y' es la salida.

La expresión booleana para la puerta lógica Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Si 'A' es '1' y 'B' es '1', la salida es (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = '1' o 'BAJA'
Si 'A' es '0' y 'B' es '1', la salida es (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = '1' o 'ALTO'
Si 'A' es '1' y 'B' es '0', la salida es (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = '1' o 'ALTO'
Si 'A' es '0' y 'B' es '0', la salida es (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = '0' o 'Bajo'
Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada) B (ENTRADA) Y (salida)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

En la puerta Ex-OR lógica de dos entradas anterior, si las dos entradas son diferentes, es decir, '1' y '0', la salida cambia a 'ALTA'. Pero con 3 o más entradas lógicas Ex-OR o, en general, la salida Ex-OR se vuelve 'ALTA' solo cuando el número IMPAR de lógica 'ALTA' se aplica a la puerta.

Por ejemplo: Si tenemos una puerta Ex-OR de 3 entradas, si aplicamos la lógica “ALTA” a una sola entrada (número impar de la lógica “1”) la salida cambia a “ALTA”. Si aplicamos lógica “ALTA” a dos entradas (este es el número par de lógica “1”) la salida se vuelve “BAJA” y así sucesivamente.

Puerta OR exclusiva de 3 entradas:

Ilustración de la puerta EX-OR de 3 entradas:

Puerta Ex OR de 3 entradas

Tabla de verdad para puerta EX-OR lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA) B (ENTRADA) C (ENTRADA) Y (SALIDA)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

Para la puerta Ex-OR de 3 entradas, la ecuación booleana se convierte en: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Como describimos antes, la puerta lógica 'Ex-OR' no es una puerta lógica fundamental sino una combinación de diferentes puertas lógicas. La puerta Ex-OR se puede realizar utilizando la puerta lógica 'O', la puerta lógica 'Y' y la puerta lógica 'NAND' de la siguiente manera:

Circuito equivalente para puerta 'O exclusiva':

Circuito equivalente para puerta


El diseño anterior tiene un gran inconveniente, necesitamos 3 puertas lógicas diferentes para hacer una puerta Ex-OR. Pero podemos superar este problema implementando una puerta Ex-OR con solo puertas NAND lógicas, esto también es económico de fabricar.

Puerta OR exclusiva con puerta NAND:

Puerta OR exclusiva con puerta NAND

Las puertas OR exclusivas se utilizan para realizar tareas informáticas complicadas, como operaciones aritméticas, sumadores completos, medios sumadores, también pueden ofrecer funcionalidad de ejecución.

Puerta OR exclusiva lógica IC 7486:

Disposición de los pines IC 7486

Si desea comprar una puerta lógica Ex-OR del mercado, obtendrá la configuración DIP anterior.
Tiene 14 pines, el pin # 7 y el pin # 14 son GND y Vcc respectivamente. Funciona a 5V.

Retardo de propagación:

El retardo de propagación es el tiempo que tarda la salida en cambiar de BAJA a ALTA y viceversa después de dar la entrada.
El retardo de propagación de BAJO a ALTO es de 23 nanosegundos.
El retardo de propagación de ALTO a BAJO es de 17 nanosegundos.

Circuitos integrados de puerta 'EX-OR' comúnmente disponibles:

  • 74LS86 Quad 2 entradas
  • CD4030 Quad 2 entradas

Espero que la explicación detallada anterior le haya ayudado a comprender qué son las puertas lógicas y cómo funcionan, si todavía tiene alguna pregunta. Exprese en la sección de comentarios, puede obtener una respuesta rápida.




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