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Compuertas lógicas

Todos los circuitos lógicos digitales, desde el más simple contador hasta el más sofisticado micro-procesador, son hechos interconectando combinaciones de simples "bloques de construcción", llamados compuertas lógicas (Logic gates).

Hay cuatro compuertas básicas, y ellas son diseñadas de acuerdo a su función como SI, NO, Y, O, o sea, las cuatro expresiones sencillas mínimas con las cuales se puede responder a situaciones de la vida real. Cada una de estas compuertas básicas tiene una o más entradas, una sola salida, y una pareja de terminales para conexión a la fuente de poder(pilas, baterías, adaptador de corriente, etc.).

TABLAS DE VERDAD: La operación de una compuerta ouede ser definida por una tabla o gráfico que muestra la forma como se deben combinar los bits de entrada para producir un determinado bit de salida.

Contadores digitales Tal configuración gráfica es llamada una TABLA DE VERDAD, y presta un gran servicio, el técnico que desea saber las caracteríticas de un particular circuito lógico. Las tablas de verdas y los símbolos de las cuatro principales compuertas lógicas aparecen en la figura 2. Las columnas verticales corresponden a las cuatro entradas y salidas y las columnas horizontales, algunas veces sin línea de pormedio representan todas las posibles combinaciones con los niveles lógicos Bit 0 y Bit 1.

En las compuertas bipolares, hechas con la misma tecnología de los transistores corrientes PNP o NPN, conocidas como compuertas TLL, el voltaje de la fuente de alimentación debe estar entre 4.75 y 5.25 voltios, por lo que popularmente se trabaja con el punto medio de este rango, o sea 5 voltios Vcc.

Las compuertas hechas con tecnología CMOS son más susceptibles a dañarse por la electricidad estática debido al manipuleo mientras se instalan en el circuito a ensamblar, pero luego permiten un rango bastante amplio en el voltaje de alimentación: funcionan desde 3 Vcc hasta 15 Vcc.

Varias combinaciones de los BITS* binarios 0 y 1 pueden ser aplicadas a las entradas de una compuerta, asumiendo que un cierto voltaje bajo representa al !cero! y un cierto voltaje alto equivale al bit "uno", esto es llamado lógica positiva; en la lógica negativa se invierten las definiciones.

*BIT: Es una sigla formada con las palabras "dígito binario", y se refiere a los dos símbolos 0 y 1 utilizados en el sistema binario para calcular y medir. Por simple conveniencia, para facilitar el paso de un sistema al otro, se adoptó el bit "cero" como igual al número decimal "0", y el bit "uno" como igual al número decimal "1"(se conservaron igual estos dos símbolos), pero las combinaciones se leen diferentes. Veamos un ejemplo: La expresión numérica 110 tiene en decimal 3 cifras y se lee "ciento diez"; tiene en binario tres bits y se lee "uno-uno-cero".

En electrónica digital, más concretamente en el sistema numérico binario, no se habla de números de "tantas cifras", como en el sistema decimal, sino que se dice que es un WORD de "tantos bits". WORD significa "palabra" en ingles, pero en este caso se emplea más bien como sinónimo de número, o combinación de varios símbolos para expresar una cierta cantidad.

Aunque un word puede tener cualquier cantidad de bits, se ha popularizado entre los especialistas de computadoras en uso de words con ocho bits; estos son llamados sencillamente BYTES. Un word que tenga cuatro bits es denominado NIBLE. Veamos un ejemplo:

0001011100101001 Es un word con diecisiete bits; es un word con dos bytes, o sencillamente es un word con cuatro nibles.

00010111 00101001 Es un word igual al anterior, pero separados los bytes para una mejor visualización. Igual que en el sistema decimal, los bits "cero" al comienzo de un word(lado izquierdo) no representan ninguna cantidad, pero se acostumbra colocarlos para facilitar el manejo en los circuitos electrónicos de computo, tal como veremos cuando lleguemos al estudio de los micro-procesadores y computadores.

La compuerta que simula la condición "SI", tiene solamente un a entrada y una salida. Transmite a la salida el mismo estado lógico "alto" o "bajo" que haya en la entrada (bit 1 o bit 0), por lo cual es generalmente usada para interconexión (INTERFACE) de circuitos lógicos no compatibles electrónicamente entre sí (diferentes impedancias, otros voltajes o corrientes, etc.). Se les conoce a estas compuertas con el nombre de BUFFER, por su acción reforzadora, pero es bueno aclarar que dicho término se aplica también a otras compuertas muy diferentes, para indicar que tienen salida apta para INTERFACE. La compañía National semiconductor vende un encapsulado con seis buffer "SI", referencia 7407, para ser alimentado con los 5 Vcc típicos ara TLL, pero una salida de cada buffer puede mover una carga que esté conectada a una fuente no mayor de 30 voltios y no consuma más de 40 miliamperios (la referencia 7417 tiene salida hasta un máximo de 15 voltios, y los mismos 40 miliamperios de capacidad de carga).

La compuerta que simula la condición lógica "NO", tiene la propiedad de invertir a la salida la señal o nivel presente en la entrada. Se le utiliza también para servir de iinterface(interconexión) entre dos circuitosque estén alimentados por fuentes de voltaje distinto.

Entrega un estado bajo en su terminal de salida cuando a su única entrada llega una señal con voltaje dentro del rango establecido como "alto". La anterior condición lo convierte en un BUFFER NEGADOR o simplemente compuerta !NO" (NOT).

La compuerta "NO" invierte o complementa el estado lógico de su única entrada, por lo que se le conoce también como INVERSOR. La función "NO" es generalmente indicada por una barra o vínculo sobre el símbolo, para indicar que una entrada o una salida ha sido invertida. Así, si A es 0 y B es 1, tendremos que A = B(con línea arriba de la b, y algunas veces escrita como "no B").

La National Semiconductor tiene también en forma integrada, en un solo encapsulado dual in line, seis buffer inversores, rfeferencia 7406 o referencia 7416. Las salidas de los inversores 7406 soportan cargas conectadas a una fuente de hasta 30 voltios y proporcionan 40 miliamperios en su estado bajo. La referencia 7416 es solamente para un máximo de 15 voltios. En ambos casos el voltaje Vcc, o sea su propia fuente de alimentación, no debe ser menor de 4.75 ni mayor de 5.25.

la compuerta que simula la condición "Y" (AND) es un circuito con capacidad para "decidir", con dos o más entradas. La única salida de la compuerta AND es nivel lógico 0, a menos que todas sus entradas tengan nivel lógico 1. Solamente cuando las entradas A y B y C... estén en "uno", la salida será también "uno". La compuerta que simula la condición "0" (OR) es también un circuito que hace decisiones, con dos o más entradas. Su salida es lógica 1 cuando cualquiera o todas sus entradas tienen un nivel lógico 1. Basta con que las entradas A o B o C estén en 1, para que la salida pase a 1.

De interés

Les agradeceria que toda consulta se haga a través de los Foros Electrónica y Electricidad, ya que en ocasiones me es imposible atenderlas con prontitud, y en el foro, alguien puede hacerlo antes que alguno de los editores del sitio. De antemano, gracias.

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Curso básico de electrónica: Estimados amigos, es un gusto para nosotros poner al alcance de ustedes este modesto curso de electrónica, con esto queremos hacer realidad lo que tanto nos han pedido. Busca el vínculo en el índice.

Electrónica molecular: A partir de la fecha ( 26/04/2008), hemos creado la sección, para tenerte al tanto sobre las noticias de esta rama de la ciencia electrónica.

NOTA: Los circuitos aquí publicados, en su mayoría no han sido probados físicamente, el buen funcionamiento o no de los mismos, es responsabilidad del ensamblador.

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Robótica, la robótica en su forma más simple
Robótica: Es la rama de la tecnología en la cual se diseñan máquinas que intentan emular las acciones ejecutadas por el ser humano. De hecho, los robots ya son usados para llevar a cabo tareas extremedamente pesadas para una persona, un ejemplo es el montaje de partes de automóviles, camiones, etc.

Circuitos Impresos

Todo circuito electrónico necesita un medio para ensamblarlo, esta es la función de los circuitos impresos ( PCB ). Originalmente vienen en placas vírgenes de baquelita o fibra de vidrio y una capa delgada de cobre en el cual se plasma o diseña el circuito basado en el diagrama o esquema del circuito.