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Compuertas Lógicas: Fundamentos y Aplicaciones, Diapositivas de Programación de Bases de Datos

Este documento proporciona una introducción detallada a las compuertas lógicas, que son circuitos electrónicos fundamentales en la electrónica digital y el diseño de circuitos. Se explican los diferentes tipos de compuertas lógicas, como and, or, not, nand y nor, junto con sus tablas de verdad y funcionalidad. Se destacan las razones por las cuales las compuertas lógicas son importantes, incluyendo la representación de la lógica booleana, la realización de operaciones lógicas, el procesamiento de información y la simplicidad en el diseño de circuitos. Además, se abordan las limitaciones de las compuertas lógicas, como la capacidad de carga, el tiempo de retardo y el consumo de energía. El documento también introduce los conceptos de circuitos equivalentes y los teoremas de thévenin y norton, que son herramientas útiles para el análisis y diseño de circuitos eléctricos.

Tipo: Diapositivas

2021/2022

Subido el 05/05/2024

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maria-jose-gomez-47 🇨🇴

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Compuertas Lógicas
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. Estas compuertas se pueden aplicar en
otras áreas de la ciencia como mecánica, hidráulica o neumática.
Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos conformados por
transistores que realizan operaciones lógicas binarias, como AND, OR y
NOT, generando salidas booleanas. Estas compuertas pueden ser
simuladas por otras más simples. Operan en dos estados (1 o 0) con
lógica positiva o negativa. La lógica positiva se activa con señal alta (1),
mientras que la lógica negativa se activa con señal baja (0). Se
destacan diferentes tipos de compuertas con tablas de verdad que
explican su comportamiento.
1. Compuerta AND
La compuerta lógica denominada AND, como su nombre lo indica en
inglés , s ignifica: “Y”. Por lo que su función lógica sería tomar dos o
más señales de entrada y aplicarle la función matemática de
multiplicación para obtener una señal de salida en función de la
operación “Y”. Su funcionalidad se basa en que para obtener un 1
lógico de salida, todas las señales de entrada deben de ser un 1
lógico, en el momento que una de todas las señales de entrada sea
un 0 lógico, su resultado será un 0. Prácticamente como una
multiplicación matemática, donde cualquier número multiplicado por
0 será 0.
1. Compuerta OR
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Compuertas Lógicas 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. Estas compuertas se pueden aplicar en otras áreas de la ciencia como mecánica, hidráulica o neumática. Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos conformados por transistores que realizan operaciones lógicas binarias, como AND, OR y NOT, generando salidas booleanas. Estas compuertas pueden ser simuladas por otras más simples. Operan en dos estados (1 o 0) con lógica positiva o negativa. La lógica positiva se activa con señal alta (1), mientras que la lógica negativa se activa con señal baja (0). Se destacan diferentes tipos de compuertas con tablas de verdad que explican su comportamiento.

  1. Compuerta AND La compuerta lógica denominada AND, como su nombre lo indica en inglés , s ignifica: “Y”. Por lo que su función lógica sería tomar dos o más señales de entrada y aplicarle la función matemática de multiplicación para obtener una señal de salida en función de la operación “Y”. Su funcionalidad se basa en que para obtener un 1 lógico de salida, todas las señales de entrada deben de ser un 1 lógico, en el momento que una de todas las señales de entrada sea un 0 lógico, su resultado será un 0. Prácticamente como una multiplicación matemática, donde cualquier número multiplicado por 0 será 0.
  2. 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 también. 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. Se puede interpretar como dos interruptores en paralelo, que sin importar cual se accione, será posible el paso de la corriente.

  1. Compuerta NOT En este caso 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.
  2. Compuerta NAND También denominada como AND negada, esta compuerta trabaja al contrario 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.
  3. Compuerta NOR Así como vimos anteriormente, 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
  4. 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

Procesamiento de Información: Las compuertas lógicas permiten la manipulación y procesamiento eficiente de información en forma digital. Los cálculos y decisiones dentro de una computadora se realizan mediante combinaciones de compuertas lógicas. Simplicidad en el Diseño: Al utilizar compuertas lógicas, los diseñadores pueden simplificar la implementación de funciones lógicas complejas. Compuestas por un número relativamente pequeño de transistores, las compuertas proporcionan una forma eficiente de realizar operaciones lógicas. Tecnologías de la Información: En el ámbito de las tecnologías de la información, las compuertas lógicas son esenciales para el funcionamiento de los computadores y sistemas digitales. Son la base de la representación y procesamiento de datos en el ámbito informático. Limitaciones de las puertas lógicas Capacidad de Carga: Cada puerta lógica tiene una capacidad de carga máxima, es decir, un límite en la cantidad de puertas o dispositivos que puede manejar antes de que la calidad de la señal se degrade. Conforme se aumenta la complejidad de un circuito, puede ser necesario agregar búferes o amplificadores para mantener una señal nítida. Tiempo de Retardo: Cada puerta lógica introduce un cierto tiempo de retardo en la señal. A medida que se encadenan múltiples puertas, este tiempo de retardo se acumula, afectando la velocidad general del sistema. En aplicaciones de alta velocidad, esto puede ser crítico. Consumo de Energía: El consumo de energía es una consideración importante, especialmente en dispositivos alimentados por baterías o en entornos donde la eficiencia energética es crucial. Las puertas lógicas consumen energía, y el diseño de circuitos debe optimizarse para minimizar este consumo.

Tamaño del Circuito: A medida que se agregan más puertas lógicas, el tamaño del circuito aumenta. En aplicaciones donde el espacio es limitado, como dispositivos móviles o chips integrados, el tamaño del circuito puede ser una limitación significativa. CIRCUITOS EQUIVALENTES Los circuitos equivalentes son representaciones simplificadas de circuitos más complejos que mantienen las mismas características eléctricas en determinados puntos de interés. Estas representaciones son útiles para el análisis y diseño de circuitos eléctricos, ya que permiten trabajar con estructuras más simples sin perder la precisión en las áreas de interés. TEOREMA DE THÉVENIN El teorema de Thevénin dice: Dado un par de terminales en una red lineal, la red puede reemplazar con una fuente de voltaje ideal VOC en serie con una resistencia RTh. Donde:

  • VOC es igual al voltaje de circuito abierto a través de las terminales (Nota: OC significa circuito abierto - open circuit).
  • RTh es la resistencia equivalente a través de las terminales cuando se hace un corto circuito a las fuentes de voltaje independientes y se sustituyen las fuentes de corriente independiente con circuito abiertos, es decir para las fuentes de voltaje independientes V = 0 o corto circuito y para las fuentes de corriente independientes I = 0 o circuito abierto. Ejemplo aplicando el Teorema de Thevénin Para comprender de mejor manera la aplicación del teorema de Thevénin se propone un problema muy simple correspondiente a la Figura que se muestra a continuación.

Como resultado final obtenemos el circuito equivalente de Thevénin: TEOREMA DE NORTON El teorema de Norton dice: Cualquier circuito lineal que contenga varias fuentes de energía y resistores puede ser reemplazado por una fuente de corriente ideal ISC y la resistencia de Thevénin RTh en paralelo con esta fuente. Donde:

  • ISC es la corriente que fluye a través de las terminales (Nota: SC significa corto circuito - short circuit).
  • RTh es la resistencia equivalente a través de las terminales cuando se hace un corto circuito a las fuentes de voltaje independientes y se sustituyen las fuentes de corriente independiente con circuito abiertos, es decir para las fuentes de voltaje independientes V = 0 o corto circuito y para las fuentes de corriente independientes I = 0 o circuito abierto.

Ejemplo aplicando el Teorema de Norton Para comprender de mejor manera la aplicación del teorema de Norton se propone un problema muy simple correspondiente a la Figura que se muestra a continuación. Las terminales “a” y “b” corresponde a la conexión de la red del circuito restante, suponiendo que se considero únicamente una parte del circuito. Lo que se debe considerar para el análisis se muestra en el recuadro punteado del cual se sustituirá con su equivalente Norton.

  1. Primeramente se debe poner en corco circuito la red para determina la corriente (ISC) correspondiente a las terminales “a” y “b”. Como la corriente fluye por donde se tenga menor resistencia, la resistencia R 2 se puede considerar como valor de R 2 =0. Para encontrar la RTh debemos poner la fuente de voltaje independiente en corto circuito Vs = 0 , ya que R 1 y R 2 están en paralelo en relación con