PUERTA LOGICA NAND

PUERTA LOGICA NAND: Como su nombre lo indica, es la negación de una AND. Esta compuerta invierte la salida de una compuerta AND. La salida es cero solo si todas las entradas están en nivel 1, en los demás casos la salida es 1.

Como podemos ver esta puerta invierte la salida de una NAND, lo que podría representarse como una puerta lógica AND con una puerta lógica NOT conectada a su salida:

PUERTAS LOGICAS

Siguiendo con el estudio de la electrónica digital, continuemos hoy con otras compuertas:

PUERTA LOGICA OR: Como podemos ver en la tabla, esta compuerta produce en su salida, la suma de sus entradas. El resultado es 0 solo cuando todas sus entradas son 0, en todos los demás casos el resultado es 1.A continuación se muestra el funcionamiento de esta compuerta para diferentes señales de entrada:

Como vemos el LED solo está apagado cuando ambas entradas están en 0 lógico.

PUERTA LOGICA NOT: Esta puerta lógica, produce en su salida, la negación de su entrada, esto es, si su entrada es 0 la salida es 1 o viceversa. A continuación se muestra el estado de la salida para los diferentes estados en la entrada:

Como se puede ver para un 1 lógico en la entrada, la salida es 0 y para un 0 en la entrada, la salida es 1.

Seguiremos con  el estudio de más compuertas en la proxima entrega. Asimismo realizaremos algunos proyectos para aplicar a la vida real.

ELECTRONICA DIGITAL

En un capítulo anterior comentamos que en electrónica digital se manejan dos voltajes: 5 Voltios correspondiente al número binario 1, ó 0 Voltios correspondientes o representado por el número binario 0 (cero).

Los circuitos digitales son más que todo de tipo lógico, esto quiere decir que dan solución a ciertos planteamientos de ecuaciones que según sus entradas, deben producir el resultado que se espera, o por el contrario si se define un resultado esperado, se deben encontrar las combinaciones necesarias para producir el mismo.

Los dispositivos básicos usados en electrónica digital son las compuertas o puertas lógicas. Existen muchas, cada una define una lógica distinta. Están constituidas interiormente por diodos, transistores, resistencias, etc. Como ya conocemos el funcionamiento de esto elementos, no entraremos en los detalles de construcción de las compuertas, solo estudiaremos la forma de aplicarlas. Una puerta lógica consta de una, dos o más entradas y una salida.

Las compuertas básicas son las siguientes:

PUERTA LOGICA AND: Esta compuerta recibe en la entrada un dato binario formado por dos o más bits y en su salida entrega la multiplicación de las entradas. La salida es 0 si cualquiera de las entradas es cero. La salida solo es 1 cuando todas las entradas tienen valor 1. Esto se puede apreciar en la tabla.

A continuación se muestra el funcionamiento de esta compuerta para diferentes señales de entrada:

Vemos que el led se enciende solo para el último caso cuando las entradas lógicas están en 1.

Por razones de tiempo y espacio, en la próxima entrega traemos las demás compuertas.

EL TRANSISTOR

El transistor está formado por dos diodos lo cual quiere decir que posee dos junturas
como se muestra a continuación:

El transistor de la figura está formado por tres materiales, un material tipo P en medio de dos materiales tipo N. El primer material se llama emisor, el del medio base y el tercero colector.

El diodo base-emisor, está polarizado directamente, el otro diodo, base-colector, está polarizado inversamente. Los electrones del emisor son repelidos por el terminal negativo de la batería hacia la juntura base-emisor y a su vez atraídos por el material tipo P o base, estos electrones pasan la juntura base-colector hacia el terminal positivo de la batería. De esta forma se establece un flujo de corriente. El transistor se usa a menudo como amplificador. En la figura se llama amplificador de base común ya que la base es común eléctricamente hablando al emisor ya al colector. Las otras dos configuraciones de amplificadores son de emisor común y de colector común.

Con esto ya tenemos una idea del funcionamiento de los dispositivos usados en la construcción de compuertas lógicas y chips usados en computadores. En el próximo capítulo veremos un poco de electrónica digital para luego empezar de lleno con el estudio de Microprocesadores, con lo cual nos introduciremos en el estudio de los computadores.

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SEMICONDUCTORES

Algunos átomos de materiales como el silicio y el germanio, tienen 4 electrones girando en su última capa. Esto cuatro electrones se pueden combinar con los electrones de otros elementos como el fosforo, arsénico, antimonio, que tienen cinco electrones en su última capa o también se pueden combinar con elementos como el boro, galio o indio, que tienen tres electrones en su última capa. Estos elementos son llamados impurezas.
Si combinamos Silicio o Germanio con un elemento que tiene cinco electrones girando en su última capa, los átomos forman enlaces covalentes. Al combinar los cinco electrones de la impureza con los cuatro electrones del Germanio o Silicio, queda sobrando un electrón ya que el máximo número de ellos en la última capa son ocho. Como resultado queda un electrón libre. Sumando todos estos electrones libres nos resulta una gran cantidad capaz de establecer una corriente eléctrica. A este material con exceso de electrones, se le llama material tipo N. Si en vez de elementos con cinco electrones en su última capa, agregamos al Silicio o Germanio elementos con tres electrones, la combinación da como resultado 7 electrones en su última capa, dejando un hueco por cada átomo. Este hueco actúa igual que un electrón pero con carga positiva. A este material se la llama tipo N. Esto se muestra en la siguiente figura:

Conociendo estas características, pasemos al estudio de los diodos y transistores:
DIODOS: Si tomamos un material tipo N y otro tipo P, los unimos con un contacto eléctrico entre ellos de tal forma que puedan conducir una corriente eléctrica, tenemos como resultado el dispositivo semiconductor tan importante llamado diodo, como lo muestra la siguiente figura:

Si conectamos una batería al diodo de la forma como se muestra en la figura anterior, el terminal negativo de la misma, repele los electrones del material tipo N, estos electrones cruzan la unión PN hacia la región tipo P y de ahí al terminal positivo de la batería. Lo mismo sucede con los huecos de la zona tipo P, son repelidos por el terminal positivo de la batería hacia la zona N y atraídos por el terminal negativo de la batería. De esta forma se establece una corriente eléctrica.
Ahora invirtamos las conexiones como en la siguiente figura:


Conectado de esta forma, el terminal positivo de la batería atrae los electrones de la zona tipo N, lo mismo sucede con los huecos, son atraídos por el terminal negativo de la batería. Los electrones no alcanzan a pasar la juntura por lo que no se establece un flujo de corriente.
El comportamiento del diodo conectado con voltaje directo como en el primer caso, o con voltaje inverso como en el segundo caso, hace que sea ideal en la rectificación de la corriente alterna.

Rectificación quiere decir convertir la corriente alterna en corriente continua.
Supongamos que tenemos una fuente de corriente alterna conectada a un diodo con las señales ilustradas gráficas como en la siguiente figura:


Como la corriente alterna cambia de polaridad en cada medio ciclo, cuando el terminal superior es positivo (medio ciclo positivo), el diodo está polarizado directamente y conduce corriente. El voltaje aparece a través del resistor como se indica en el primer medio ciclo positivo de la onda de salida. Cuando el terminal superior de la fuente de corriente alterna es negativo, el diodo está polarizado en forma inversa por lo que no conduce corriente. En el resistor no aparece voltaje alguno, esto está indicado en la onda de salida. El resultado es una corriente circulando en una sola dirección. Como la corriente es senoidal se llama corriente continua pulsante. Las pulsaciones se eliminan agregando otros componentes como capacitores, bobinas, es decir filtros, cuyo estudio está fuera del alcance de este manual. En la próxima entrega veremos los transistores.

INDUCTORES

Más conocidos como bobinas. Su unidad de medida es el Henrio. Están formadas por cable de cobre recubierto con material aislante, enrollado en form de vueltas alrededor de un eje o núcleo. Este núcleo puede ser de material no conductivo en cuyo caso se dice que el núcleo es de aire, ó material conductor del magnetismo como la ferrita.
Cuando se aplica corriente a una bobina, se genera una fuerza electromotriz que se opone al flujo de esa corriente. Esta oposicióon es mayor en corriente alterna que en corriente contínua. Por esto decimos que la bobina se comporta como un circuito abierto para la c.a. y como corto circuito para la c.c.
La inductancia de una bobina en henrios depende de su número de vueltas, sección o área de su núcleo, de su longitud y otros factores. Estos temas serán tratados en un próximo curso, más avanzado.
Las bobinas tienen diferentes aplicaciones: Circuitos sintonizados (vistos mas adelante), filtros, etc.
La oposición que ofrece una bobina al paso de la corriente, se llama reactancia inductiva, se mide en ohmios como la resistencia, se simboliza XL.
La fórmula para calcular la reactancia inductiva es XL=2πfL en donde f= frecuencia, L=inductancia.

En la proxima entrega comenzamos con los circuitos. Hasta pronto.