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Que son las compuertas lógicas de colector abierto

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Las compuertas lógicas son uno de los componentes mas importantes dentro de la electrónica digital, por lo tanto existen diferentes tipos y cada uno de estos cumple con funcionamientos totalmente diferentes. Es esta ocasión hablaremos sobre las compuertas lógicas de colector abierto, como funcionan, para que se utilizan y algunos ejemplos de aplicaciones prácticas.


¿Qué son las compuertas de colector abierto?

Las compuertas lógicas de colector abierto son un tipo de circuitos integrados que se utilizan para hacer operaciones lógicas dentro de la electrónica digital. Normalmente tienen el mismo funcionamiento que las compuertas convencionales, es decir, tienen dos estados de funcionamiento «0» y «1». Pero la característica principal que diferencia a esta compuerta de las comunes, es que la salida esta conectada a un transistor NPN donde el colector se deja abierto para no completar el circuito y así tener un mayor rango de personalización. Cabe mencionar que el colector es el que se toma como la verdadera señal de salida.

Compuertas lógicas de colector abierto
Diferencia entre una compuerta normal y una de colector abierto

¿Cómo funcionan las compuertas lógicas de colector abierto?

Como ya se menciono antes este tipo de compuertas funcionan de la misma forma que una convencional, es decir que, tiene sus entradas y dependiendo de las combinaciones puede mandar señales de alto (1) o bajos (0). Pero en la salida se le incorpora un transistor que lo cambia todo, ya que deja el circuito abierto y se tiene que completar poniendo un voltaje externo y una resistencia pull-up.

Prácticamente esta resistencia es la clave ya que cuando la compuerta manda una señal de 5v al transistor este se satura y manda la señal a GND, mejor dicho la salida es 0. Pero cuando la señal de la compuerta manda un 0 al transistor este se queda en su estado normal y no manda ningún tipo de señal en la salida, es decir se crea una salida flotante donde existen ningún tipo de señal. Es aquí donde entra en juego la resistencia pull-up ya que esta fue colocada para generar la señal activa (1).



¿Pero si al final voy a tener la misma salida de 0 y 1 para que sirve el colector abierto?

Es verdad que a simple vista se obtienen las dos fases de salida, pero la ventaja de tener un colector abierto es que podemos utilizar dos voltajes diferentes. 5v para alimentar la compuerta lógica y un voltaje externo que puede variar según la aplicación por ejemplo 10v, 15v, 20v, etc.

Función colector abierto
Las compuertas de colector abierto pueden utilizar un voltaje diferente para la salida

Tipos de compuertas de colector abierto

Casi la mayoría de las compuertas comunes tienen su versión en colector abierto, como lo son las NAND, AND, NOT y NOR, e incluso algunas menos comunes como las XOR y XNOR. Pero existe un caso en específico donde no podemos encontrar este tipo de circuitos que es la compuerta OR.

Este tipo de compuertas las podemos identificar por una numeración que tienen todos los circuitos integrados

  • NAND: 2 entradas (74LS01 y 74LS03). 3 entradas (74LS12). 4 entradas (74LS22)
  • AND: 2 entradas (74LS09). 3 entradas (74LS15)
  • NOT: 74LS05 y 74LS06
  • NOR: 2 entradas (74LS33)
  • XOR: 2 entradas (74LS136)
  • XNOR: 2 entradas (74LS266)


Aplicaciones para las compuertas de colector abierto

Gracias a que podemos utilizar un voltaje totalmente diferente al de la compuerta lógica podemos utilizar mas corriente y mas voltaje para activar diferentes componentes como motores, relevadores, otros circuitos integrados, circuitos de control como temperatura e iluminación, etc. Este tipo de compuerta de colector abierto también nos sirve como memorias, ya que podemos conectar todas las salidas de varias compuertas a una sola resistencia creando así un bus de datos común, el cual podemos guardar colocando una compuerta normal en las salidas. Cabe mencionar que todas las salidas tienen que estar en 0 o en 1 para que pueda haber un cambio en la salida.

Crear estos buses de datos comunes es de gran ayuda ya que podemos juntar diferentes condiciones de un sistema o incluso de varios sistemas. Ya que por ejemplo podemos mandar una señal de 0 cuando las variables aun no cumplen sus funciones, o en el caso contrario mandar una señal de 1 y activar un piloto led, un motor, o cualquier otro componente indicando que se cumplió con el cometido.

Aplicaciones compuertas lógicas de colector abierto
Algunas aplicaciones para las compuertas de colector abierto

Conclusión

Debido a que la electrónica tiene un sin fin de aplicaciones, necesitamos de componentes que sean versátiles y que puedan funcionar ante los diferentes tipos de escenarios que se presentan. Es por eso que las compuertas lógicas de colector abierto, son un componente muy importante, porque al dejar abierta la salida nos permite interconectar diferentes tipos de componentes que trabajan a diferentes voltajes.

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Preguntas frecuentes

  • ¿Cuál es la diferencia entre una compuerta lógica común y una de colector abierto? La principal diferencia es que la de colector abierto utiliza un transistor que nos da la posibilidad de personalizar la cantidad de voltaje con la que funcionaran los componentes conectados a su salida..
  • ¿Para que tipo de dispositivos se utilizan estas compuertas? Las compuertas de colector abierto se utilizan para hacer funcionar relevadores, solenoides, lamparas, ventiladores, etc.
  • ¿Cuándo se utiliza una compuerta de colector abierto en lugar de una convencional? Cuando los dispositivos a controlar necesitan de un mayor voltaje que el circuito de control.
  • ¿Qué desventaja tiene utilizar una compuerta de colector abierto? Que necesita una configuración de resistencia pull-up en su salida, y dependiendo del voltaje que se necesite sus valores pueden cambiar.

Referencias

Opencoursewave (s.f.) Circuitos

Electronica Fp (2019, febrero 1) Colector abierto (resistencias pull up)

Articulo creado el 27 de marzo del 2017 – Renovado el 11 de abril del 2023

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