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Que son las compuertas lógicas y como funcionan

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Gracias a que en la electrónica existen diferentes ramas de funcionamiento, podemos hacer un sin fin de aplicaciones a través de pequeños cambios en los circuitos electrónicos. Una de las áreas mas importantes que podemos encontrar es la de la lógica digital, ya que esta nos ayuda a entender las bases que se utilizan para programar o crear circuitos mas complejos. Dentro de esta ramificación nos encontramos con algunos componentes principales que son llamados «compuertas lógicas«. En este articulo te enseñaremos que son, como funcionan, que tipos existen, cuales son su tablas de verdad , etc.


¿Qué son las compuertas lógicas?

Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos que se utilizan para representar los números binarios, es decir son sistemas de todo nada. Por ejemplo; 0 y 1 o valores falsos y verdaderos. A pesar de que solo pueden representar dos valores, cada una de estas compuertas se caracteriza porque funciona de forma diferente y nos ayuda a hacer diferentes tareas. Ya sea que nos ayuden a implementar circuitos de lógica para resolver un problema o también para hacer algunas operaciones lógicas, como sumar, multiplicar, negar, excluir, etc.

Dependiendo de la combinación de sus entradas muestra un valor verdadero o falso
Dependiendo de la combinación de sus entradas muestra un valor verdadero o falso

¿Cómo funcionan las compuertas lógicas

Para entender el funcionamiento de estos componentes, primero debemos entender como funcionan los estados altos y bajos de un circuito lógico. Normalmente las compuertas lógicas tienen un rango de funcionamiento que va desde los 0 volts hasta los 5 volts y dependiendo del voltaje que tengan sus entradas puede mostrar uno de los dos estados diferentes. Para tener un estado de alto necesitamos un rango de voltaje de 3.5 hasta 5 volts, y para tener un estado bajo necesitamos de 2.5 volts hacia abajo. También es importante resaltar que existe una zona de estado no definido que va entre los 2.5v y 3.5v donde no se sabe que valor saldrá por la compuerta lógica

Estados de las compuertas lógicas
En el estado no definido se puede activar cualquiera de los dos

Que son las tablas de verdad de las compuertas lógicas

Como existen diferentes tipos de compuertas lógicas y el funcionamiento de cada una de estas es totalmente diferente, se crearon algunas tablas que sirven como herramienta principal para conocer como será el comportamiento de cualquiera de estas. En palabras sencillas, una tabla de verdad es un registro que toma en cuenta todas las combinaciones que pueden tener los circuitos lógicos en sus entradas y nos dice el valor que toma la salida en cada uno de los casos.

Tabla de verdad
Las tablas de verdad muestran todas los escenarios posibles

Es importante mencionar que entre mas compuertas lógicas se utilicen, los circuitos se van haciendo mas extensos, mas complejos y mas caros. Por lo que existen algunos métodos que se utilizan para simplificar los circuitos y así evitar que los sistemas tengan muchas compuertas lógicas o componentes que son repetitivos y se pueden quitar a través de una pequeña simplificación. Dentro de los métodos mas comunes nos podemos encontrar con:



Tipos de compuertas lógicas

Dentro de los tipos de compuertas podemos encontrar diferentes tipos, cada una puede tener algunas variaciones como tener 2, 3 e incluso 4 entradas. También podemos decir que cada tipo representa una operación lógica diferente.

Compuerta AND

El funcionamiento de esta compuerta se caracteriza por ser el de todo o nada, ya que solo manda una señal activa cuando todas sus entradas tienen una señal de nivel alto. A esta compuerta también se le puede conocer como multiplicadora, debido a que su funcionamiento es idéntico al de las multiplicaciones de números binarios.

Compuerta And

Compuerta NAND

El funcionamiento de esta compuerta es prácticamente la negación de una AND, ya que funciona de manera inversa. Es decir, cuando sus entradas tienen un nivel alto no funciona y cuando existe cualquier otra combinación se activa.

Compuerta NAnd

Compuerta OR

El funcionamiento de este dispositivo hace referencia a una suma de números binarios y es bastante sencilla de comprender. Ya que esta compuerta se activa con tan solo tener una señal alta en cualquiera de sus entradas.

Compuerta or

Compuerta NOR

Esta compuerta es la negación de la OR, es decir funciona a la inversa. Cuando una de sus entradas esta activa la compuerta manda una señal baja en su salida.

Compuerta nor


Compuerta XOR

Esta es una de las compuertas mas complejas de utilizar, ya que su salida solo se activa cuando sus entradas son diferentes. Por ejemplo A=1 y B=0. También se le conoce como compuerta OR exclusiva.

Compuerta xor

Compuerta XNOR

Esta compuerta es la negación de la XOR. su salida se activa solo en condiciones especificas, es decir cuando todas sus entradas están en 0 o en 1.

Compuerta xnor

Compuerta NOT

Esta compuerta básicamente es un inversor, solo tiene una entrada y si en la entrada tenemos un estado alto la salida lo invierte y lo convierte a bajo.

Compuerta not

Compuerta Si

Esta compuerta sirve como protección para elementos de mayor valor, ya que la entrada es igual a la salida.

Compuerta si

¿Qué otros tipos de compuertas existen?

Aun que cada compuerta tiene un funcionamiento muy preciso y muy bien definido, existen algunos tipos que tienen modificaciones en su comportamiento. y conocer como funcionan estos también es importante para convertirse en un experto de la electrónica, dentro de los tipos podemos encontramos con:



Conclusión

Conocer las compuertas y sus operaciones lógicas es fundamental para entender como funciona el mundo de la electrónica digital, ya que estas prácticamente son la base para cualquier sistema moderno. Ya sea desde el más simple, como una puerta que se abre con una señal de un control y se sierra automáticamente hasta los más complejos como las computadoras o los sistemas automatizados de la industria. En palabras más sencillas, las compuertas lógicas son componentes que se dedican a procesar la información que entra al sistema y darle una resolución a través de la lógica.

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Preguntas frecuentes

  • ¿Cuál es la función de una compuerta lógica? Se utilizan para procesar señales a través de la condiciones lógicas como realizar operaciones y verificar condiciones
  • ¿Cuáles son los tipos más comunes de compuertas? Los principales tipos son las compuertas AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR. Ya que cada una tiene una operación lógica diferente.
  • Existen otros tipos de compuertas lógicas no tan comunes? Si, estos tipos se caracterizan por que cambian un poco la reacción de la compuerta. Es decir, funcionan de la misma forma pero reaccionan con diferentes características, como que necesitan un mayor rango para cambiar de estado, reducen el ruido de las señales, etc. Dentro de los cambios que podemos encontrar son las compuertas de colector abierto, las buffer y las Schmitt Trigger.
  • ¿Qué es una tabla de verdad? Es una tabla que simula todas las combinaciones que puede tener una compuerta lógica para saber como va a funcionar desde antes de conectarla.

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