Clase 9:
La electrónica digital.
En las dos páginas anteriores hemos visto la utilidad de emplear señales digitales para transmitir información de manera fiable. También hemos estudiado cómo se puede transmitir un mensaje, ya sea a través de un cable o mediante ondas electromagnéticas por el aire utilizando impulsos eléctricos que contienen la información codificada en sistema binario.
Sin embargo, los circuitos electrónicos, es decir, los circuitos cuyas corrientes sólo pueden tomar dos valores (o hay corriente o no la hay) también se utilizan para transmitir otros tipos de información. Por ejemplo, cada vez que guardamos un archivo en nuestro ordenador, cada vez que descargamos una aplicación en nuestro móvil, cada vez que enviamos un archivo a imprimir a la impresora o cada vez que hacemos click con el ratón del ordenador es un circuito electrónico digital el que lo está haciendo posible.
En realidad, todas esas acciones implican un intercambio de información muy similar al envío de un mensaje por WhatsApp por ejemplo. Cuando, por ejemplo, enviamos un archivo pdf a la impresora en realidad lo que estamos haciendo es transformar los caracteres del doumento en una señal de unos (corriente) y ceros (no corriente) que la impresora es capaz de decodificar para posteriormente imprimir en un papel. Es decir, todos (o la inmensa mayoría) de los circuitos de los dispositivos electrónicos que nos rodean son circuitos electrónicos que transportan información, ya sea entre dispositivos diferentes o dentro del mismo dispositivo.
A continuación vamos a estudiar cómo son los circuitos digitales que conforman los diferentes aparatos electrónicos que usamos a diario. Para ello, vamos a empezar viendo qué son las puertas lógicas, que son la base de toda la electrónica digital.
¿Qué son las puertas lógicas?
Antes de estudiar los diferentes tipos de puertas lógicas hay que entender qué son exactamente. Una puerta lógica no es más que un circuito formado por: resistencias, diodos y transistores. Dado que son circuitos con dispositivos semiconductores (diodos y transistores) podemos decir que se trata de circuitos electrónicos.
(Una puerta lógica NAND construida con dos resistencias dos diodos y un transistor)
¿Y qué tienen de especial estos circuitos para que se estudien a parte y tengan su propio nombre? Pues bien. el motivo es que las puertas lógicas son circuitos que, adecuadamente combinados nos permiten fabricar cualquier dispositivo electrónico.
Con varias puertas lógicas se puede construir, por ejemplo, un circuito que sume números (lo veremos más adelante). Pero la cosa no termina ahí, ya que si somos capaces de construir un circuito que sume números automáticamente también podremos crear uno que los multiplique, al fin y al cabo, multiplicar no es más que sumar varias veces el mismo número (3 x 4 = 3 + 3 + 3 + 3). Es más, si sabemos multiplicar números también sabremos calcular una potencia, por ejemplo 25 = 2 x 2 x 2 x 2 x 2. Y así sucesivamente. Por tanto, las puertas lógicas de manera individual no sirven para gran cosa, sin embargo, adecuadamente combinadas nos permiten realizar todas las operaciones con las que trabajan lo sdispositivos electrónicos.
Por ese motivo son tan importantes las puertas lógicas, porque son los circuitos básicos a partir de los cuales se puede construir desde una calculadora hasta un ordenador. De hecho, el circuito más importante del ordenador (el microchip de la foto de abajo), el cual se podría considerar el cerebro del ordenador, que se llama procesador, no es más que un circuito muy complejo formado a partir de infinidad de puertas lógicas:
En el siguiente apartado vamos a estudiar cuántos tipos diferentes de puerta lógica existen y cuál es la función de cada una de ellas.
Tipos de puertas lógicas:
Una puerta lógica es un circuito que tiene un cierto número de terminales (patillas) de entrada y un único terminal de salida. Aunque existen puertas lógicas con 3, 4 o incluso más entradas, nosotros nos vamos a centrar en las que tienen dos entradas, ya que son las más habituales.
Los terminales de entrada se suelen dibujar a la izquierda y la salida a la derecha. Por ejemplo, en el siguiente símbolo, que a continuación veremos que es el correspondiente a un tipo de puerta en particular, las entradas son los terminales A y B y la salida es el terminal S.
Cada entrada puede recibir o no recibir una corriente eléctrica y en función de lo que ocurra en las entradas habrá o no habrá corriente en la salida. Como ya hemos hecho en las páginas anteriores, siempre vamos a seguir el siguiente criterio:
- Un 1 indicará que hay corriente en un terminal.
- Un 0 indicará que no hay corriente.
Veamos qué ocurre en la salida de cada uno de los tipos de puerta lógica en función de si las entradas reciben o no corriente eléctrica.
Las puertas AND y NAND.
La primera puerta lógica que vamos a ver es la puerta AND (Y, en español). Se trata de una puerta que tendrá corriente a la salida sólo si hay corriente en las dos entradas.
(Símbolo eléctrico de la puerta AND)
(Tabla de verdad de la puerta AND)
Su puerta opuesta es la puerta NAND, la cual funciona justo al revés. Una puerta NAND tendrá corriente en la salida siempre que no haya corriente en las dos entradas a la vez.
(Símbolo eléctrico de la puerta NAND)
(Tabla de verdad de la puerta NAND)
Las puertas OR y NOR.
La siguiente puerta que vamos a ver es la puerta OR (O, en español). Se trata de una puerta que tendrá corriente a la salida siempre que haya corriente en al menos una de las entradas.
(Símbolo eléctrico de la puerta OR)
(Tabla de verdad de la puerta OR)
Su puerta opuesta es la puerta NOR, que funciona justo al revés. Sólo tendrá corriente a la salida si no llega corriente a ninguna de las dos entradas.
(Símbolo eléctrico de la puerta NOR)
(Tabla de verdad de la puerta NOR)
Las puertas XOR y XNOR.
La siguiente puerta es parecida a la anterior pero presenta una importante diferencia. La puerta XOR (O exclusiva, en español), es una puerta que tiene corriente en la salida cuando hay corriente sólo en una de las entradas. Por tanto, en el caso en que las dos entradas tengan corriente en la salida no habrá corriente.
(Símbolo eléctrico de la puerta XOR)
(Tabla de verdad de la puerta XOR)
Su puerta opuesta es la puerta XNOR (¡cuidado! no se llama NXOR), la cual tendrá corriente a la salida cuando o bien las dos entradas están sin corriente o las dos entradas tienen corriente.
(Símbolo eléctrico de la puerta XNOR)
(Tabla de verdad de la puerta XNOR)
La puerta NOT.
Por último, hay una puerta que se utiliza muy frecuentemente y que sólo dispone de una entrada y de una salida. Se trata de la puerta NOT, cuya salida siempre tendrá el valor contrario a la entrada. Es decir, si hay corriente en la entrada no habrá corriente en la salida y viceversa.
(Símbolo eléctrico de la puerta NOT)
(Tabla de verdad de la puerta NOT)