É normal, dentro da eletrônica digital, saber para que servem e como utilizar as portas lógicas, mas muitos podem não conhecer como elas são feitas. Portanto, na aula de hoje, veremos o circuito por trás das portas lógicas.
Na aula anterior, aprendemos sobre o funcionamento das portas lógicas.
Informações básicas
Como foi dito na aula anterior, saber o circuito por trás das portas lógicas não é uma obrigatoriedade para começar a desenvolver sistemas digitais. Entretanto, isto complementa e fortifica o conhecimento das portas lógicas.
E, para este post, recomendo a leitura sobre o post em que explico sobre os transistores.
Portas lógicas
Adiante, irei mostrar possíveis circuitos para as portas lógicas elementares da aula passada. E existem muitas formas de se fazer os circuitos das portas lógicas, então se preocupe em entender apenas a lógica do circuito.
E, conforme a aula passada, vou considerar uma porta lógica de 2 entradas (A e B). Exceto para o caso da porta NOT, que possui apenas 1 entrada.
Primeiro, mostrarei a imagem do circuito, depois a tabela verdade da porta lógica e então explicarei o circuito. No circuito, Vout corresponde à saída da porta lógica, porém em valores de tensão. Lembrando que 0v = nível lógico 0 e 5v = nível lógico 1.
Não se preocupe com os valores dos resistores do circuito, pois eles irão depender da corrente limite do circuito e não são relevantes para a nossa análise.
NOT
Circuito e tabela verdade
| A (entrada) | S (saída) |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Explicação
O circuito da porta NOT é basicamente um circuito de transistor com polarização de base.
Se a entrada A for 0, o transistor fica em corte. Com isto, a queda de tensão em cima do transistor é igual à tensão da fonte (5v). A queda de tensão do transistor é a tensão Vout (tensão entre coletor e terra). E Vout é exatamente a saída da porta lógica NOT.
Agora, se a entra A for 1, o transistor fica saturado e deixa conduzir corrente entre o coletor e o emissor. Com isto, a queda de tensão em cima do transistor tende a 0.
Logo, Vout terá o nível lógico inverso ao da entrada A.
OR
Circuito e tabela verdade
| A | B | S |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Explicação
O circuito da porta OR é bem simples, pois ele consiste de dois diodos (um para cada entrada) e um resistor de pull-down.
Quando as entradas A e B forem 0, os diodos não conduzem e a tensão de entrada não chega no cátodo deles. Com isto, o resistor de pull-down, garante que haverá 0v no nó de saída. Portanto, Vout (tensão entre o cátodo dos diodos e o terra) é 0.
Por outro lado, se A OU B forem 5v, o diodo da entrada com 5v irá conduzir e a tensão chegará no cátodo dele. Está tensão no cátodo será 5v menos a queda de tensão do diodo. Se considerarmos um diodo ideal (queda de 0v), a tensão de saída será 5v.
Portanto, se uma das duas entradas for nível lógico alto, a saída também será nível lógico alto. E o resistor de pull-down serve para garantir que a saída seja nível lógico 0 quando nenhum diodo está conduzindo (A e B em 0).
AND
Circuito e tabela verdade
| A | B | S |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Explicação
O circuito da porta AND é praticamente igual ao da porta OR, com a diferença que os diodos estão invertidos e o resistor agora é de pull-up.
A lógica do circuito é meio que o “inverso” da lógica da porta OR:
Sempre que uma das entradas for igual a 0, o diodo desta entrada estará conduzindo. Com isto, a tensão no ânodo do diodo será igual a 0 mais a queda de tensão do diodo. Se considerarmos um diodo ideal (queda de 0v), a tensão do ânodo será 0 também.
Isto é, sempre que uma das entradas for 0, Vout (tensão entre o ânodo dos diodos e o terra) será também 0.
Entretanto, se as duas entradas estiverem em 5v, nenhum dos diodos conduz. Quando isso ocorre, o resistor de pull-up garante que a tensão de saída (Vout) seja 5v.
Portanto, a saída só é nível lógico alto se as duas entradas estiverem também em nível lógico alto.
Considerações finais
Conforme disse, só mostrei as portas lógicas elementares, pois, para fazer as outras, basta combiná-las. Por exemplo, para fazer a porta NOR, basta colocar o circuito da porta NOT na saída do circuito da porta OR. Veja a imagem abaixo para entender.
A explicação do circuito acima também é a combinação da explicação do circuito da porta OR com a explicação do circuito da porta NOT.
Só para ilustrar as diferentes possibilidades de circuitos para as portas lógicas que mostrei, daria para fazer uma porta OR da seguinte maneira:
Qualquer um dos transistores em saturação deixaria a corrente fluir, o que geraria uma queda em cima do resistor R3 de aproximadamente 5v (nível lógico 1).
Enfim, agora já sabemos como são feitas as porta lógicas, mas ainda não vimos como podemos utilizá-las no mundo real. E este será o assunto da próxima aula. Veremos que será extremamente mais simples do que ter que recriar os circuitos mostrados neste post.
CIs de portas lógicas – Aula 4.2 – ED
Obrigado pelo post!
Por nada, Sergio. Eu é que agraço pelo comentário!
Era exatamente o tipo de conteúdo que eu estava procurando!
Queria saber como a eletrônica digital funciona desde os fundamentos e, agora sim, entendi como as portas funcionam sem a necessidade de CIs para projetos mais básicos.
Obrigado pelas aulas!
Show de bola, Augusto. Eu que agradeço pelo comentário!
Gostei Imenso