Introducción a la Electrónica Digital

Lógica Digital

La lógica digital es un lenguaje simbólico que se utiliza para representar y estudiar el comportamiento de diferentes sistemas que trabajan con números binarios (compuertas, circuitos multivibrantes, flip-flops, multiplexores, etc.).

Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es el trayecto o ruta de una corriente eléctrica. Se define como el recorrido eléctrico a través de un conductor desde la fuente de energía hasta el lugar de consumo.

Tipos de Circuitos Eléctricos

• Serie: Circuito de conexión lineal, la corriente sigue una sola trayectoria desde el generador hasta el receptor.
• Paralelo: Tipo de conexión que contempla dos o más desviaciones de la trayectoria inicial. La presencia de receptores utiliza un solo generador (polo positivo y polo negativo), cada uno con un cable distinto conectado a la fuente eléctrica.
• Mixto: Es la combinación de una parte de conexión en serie con una parte de conexión en paralelo, formando un circuito más complejo y de mayor eficiencia en la práctica.

Estados de un Circuito

• Abierto: Se da cuando el interruptor está desconectado, se encuentra en estado lógico CERO.
• Cerrado: Su recorrido es continuo y el interruptor está conectado, se encuentra en estado lógico UNO (paso de corriente).

Interruptores

Un interruptor es un dispositivo mecánico de conexión y desconexión eléctrica, capaz de establecer, soportar e interrumpir el paso de la corriente. Estados lógicos: Cero/OFF (abierto, apagado, falso) y Uno/ON (cerrado, prendido, verdadero).

Tipos de Interruptores

• Unipolar
• Bipolar
• Tripolar
• Tetrapolar

Interruptores Automáticos

• Térmicos: Reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a la nominal, asegurando una conexión de tiempo corto para no perjudicar la red ni los receptores.
• Magnéticos: Reaccionan ante sobreintensidades de alto valor, cortándolas en tiempos cortos para no perjudicar la red.
• Magnetotérmicos: Combinan varios sistemas de protección (manual, térmico, magnético) en un solo aparato. Cada uno trabaja de forma individual.
• Diferenciales: Evitan el paso de corriente de intensidad peligrosa por el cuerpo humano.

Circuitos Integrados Digitales (CI)

Todos sus componentes se fabrican o interconectan completamente sobre un chip o pastilla. La mayoría vienen en encapsulado tipo DIP.

Identificación del Pin 1

El pin 1 se identifica mediante una ranura o un punto grabado en la parte superior del encapsulado.

CI de 14 pines

Presentan dos hileras de 7 pines cada una. Los pines de alimentación suelen ser el 7 (Negativo) y el 14 (Positivo +5V).

Compuertas Lógicas

Las compuertas lógicas son los bloques básicos de cualquier circuito digital. Son circuitos eléctricos con dos o más líneas de entrada y una línea de salida. Tienen la capacidad de tomar decisiones.

Tipos de Compuertas Lógicas

• AND (Y): La salida es 1 (Verdadero) cuando todas sus entradas son 1. Ecuación lógica: Q = A * B = AB
• OR (O): La salida es 0 (Falso) cuando todas sus entradas son 0. Es 1 cuando cualquiera de las entradas es 1. Ecuación lógica: Q = A + B
• NOT (NO): Invierte el valor de entrada. Si la entrada es 0, la salida es 1, y viceversa. Ecuación lógica: Q = ¬A
• NAND (NO-Y): Opera de forma contraria a la AND. La salida es 1 cuando una o más entradas son 0. Ecuación lógica: Q = ¬(A * B) = ¬AB
• NOR (NO-O): Opera de forma contraria a la OR. La salida es 0 cuando una o más entradas son 1. Ecuación lógica: Q = ¬(A + B)
• XOR (OR exclusiva): La salida es 1 si solo una de las entradas es 1. Ecuación lógica: Q = A ⊕ B
• XNOR (NOR exclusiva): Opera de forma contraria a la XOR. La salida es 1 cuando ambas entradas son iguales (0 o 1). Ecuación lógica: Q = ¬(A ⊕ B)

Álgebra de Boole

Es un método para expresar la lógica digital mediante tres operaciones básicas: AND, OR y NOT. Permite representar, analizar y diseñar circuitos digitales.

Leyes del Álgebra de Boole

• Multiplicación (AND): A * 0 = 0 ; A * 1 = A
• Adición (OR): A + 1 = 1 ; A + 0 = A
• Tautología: A * A = A ; A + A = A
• Complementos: A * ¬A = 0 ; A + ¬A = 1
• Doble Negación: ¬(¬A) = A
• Conmutativas: A * B = B * A ; A + B = B + A
• Distributiva (AND): A * (B + C) = (A * B) + (A * C)
• Distributiva (OR): A + (B * C) = (A + B) * (A + C)
• Asociativas: A * (B * C) = (A * B) * C ; A + (B + C) = (A + B) + C
• Teorema de DeMorgan:
• Regla 1: ¬(A + B) = ¬A * ¬B

Diseño y Evaluación de Circuitos Lógicos

Se puede diseñar un diagrama a partir de expresiones booleanas. Para evaluar las salidas, se siguen estos pasos:

1. Realizar las inversiones (0 = 1, 1 = 0).
2. Efectuar las operaciones dentro de los paréntesis.
3. Realizar las operaciones AND antes que las OR, a menos que los paréntesis indiquen lo contrario.
4. Si una expresión tiene una barra sobre ella, efectuar las operaciones de la expresión primero y luego invertir el resultado.

Multímetro (Tester)

Un tester es un instrumento de medición para diferentes parámetros eléctricos como voltaje, intensidad y resistencia. Existen testers analógicos y digitales. Los digitales ofrecen mayor exactitud, resolución y velocidad, pero pueden ser afectados por perturbaciones del ambiente.

Medición de Voltaje

La unidad básica de tensión eléctrica es el voltio (V). V = I * R. Múltiplos: kilovoltio (kV), megavoltio (MV). Submúltiplos: milivoltio (mV), microvoltio (µV).

Medición de Tensión Continua (Ejemplo: Pila de 9V)

1. Colocar el conmutador en DCV (tensión continua).
2. Seleccionar una escala con rango entre 0 y 15V.
3. Conectar las puntas de los terminales + y – a los polos + y – de la pila, respectivamente.

Medición de Tensión Alterna (Ejemplo: Tomacorriente)

1. Colocar el conmutador en ACV (tensión alterna).
2. Seleccionar una escala con rango entre 0 y 150V (la tensión a medir es de aproximadamente 120V).
3. Conectar las puntas de los terminales + y – en paralelo al tomacorriente.

Medición de Resistencia

La resistencia (R) es la oposición al paso de la corriente eléctrica. R = V / I. La unidad de medida es el ohmio (Ω). Múltiplos: kilohmio (kΩ), megaohmio (MΩ). Submúltiplos: miliohmio (mΩ), microohmio (µΩ). Para medir la resistencia, el componente no debe estar conectado a ninguna fuente de tensión. Se debe colocar el conmutador en la escala de ohmios y conectar los terminales a la resistencia.

Medición de Corriente

La corriente (I) se mide en amperios (A). Existen dos tipos comunes: corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). La corriente alterna varía en función del tiempo, entre un valor positivo y uno negativo.

Protoboard

Un protoboard es un tablero para armar circuitos electrónicos y probar su funcionamiento. Posee filas horizontales (buses) y columnas verticales con orificios o puntos metálicos de contacto. Tiene un canal central para circuitos integrados.

Función de las Regletas

Los buses se utilizan para distribuir el voltaje de alimentación. Todos los puntos de un mismo bus están conectados eléctricamente entre sí, pero aislados de los demás. El bus superior suele ser la línea de tensión positiva (+) y el inferior la línea de referencia (tierra).

Colocación de Componentes

En cada orificio se coloca un terminal de un componente. En el canal central se insertan circuitos integrados en encapsulado DIP.

LEDs

Los LEDs son diodos emisores de luz. El ánodo (+) es el terminal más largo y el cátodo (-) es el más corto o se identifica por una cara plana en el encapsulado. Operan con bajo voltaje (1-4V) y corriente (10-40mA). Se utilizan como indicadores visuales.