PUERTA LÓGICA NOT.

La serie 4011B son dispositivos CMOS que contienen puertas NAND y dos entradas. Para obtener los voltajes de salida en los estados lógicos alto y bajo, se puede conectar una de sus entradas y la otra a un generador que entregue una onda de tensión alterna. A la salida se obtendrá una señal alterna invertida de la entrada como se observa en la siguiente figura:

Los voltajes y corrientes registrados en el nodo de salida Z, dependerán de la carga resistiva de salida. Teniendo en cuenta que la primera entrada A se encuentra conectada a una fuente de alimentación continua positiva, los niveles de dicha entrada serán alto, mientras que la entrada B, alternará niveles altos y bajos. Esto hará que conduzca o no conduzca, ya que una puerta NAND conduce cuando una entrada o ninguna entrada están conectadas. Y su salida será cero si las dos entradas estan altas. Por eso podemos hacer la tabla de verdad de la puerta NAND de la siguiente manera:

Si cerramos la entrada B, pero dejamos la A abierta, entonces en el osciloscopio nos saldrá la forma de onda de la tensión alterna porque lo tenemos conectado a la entrada B; pero a la salida no obtendremos ninguna variación de señal, ya que la puerta nos produce una salida continua.

Lo curioso ocurre cuando aplicamos tensión a la entrada A mientras está conectada la entrada B, ya que, como he mencionado, si las entradas de una puerta NAND están en estado alto, la salida será bajo. Pero como la entrada B oscila entre estados alto y bajo, la salida también oscilará entre ambos estados. Por lo tanto obtenemos una salida rectangular de acuerdo al estado de la señal de entrada por el pin B, de forma invertida según ves en pantalla:

Para que veas mejor la salida quitaré el canal 1 del osciloscopio y verás la salida de la puerta 4011B:

Si vamos cambiando la carga del circuito y mediendo los valores establecidos tanto en las entradas como en la salida, optendremos la siguiente tabla de valores:

Características de transferencia.

La característica de transferencia de una puerta lógica, como la NAND 4011B, es un gráfico que muestra cómo varía el voltaje de salida (Vout) en función del voltaje de entrada (Vin). En el caso de los circuitos CMOS, esta curva es ideal y muy pronunciada.

La curva de transferencia de una puerta NAND 4011B se puede dividir en tres regiones principales:

● Región de Alto Voltaje (Salida = VDD): Cuando el voltaje de entrada es bajo, cercano a 0V, los transistores PMOS de la puerta están encendidos y los NMOS están apagados. Esto conecta la salida directamente a la fuente de alimentación por lo que el voltaje de salida es alto y se mantiene constante.
● Región de Transición Rápida: Cuando el voltaje de entrada se eleva y cruza el umbral de conmutación (VM), los transistores NMOS comienzan a encenderse y los PMOS a apagarse. En este punto, la salida cae muy rápidamente de VDD a 0V. La pendiente de esta región es muy pronunciada, lo que demuestra la alta ganancia de voltaje de la puerta CMOS. Esta rápida transición es fundamental para la inmunidad al ruido.
● Región de Bajo Voltaje (Salida = 0V): Cuando el voltaje de entrada es alto, cercano a VDD, los transistores NMOS están completamente encendidos y los PMOS están apagados. Esto conecta la salida directamente a tierra, por lo que el voltaje de salida es bajo y se mantiene constante en 0V.

¿Por qué es Importante esta Característica?

● Inmunidad al Ruido:
La pronunciada pendiente de la curva en la región de transición significa que incluso una pequeña fluctuación en la entrada puede causar un cambio completo y rápido en la salida. Esto le da a la puerta una alta inmunidad al ruido, ya que las señales de ruido no deseadas que no alcancen el umbral de conmutación no afectarán el estado lógico de la puerta.

● Margen de Ruido (Noise Margin):
Esta curva ayuda a definir los márgenes de ruido lógico. El margen de ruido alto (NMH) es la diferencia entre el voltaje de salida alto y el voltaje de entrada más alto que aún se considera bajo. El margen de ruido bajo (NML) es la diferencia entre el voltaje de entrada más bajo que aún se considera alto y el voltaje de salida bajo. Las puertas CMOS tienen márgenes de ruido muy amplios, lo que las hace muy fiables.

● Velocidad de Conmutación:
La velocidad de la transición de la salida de alto a bajo (y viceversa) está determinada por esta curva, lo que afecta directamente el retardo de propagación de la puerta.

Ya has conocido las familias de los integrados y sus características principales de modo resumido. En la siguiente clase empezaremos con el estudio de la lógica combinacional y empezaremos con el estudio de circuitos digitales.

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