AP 07.2 – Resistores Pull-Up e Pull-Down em portas lógicas

 RESISTOR DE PULL-UP

Resistores pull-up são resistores simples de valor fixo, que são conectados entre a fonte de tensão e o pino de Entrada ou Saída específico de uma porta lógica ou micro controlador.

Resistores pull-up são usados ​​em circuitos lógicos digitais para garantir que o nível lógico ou estado lógico em um pino seja ALTO. Circuitos lógicos digitais consistem em três estados BAIXO, ALTO e impedância flutuante ou alta .

Quando você passa 5V em um pino do micro controlador, ele é considerado ALTO e quando você passa 0V ou GND como entrada, ele é considerado BAIXO.

Quando o pino do micro controlador não é puxado para nenhum nível lógico ALTO ou BAIXO, então ocorre o estado de impedância flutuante ou alta. Para evitar esse estado de impedância alta, esses resistores são usados ​​puxando-o para um estado alto, como visto na figura.

Usando um resistor pull up, queremos que a entrada permaneça alta na ausência de um sinal de entrada. Porque quando pressionamos o botão, seu estado mudará e quando soltamos o botão, seu estado deve se tornar o mesmo que o estado anterior (HIGH) para não ficar flutuante.

Geralmente, usamos um valor de resistor pull-up de cerca de 4,7 KΩ, mas pode mudar dependendo da aplicação.

Ao tentar ler lógica BAIXA usando um micro controlador, você precisa conectar um botão e um aterramento em série.

Ao pressionar o botão, o estado do pino do micro controlador se tornará BAIXO, mas quando você soltar o botão, o estado do pino não mudará (estado flutuante ou de alta impedância), então você precisa dar alguma lógica para mudar o estado. Então usamos um resistor pull-up que define o pino do micro controlador para o estado HIGH.

RESISTOR DE PULL-DOWN

Resistores pull-down, puxam o pino para um valor baixo. Resistores pull-down também são resistores de valor fixo, que são conectados entre um pino específico (geralmente entrada) em um micro controlador e o terminal de aterramento. O circuito digital mostrado na figura ao lado é um exemplo de um resistor pull-down.

Usando o resistor pull-down, queremos que a entrada permaneça LOW na ausência de um sinal de entrada. Porque quando pressionamos o botão, seu estado mudará e quando soltamos o botão, seu estado deve se tornar o mesmo que o estado anterior (LOW) para não ficar flutuante.

Geralmente, usamos um valor de resistor pull-down de cerca de 10 KΩ, mas pode mudar dependendo da aplicação.

Ao tentar ler lógica ALTA usando um micro controlador, você precisa conectar um botão e uma fonte de alimentação (+5 V) em série.

Ao pressionar o botão, o estado do pino do micro controlador se tornará ALTO, mas quando você soltar o botão, o estado do pino não mudará (estado flutuante ou de alta impedância), então você precisa dar alguma lógica para mudar o estado. Então usamos o resistor pull-down que define o pino do micro controlador para o estado BAIXO.

O resistor pull-down deve ter uma resistência maior que a impedância de entrada do circuito lógico.

 Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

AP 07.1 – Resistores Open-collector em portas lógicas

Até agora, vimos que podemos usar um resistor pull-up ou um resistor pull-down para controlar o nível de tensão de uma porta lógica. Mas também podemos usar resistores pull-up na saída de uma porta para permitir que diferentes tecnologias de porta sejam conectadas, por exemplo, TTL para CMOS ou para aplicações de acionamento de linha de transmissão que exigem correntes e tensões mais altas.

Para superar isso, algumas portas lógicas são fabricadas com o coletor do circuito de saída interno das portas deixado aberto, o que significa que a porta lógica não aciona a saída ALTA, apenas BAIXA, pois é o trabalho dos resistores pull-up externos fazer isso. Um exemplo disso é o TTL 74LS01, Quad 2-input NAND gate que tem saídas de coletor abertas, ao contrário do TTL 74LS00 padrão, Quad 2-input NAND gate.

Saídas de coletor aberto (OC) ou dreno aberto para CMOS são comumente usadas em CIs de buffer/inversor/driver (TTL 74LS06, 74LS07), permitindo uma maior capacidade de corrente e/ou tensão de saída do que você obteria com portas lógicas comuns.

Por exemplo, para acionar uma carga grande, como um indicador LED, um pequeno relé ou motor dc. De qualquer forma, o princípio e o uso do resistor pull-up são praticamente os mesmos que para a entrada.

Portas lógicas, microcontroladores e outros circuitos digitais que têm saídas de coletor aberto são incapazes de puxar suas saídas para ALTO, pois não há caminho interno para a tensão de alimentação (Vcc). Essa condição significa que sua saída é aterrada quando BAIXA ou flutuante quando ALTA, então um resistor pull-up externo (Rp) precisa ser conectado do terminal de coletor aberto do transistor pull-down para a alimentação Vcc.

Com resistores pull-up conectados, a saída ainda funciona da mesma forma que uma porta lógica normal, em que quando o transistor de saída está OFF (aberto), a saída é HIGH, e quando o transistor está ON (fechado), a saída é LOW. Assim, o transistor liga para puxar a saída para um nível LOW.

O tamanho do resistor pull-up depende da carga conectada e da queda de tensão no resistor quando o transistor está OFF. Quando a saída é LOW, o transistor deve ser capaz de drenar a corrente de carga através do resistor pull-up. Da mesma forma, quando a saída é HIGH, a corrente através do resistor pull-up deve ser alta o suficiente para o que estiver conectado a ele.

Como vimos antes com a entrada, a saída de uma porta lógica digital opera usando dois estados binários que são representados por duas tensões distintas: uma alta tensão V H para lógica “1” e baixa tensão V L para lógica “0”. Dentro de cada um desses dois estados de tensão, há uma faixa de tensões que definem suas tensões superior e inferior.

V OH(min) é a tensão de saída mínima garantida para ser reconhecida como uma saída lógica “1” (ALTA) e para TTL isso é dado em 2,7 volts. V OL(max) é a tensão de saída máxima garantida para ser reconhecida como uma saída lógica “0” (BAIXA) e para TTL isso é dado como 0,5 volts. Em outras palavras, tensões de saída TTL 74LSxxx entre 0 e 0,5 V são consideradas “BAIXAS”, e tensões de saída entre 2,7 e 5,0 V são consideradas “ALTAS”.

Portanto, ao usar portas lógicas de coletor aberto, o valor dos resistores pull-up necessários pode ser determinado pela seguinte equação:

Onde os valores para um NAND de coletor aberto 7401 são dados como: Vcc = 5 V, V OL  = 0,5 V e I OL(máx.)  = 8 mA. Observe que é importante calcular um resistor pull-up Rp adequado, pois a corrente através do resistor não deve exceder I OL(máx.) .

Dissemos anteriormente que portas lógicas de coletor aberto são ideais para acionar cargas que exigem níveis mais altos de tensão e corrente, como um indicador LED. O TTL 74LS06 Hex Inverter Buffer/Driver tem uma classificação I OL(máx.) de 40 mA (em vez de 8 mA para o 74LS01) e uma classificação V OH(máx.) de 30 volts em vez dos 5 volts usuais (mas o próprio IC DEVE usar uma fonte de alimentação de 5 V). Então o 74LS06 nos permitirá acionar uma carga de até 40 mA de corrente.

 Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/05/2023

Aula 07 - Símbolos de portas lógicas

Com  diagramas lógicos você encontra duas representações diferentes :

• Símbolos lógicos dos EUA ( ANSI )

•  Símbolos lógicos internacionais ( IEC, DIN )

No curso posterior, você usará apenas os símbolos lógicos dos EUA , pois eles são amplamente utilizados, por exemplo, em Programas de simulação de circuitos eletroeletrônicos.  

Uma visão geral dos dois conjuntos pode ser encontrada na figura "símbolos lógicos" .  

Na eletrônica digital, os símbolos lógicos são padronizados de acordo com duas normas internacionais: DIN e IEC. No entanto, você encontrará em muitos livros e na grande maioria das folhas de dados símbolos dos EUA que são padronizados pela ANSI. Para ler folhas de dados mais facilmente nos experimentos, são usados​​exclusivamente símbolos dos EUA ! 

Figura 1 - (a) Simbologia tradicional das portas lógicas e (b) simbologia do IEEE*/ANSI. * (Instituto dos Engenheiros Elétricos e Eletrônicos).

Portas lógicas

Portas lógicas processam sinais que representam verdadeiro ou falso. Normalmente, a tensão de alimentação positiva +Vs representa verdadeiro e 0V representa falso. Outros termos usados ​​para os estados verdadeiro e falso são mostrados na tabela, é melhor estar familiarizado com todos eles.

As portas são identificadas por sua função: NOT (NÃO) , AND (E) , NAND (NÃO-E) , OR (OU) , NOR (NÃO-OU) , EX-OR (OU-EXCLUSIVO) e EX-NOR (NÃO-OU-EXCLUSIVO) . Letras maiúsculas são normalmente usadas para deixar claro que o termo se refere a uma porta lógica.

Portas lógicas nem sempre são necessárias porque funções lógicas simples podem ser executadas com interruptores ou diodos.

Portas lógicas: NOT, AND, NAND, OR, NOR, EX-OR e EX-NOR.

Porta NOT

Porta NOT

Uma porta NOT pode ter apenas uma entrada e a saída é o inverso da entrada. Uma porta NOT também é chamada de inversor. A saída X é verdadeira quando a entrada A NÃO é verdadeira: 

• X = NÃO A.

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado NOT C-Mos Gate CD4050: 24_01_07 NOT_GATE-SRG .

Porta AND

Porta AND

Uma porta AND pode ter duas ou mais entradas, sua saída é verdadeira se todas as entradas forem verdadeiras. A saída X é verdadeira se a entrada A e a entrada B forem ambas verdadeiras: 

• X = A AND B.

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado AND C-Mos Gate CD4073B, CD4081B, CD4082B: 24_01_05 AND_GATE-SRG .

Porta OR

Porta OR

Uma porta OR pode ter duas ou mais entradas, sua saída é verdadeira se pelo menos uma entrada for verdadeira. A saída X é verdadeira se a entrada A OU a entrada B for verdadeira (ou ambas forem verdadeiras): 

• X = A OR B.

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado OR C-Mos Gate CD4071B: 24_01_04 OR_GATE-SRG .

Porta XOR

Porta EX-OR

EX-clusive-OR . Isto é como uma porta OR , mas excluindo ambas as entradas sendo verdadeiras. A saída é verdadeira se as entradas A e B forem DIFERENTES. Portas EX-OR podem ter apenas 2 entradas. A saída X é verdadeira se qualquer entrada A for verdadeira OU a entrada B for verdadeira, mas não quando ambas forem verdadeiras :

• Q = (A AND NOT B) OR (B AND NOT A).

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado EX-OR C-Mos Gate CD4070B: 24_01_03 EX-OR_GATE-SRG .

Porta NAND

Porta NAND

Esta é uma porta AND com a saída invertida, como mostrado pelo 'o' no símbolo de saída. Uma porta NAND pode ter duas ou mais entradas, sua saída é verdadeira se NÃO todas as entradas forem verdadeiras. A saída X é verdadeira se a entrada A e a entrada B NÃO forem ambas verdadeiras: 

• X = NOT (A AND B).

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado NAND C-Mos Gate CD4011B, CD4012B,CD4023B: 24_01_02 NAND_GATE-SRG .

Porta NOR

Porta NOR

NOR = N ot OR . Esta é uma porta OR com a saída invertida, como mostrado pelo 'o' no símbolo output. Uma porta NOR pode ter duas ou mais entradas, sua saída é verdadeira se nenhuma entrada for verdadeira. A saída X é verdadeira se as entradas NOT A OR B forem verdadeiras:

• X = NOT (A OR B)

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado NOR C-Mos Gate CD4001B, CD4002B,CD4025BR: 24_01_01 NOR_GATE-SRG .

Porta EX-NOR

EX-clusive-NOR . Esta é uma porta EX-OR com a saída invertida, como mostrado pelo 'o' na saída do símbolo. Portas EX-NOR podem ter apenas 2 entradas. A saída X é verdadeira se as entradas A e B forem as MESMAS (ambas verdadeiras ou ambas falsas): 

• X = (A E B) OU (NÃO A E NÃO B).

No link a seguir há a folha de dados do circuito integrado EX-NOR C-Mos Gate CD4077B: 24_01_03 EX-NOR_GATE-SRG .

Tabelas da verdade

Uma tabela verdade é uma boa maneira de mostrar a função de uma porta lógica. Ela mostra os estados de saída para cada combinação possível de estados de entrada. Os símbolos 0 (falso) e 1 (verdadeiro) são geralmente usados ​​em tabelas verdade. A tabela verdade mostra as entradas (A e B) e saídas (Q) das portas lógicas: AND, NAND, OR, NOR, EX-OR e EX-NOR.

Há tabelas verdade resumidas mostrando os estados de saída para todos os tipos de portas lógicas de 2 entradas. 

Estas tabelas de verdade resumidas mostram os estados de saída para todos os tipos de portas de 2 e 3 entradas. Note que as portas EX-OR e EX-NOR podem ter apenas 2 entradas.

No link a seguir há exercícios de Sistemas Digitais: 02 - Lista de exercícios de Sistemas Digitais: Portas Lógicas.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/11/2018.

AP 06.1 – Lógica Transistor transistor (TTL) e complementar de metal-óxido-semicondutor (CMOS)

Lógica Transistor transistor TTL

A função de porta lógica e a função de amplificação dos circuitos TTL são realizadas por transistores de junção bipolares.

A impedância de saída desta porta TTL NAND simples depende do valor de R2. Quanto menor o valor da resistência, menor a impedância da porta enquanto a saída estiver no nível ALTO, mas maior a corrente que passa pelo dispositivo enquanto a saída estiver no nível BAIXO.

Se houver um sinal BAIXO em uma das entradas, o circuito é igual ao da direita do desenho animado:

O emissor é conectado ao terra, enquanto a base é conectada à tensão de alimentação positiva através do resistor 1. O coletor é conectado à base do transistor 3. O transistor é ligado "ligado", razão pela qual quase nenhuma tensão é aplicada à base do transistor 3, portanto esse dispositivo é desligado e o sinal de saída é ALTO.

Se houver um sinal ALTO na entrada, o emissor é conectado à tensão de alimentação positiva. O potencial no pino coletor não excederá 0,6 V, porque o diodo base emissor do transistor 3 se torna condutor em valores mais altos. O diagrama de circuito equivalente é um transistor operando em modo reverso, cuja base é conectada à tensão de alimentação positiva via resistor 1. A corrente que passa pela base do transistor 1 causa dois efeitos:

• por um lado, essa corrente também passa pela base do transistor 3;
• por outro lado, a corrente liga a linha coletor-emissor do transistor 1. 

Ambos os efeitos fazem a linha emissor-coletor do transistor 3 conduzir, portanto, o sinal de saída se torna BAIXO. Como explicado no vídeo sobre as propriedades dos transistores de junção bipolar, o ganho de corrente no modo reverso é claramente menor do que na operação normal. Caso contrário, a corrente de entrada aumentaria drasticamente e o transistor 3 seria danificado devido a uma tensão de base muito alta, respectivamente, uma corrente muito alta.

Transistor emissor múltiplo: Na porta lógica NAND descrita acima, os terminais base e coletor dos transistores nas entradas são unidos. Para obter um design mais compacto, transistores de múltiplos emissores são usados ​​ao construir um chip IC empacotado. Esses transistores bipolares especializados têm uma única área de base de coletor, respectivamente, com áreas de emissor separadas. A corrente do coletor para de fluir somente se todos os emissores forem acionados pela alta tensão lógica, realizando assim uma operação lógica AND usando um único transistor.

Ao adicionar uma saída push-pull ao gate, o problema com a alta resistência de saída pode ser resolvido:

• sempre que T1 é "desligado", T2 é "ligado", pelo que T4 é ativado, conduzindo BAIXA tensão para a saída. O potencial na base de T3 é apenas ligeiramente maior (aproximadamente 0,2 V) do que aqueles na base de T4. Para desligar T3 de forma confiável, um diodo é colocado entre o coletor de T4 e o emissor de T3. Agora, o potencial no emissor de T3 é aproximadamente +0,8 V (0,6 V + 0,2 V) e a tensão de base resultante é claramente abaixo de 0,6 V.

Quando T1 é "ligado", T2 e T4 são "desligados" e T3 opera na região ativa como um seguidor de tensão produzindo alta tensão de saída.

Ao negligenciar a resistência de T3 e do diodo polarizado para frente, a resistência de saída do gate depende do valor de R4, que é igual a R2 no circuito simples. A vantagem da saída "push-pull" é que mesmo se o valor de resistência de R4 for muito baixo, (quase) nenhuma corrente está passando pela perna composta de R4, T4, o diodo e T3, nem se a saída for ALTA e nenhuma carga estiver conectada à saída nem se for BAIXA. R4 também limita a corrente no meio da transição enquanto T3, T4 e o diodo estão conduzindo ( shoot through ) ou no caso de haver uma conexão curta com o aterramento enquanto a saída estiver ALTA.

O estágio de saída também é chamado de totem-pole . Uma desvantagem do circuito é o nível de tensão diminuído da saída lógica "true" causada pela queda de tensão na linha emissor-coletor de T3 e o diodo polarizado para frente.

Porta NOR de entrada dupla TTL com saída totem-pole: A funcionalidade é fácil de entender, lembrando que há duas junções pn dentro de um transistor de junção bipolar. Se a entrada A estiver no nível ALTO, a junção pn entre a base e o coletor de T1 se torna polarizada diretamente, portanto, uma corrente está passando por R1 e, portanto, pela base de T3, ligando este dispositivo.

Se a entrada A estiver em LOW, T1 está funcionando como um estágio de amplificação normal: Há uma corrente passando pela base de T1, levando o dispositivo à saturação. Enquanto T1 está ligado, a base de T3 é puxada para o solo, portanto, este dispositivo é desligado.

D1 e D2 evitam picos de tensão negativa nas entradas do circuito.

Lógica complementar de metal-óxido-semicondutor (CMOS)

Lógica complementar de metal-óxido-semicondutor (CMOS), porta NAND: Se as entradas A e B estiverem em HIGH, nenhum dos MOSFETs de canal p (T1 e T2), mas ambos os MOSFETs de canal n (T3 e T4) conduzirão, portanto, um caminho condutor é estabelecido entre a saída e o terra, trazendo a saída para LOW.

Se a entrada A ou B estiver em LOW, um dos MOSFETS de canal p conduzirá, enquanto um dos MOSFETs de canal n não. Um caminho condutor é estabelecido entre a saída e a tensão de alimentação positiva, trazendo a saída para HIGH. Se ambas as entradas estiverem em LOW, os dois MOSFETs de canal n serão desligados, enquanto os MOSFETs de canal p serão ligados. Mais uma vez, há um caminho condutor entre a saída e a tensão de alimentação positiva, enquanto nenhum dos MOSFETs de canal n entre a saída e o terra conduz.

Diagrama de circuito de uma porta NOR na lógica CMOS: A funcionalidade é muito semelhante à da porta NAND. Cada entrada é conectada à porta de um MOSFET de canal n e um de canal p. Em contraste com a porta NAND, os dois MOSFETs de canal n são comutados em paralelo, enquanto os tipos de canal p são comutados em série. 

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/11/2018.

Aula 06 – Portas Lógicas com resistores, diodos e transistores - RDL, DTL e RTL

Utilizando um simples arranjo de resistores, diodos e transistores é possível construir portas lógicas, esse arranjo tem o nome de lógica resistor-diodo (DRL),  lógica resistor-transistor (RTL) ou lógica diodo-resistor-transistor (DTL) .

Lógica RDL: Usando lógica de diodo resistor (RDL), as únicas funções que podem ser construídas são OR respectivamente portas AND. O princípio de funcionamento é descrito acima. A vantagem é a simplicidade do diagrama, mas a falta de um estágio de amplificação torna quase impossível cascatear portas RDL.

• Porta Lógica OR (Porta OU) com diodos e resistores (RDL): A função lógica OR (função OU) diz que se ao menos um dos operandos  for verdadeiro o resultado será verdadeiro. Operação ou está relacionada a operação de união da teoria dos conjuntos e normalmente adota-se o símbolo + para representar a operação da Porta OR. Definindo 1 como Verdadeiro e 0 a Falso, a expressão A+B representa um porta Lógica com duas entradas (A e B), como pode ser visto na figura. Um forma de mapear as possibilidades de operação de uma função lógica é através da tabela verdade, na Tabela 1 estão representados os valores que a operação A+B pode assumir.

Os diodo D1 e o D2 são as entradas da porta ou. Quando o diodo está diretamente polarizado a tensão da porta A ou B surge sobre a resistência Y. Nesse caso o resistor R1 (resistor pull-down) garante o nível lógico zero na situação de nenhum dos diodos estar conduzindo.
Neste tipo de circuito, se uma ou ambas as entradas são um "1" (5 volts ), vai fluir corrente através de um ou ambos os diodos . Esta corrente vai passar através da resistência , que por sua vez terá uma tensão entre os seus terminais alta e dará um nível lógico "1" na saída.
Com este arranjo você terá "0" na saída somente quando ambas as entradas são baixos ("0"). Assim, nenhum díodo conduz, nenhuma corrente flui através do resistor e não há nenhuma queda na tensão. Como resultado, a tensão no Vout é zero (0 volts ).

Aplicação: 25_01_04 Separa_Peças_OR_SRG.

• 
  Porta Lógica AND com diodos e resistores (RDL): Para conseguirmos sintetizar essa lógica em um circuito vamos utilizar a topologia apresentada na figura acima. A única condição em que o circuito terá um sinal alto na saída ocorre quando as duas entradas, A e B, também estão em nível alto, para qualquer outra combinação de sinais a saída AB será zero, deve-se tomar cuidado que o nível baixo é compreendido, neste caso, como sendo a conexão da respectiva entrada a referência. Quando nesta porta as duas entradas estão lógico alto nível ("1"), os dois díodos são polarizados no sentido inverso e não conduz corrente e, portanto, a saída é uma lógica alta ("1")

Se uma das entradas é baixo, então a saída será baixo ("0"), então a corrente fluirá através da resistência e diodo cujo cátodo estão ligado à terra. Assim, o ânodo do díodo (saída) será baixo, conforme figura acima.

Aplicação: 25_01_03 Prensa_Peças_AND_SRG.

Lógica RTL: A lógica do transistor resistor é uma classe de circuitos que usa resistores na rede de entrada e transistores de junção bipolar na saída. Se a entrada em um dos transistores for BAIXA, o dispositivo correspondente não pode conduzir, portanto o sinal de saída é ALTO.

• Porta Lógica NOT com resistor e transistor: uma porta RTL NOT com 1 entradas consiste em um transistor com o emissor conectado a um terra comum e o coletor interligado através de um resistor de coletor Rc para uma tensão de alimentação Vcc, conforme figura 02. 

A tensão de entrada Vi representando nível lógico é aplicado na base através de um resistor de base Rb que provoca a condução do transistor mandando nível logico para zero na saída. Logo se I = 1, O = 0.

Aplicação: 25_01_02 Porta_de_Caldeira_NOT_SRG.

• Porta Lógica YES com diodos, transistores e resistores:  A Figura ao lado mostra um buffer digital não inversor simples (YES), consistindo de transistores acoplado diretamente na configuração emissor comum (inversor). A figura (b) mostra o símbolo internacional em forma de seta usado para representá-lo. A figura (c) mostra a Tabela Verdade que descreve sua ação, por exemplo, a saída está em nível lógico zero (0) quando a entrada está em nível lógico zero (0), e está em nível lógico alto (1) quando a entrada está em lógica (1).

Aplicação: 25_01_01 Molda_Chapa_YES_SRG.

Lógica DTL: A lógica  A função de portas lógicas dos circuitos DTL é realizada por uma rede de diodos enquanto a função de amplificação é realizada por um transistor. 

• 
  Porta Lógica NOR com resistor, diodo e transistor: A Figura ao lado mostra o circuito, o símbolo e a Tabela Verdade de uma porta NOR (Negated-output OR) de duas entradas, na qual a saída é invertida (conforme indicado pelo círculo de saída) e vai para lógica 0 se qualquer uma das entradas ficar alta. Circuito (a) , símbolo (b) e Tabela Verdade (c) de uma porta NOR de duas entradas.
  

• Porta Lógica NAND com diodos, transistores e resistores: A figura o mostra o circuito para a porta NAND DTL de 2 entradas . Ela consiste em dois diodos e um transistor. Os dois diodos D1 , D2 e o resistor R1 formam o lado de entrada do circuito lógico. A configuração de emissor comum do transistor Q1 e do resistor R2 forma o lado de saída. Quando ambas as entradas A e B estão BAIXAS, os diodos D1 e D2 tornam-se polarizados diretamente e, portanto, ambos os diodos conduzirão na direção direta, zerano a tensão na base do transistor que entrará em corte. Com isso, devido à tensão de alimentação +V CC = 5 V irá para a saída através de R2.

Se uma das entradas é baixo, então a saída será baixo ("0"), então a corrente fluirá através da resistência e diodo cujo cátodo estão ligado à terra. Assim, o ânodo do díodo (saída) será baixo.

Por fim, a figura mostra o circuito, o símbolo e a Tabela Verdade de uma porta NAND (Negated-output AND) de duas entradas, na qual a saída é invertida (conforme indicado pelo círculo de saída) e vai para lógica 0 somente se ambas as entradas estiverem em lógica 1.

• Porta Lógica XOR: O esquema do gate XOR (Exclusive OR) usando diodos e BJT (transistor PNP) é dado abaixo. No qual usamos um transistor PNP, 4 diodos e o resistor entre a ponte de diodos e o PNP é usado em configuração em série porque os BJTs operam em corrente de entrada, não em tensões de entrada.

Os diodos são usados ​​em uma configuração de ponte (Retificador) para classificar a lógica de entrada no nível positivo, o que significa que se houver uma entrada de estado baixo, ela sempre fluirá para a base do PNP para ligá-la. E o estado Alto sempre fluirá para o emissor do transistor NPN.

Quando as entradas são diferentes, o estado baixo flui para a base do transistor PNP e o liga. O estado Alto “1” flui através do emissor para emissor e inverte para o estado Lógico ALTO “1” como saída.

Quando as entradas são as mesmas, se for o estado BAIXO “0”, então o PNP nunca ligará porque não há entrada de estado ALTO em seu emissor. Então o Vcc fluirá para o coletor mantendo a saída  no estado Baixo “0”. Se for o estado ALTO “1”, então o PNP não ligará. Então, novamente o Vcc não fluirá através do coletor mantendo estado baixo “0” como saída.

Aplicação: 25_01_05 Game_Show_XOR_SRG.

• Porta Lógica XNOR: O esquema do gate XNOR (NOT Exclusive OR) usando diodos e BJT (transistor NPN) é dado abaixo. No qual usamos um transistor NPN, 4 diodos e o resistor entre a ponte de diodos e o NPP é usado em configuração em série porque os BJTs operam em corrente de entrada, não em tensões de entrada.

Os diodos são usados ​​em uma configuração de ponte (Retificador) para classificar a lógica de entrada no nível positivo, o que significa que se houver uma entrada de estado alto, ela sempre fluirá para a base do NPN para ligá-la. E o estado aixo sempre fluirá para o emissor do transistor NPN.

Quando as entradas são diferentes, o estado alto flui para a base do transistor NPN e o liga. O estado Baixo “0” flui através do emissor para emissor e inverte para o estado Lógico Baixo “0” como saída.

Quando as entradas são as mesmas, se for o estado BAIXO “0”, então o NPN nunca ligará porque não há entrada de estado ALTO em sua base. Então o Vcc fluirá para o coletor mantendo a saída  no estado Alto “1”. Se for o estado ALTO “1”, então o NPP não ligará. Então, novamente o Vcc não fluirá através do coletor mantendo estado alto “1” como saída.

O circuito de portas lógicas com transistores e resistores está disponível em: 25_02_03 - Portas lógicas com resistor, diodo e transistor. 

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 14/02/2025

Aula 05 - Sistemas Analógicos e Digitais

Sistemas analógicos -Os sistemas analógicos processam sinais analógicos que podem assumir qualquer valor dentro de um intervalo, por exemplo, a saída de um LDR (sensor de luz) ou de um microfone.

Um amplificador de áudio é um exemplo de sistema analógico. O amplificador produz uma voltagem de saída que pode ser qualquer valor dentro do intervalo de sua fonte de alimentação.

Um medidor analógico pode exibir qualquer valor dentro do intervalo disponível em sua escala. No entanto, a precisão das leituras é limitada pela nossa capacidade de lê-las. 

Por exemplo, a escala do medidor mostra 1,25 V porque o ponteiro é estimado estar na metade do caminho entre 1,2 e 1,3. O medidor analógico pode mostrar qualquer valor entre 1,2 e 1,3, mas não conseguimos ler a escala com mais precisão do que cerca de meia divisão.

Todos os circuitos eletrônicos sofrem de "ruído", que é um sinal indesejado misturado ao sinal desejado, por exemplo, um amplificador de áudio pode captar algum "zumbido" da rede elétrica (a frequência de 50 Hz da rede elétrica do Reino Unido). O ruído pode ser difícil de eliminar de sinais analógicos porque pode ser difícil distingui-lo do sinal desejado.

Sistemas digitais - Os sistemas digitais processam sinais digitais que podem assumir apenas um número limitado de valores (etapas discretas), geralmente apenas dois valores são usados: a tensão de alimentação positiva (+Vs) e zero volts (0V).

Sistemas digitais contêm dispositivos como portas lógicas , flip-flops, registradores de deslocamento e contadores. Um computador é um exemplo de sistema digital.

Um medidor digital pode exibir muitos valores, mas não todos os valores dentro de sua faixa. Por exemplo, o display pode mostrar 6,25 e 6,26, mas não um valor entre eles. Isso não é um problema porque medidores digitais normalmente têm dígitos suficientes para mostrar valores com mais precisão do que é possível ler em um display analógico.

Sinais lógicos - A maioria dos sistemas digitais usa o tipo de sinal mais simples possível, que tem apenas dois valores. Esse tipo de sinal é chamado de sinal lógico porque os dois valores (ou estados) podem ser chamados de verdadeiro e falso. Normalmente, a tensão de alimentação positiva +Vs representa verdadeiro e 0V representa falso. Outros rótulos para os estados verdadeiro e falso são mostrados na tabela.

Ruído é relativamente fácil de eliminar de sinais digitais porque é fácil distingui-lo do sinal desejado que pode ter apenas valores particulares. Por exemplo: se o sinal deve ser +5V (verdadeiro) ou 0V (falso), ruído de até 2,5V pode ser eliminado tratando todas as tensões maiores que 2,5V como verdadeiras e todas as tensões menores que 2,5V como falsas.

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 13/11/2018.

AP 04.1 – Número binário

O sistema binário é usado internamente por quase todos os dispositivos baseados em computador. Um sistema numérico binário , ou sistema numérico de base 2 , representa valores numéricos usando apenas dois símbolos: 0 e 1. Em contraste, o sistema decimal usa dez símbolos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Ao fazer a contagem, o dígito de ordem inferior , que é o dígito mais à direita, é incrementado em um. Se o dígito de ordem inferior no sistema decimal for 9, o próximo dígito de ordem superior, localizado uma posição à esquerda, é incrementado e a contagem no dígito de ordem inferior começa novamente em 0. Para a contagem decimal, obtemos:

001, 002, 003, ... 008, 009, 010,

011, 012, 013, ... 018, 019, 020,
...
091, 092, 093, ... 098, 099, 100,
101, 102, 103, ... 198, 199, 200.

Figura 1: A contagem binária segue exatamente as mesmas regras, exceto que apenas dois símbolos estão disponíveis, portanto, depois que um dígito atinge 1 em binário, a contagem começa novamente em 0 enquanto o próximo bit de ordem mais alta é incrementado.

Cada dígito de um número binário representa uma potência crescente de 2, com o dígito mais à direita representando 2 ⁰ , o próximo representando 2 ¹ , então 2 ² , e assim por diante. O dígito mais à direita também é chamado de Bit Menos Significativo, LSB , enquanto o dígito mais à esquerda é chamado de Bit Mais Significativo, MSB . Na computação, um dígito binário é chamado de bit e é a unidade base de informação. Um byte é uma unidade de informação digital na computação que mais comumente consiste em oito bits. Um byte pode armazenar 2 ⁸ = 256 valores binários diferentes, geralmente representando os números de 0 a 255.