Las puertas lógicas.

Breve clase sobre puertas lógicas. Recuerden que la única forma de comprobar si realmente esto merece la pena, es con un simple comentario :)

1) Introducción

En la entrada anterior ya hemos aprendido como pasar un número binario a decimal.

El no leerla no es imprescindible para comprender esta lección, pero es interesante. 

Pueden leerla si lo desean siguiendo este enlace: "Click aquí para aprender a pasar números binarios al sistema decimal"

Ahora es el turno de aprender algo básico de la electrónica digital. Las puertas lógicas.

Como siempre, lo explicaré lo más despacito y de la forma más simple que se me ocurra.

Es un tema sencillo, pero requiere de cierta atención para entenderlo.

2) Índice de esta entrada

• Qué es una puerta lógica y cómo funciona
• Tipos de puertas lógicas (símbolos, explicaciones y tablas)
• Peticiones del autor y agradecimientos

3) Qué es una puerta lógica y cómo funciona

Para aprender el concepto, voy a poneros un ejemplito.

Imaginad que están en sus casas tan felices leyendo esta entrada, y de pronto llaman a la puerta de sus casas.

Ustedes, se levantan de sus sillas y van a ver quién osa perturbar vuestra espléndida lectura. 

Cuando llegan a la puerta de casa, descubren que...¡NO HAY NADIE!. Os  han hecho levantar para nada, así que se enfadan y vuelven a calentar la silla con sus traseros.

Pasa un tiempo, y vuelven a llamar a la puerta de sus casas. Esta vez, hay alguien. Es vuestra dulce madre que viene de la tienda cargadita de tabletas de chocolate. Entonces, abrís la puerta y la dejan pasar.

Pues muy bien...entendiendo eso que acabo de escribir, ya están preparados para saber de qué va el tema.

Una puerta lógica podéis imaginar que es como la puerta de sus casas, y las personas que llaman a la puerta de sus casas, podría decirse que son "voltajes" y ustedes son libres de abrir o cerrar la puerta si las personas (voltajes) que han tocado a las puertas, son buena o mala gente (voltajes positivos o negativos).

Para el que no entienda esto último que no se preocupe, lo explicaré de una forma que no es del todo cierta, pero sirve para enterarse de la idea.

Las tomas de corriente (enchufes) de sus casas, generalmente tienen 230V (voltios). Es a esas tomas de corriente donde mediante un cable, conectan sus ordenadores (computadoras) para que funcionen.

La mayoría de ustedes, conectan sus ordenadores (computadores) a una toma de corriente (enchufe) el cual posee 230 Voltios en su interior.

Pues cuando conectan sus computadoras a la toma de corriente, se dice que el voltaje es positivo ya que hay 230V, 

Sin embargo cuando desconectan el PC de la toma de corriente, el voltaje es 0

Pues la puerta lógica:

Si llaman a la "puerta" de 0 a 0.8 Voltios, se considera que "no hay nadie en la puerta", lo cual se llama "CERO lógico"

En cambio si el voltaje que llama a la puerta va desde 1.5 Voltios aproximadamente en adelante, se considera que "EXISTE alguien en la puerta" y eso se llama "UNO lógico"

El rango desde que se considera negativo, hasta que se considera positivo, es una zona dudosa en la que no se sabe que va a ocurrir

Existen diferentes tipos de puerta lógicas, y en función si HAY ALGUIEN (1 lógico) o NO HAY NADIE (0 lógico) el dueño de la casa decidirá si abrir la puerta o no.

Vamos a ver los tipos de puertas una por una para que esto se entienda mejor.

4) Tipos de puertas lógicas básicas

4.1 Puerta AND

(TODAS LAS IMÁGENES HASTA EL FINAL DE LA ENTRADA SON DE WIKIPEDIA)

4.1.1 Símbolo de una puerta AND

4.1.2 Explicación de la puerta AND

Imaginad que os ha tocado la lotería y queréis comprar para vuestras casas una puerta de última tecnología capaz de abrirse automáticamente cuando se cumplen 2 condiciones:

La primera condición, que alguien toque a la puerta.

La segunda condición es que esa persona no se vaya corriendo y se quede esperando un tiempo

Si ambas condiciones se cumplen, la puerta se abrirá.

Pues ahora, imaginad que tanto el  concepto de "tocar en la puerta" como el de "esperar un tiempo" significa que en la entrada de la puerta, hay un voltaje positivo (3Voltios por ejemplo). 

Cuando las dos condiciones se cumplen (hay un 1 lógico /voltaje positivo), la salida de la puerta es un 1 lógico (se abre).

Entonces, ya hemos aprendido que para que una puerta AND deje entrar a una persona (un voltaje) es IMPRESCINDIBLE de que se cumplan LAS 2 CONDICIONES (ya que hay dos entradas, la entrada "A" y la entrada "B".

Para que esto sea más fácil de comprender, pensad en que estamos multiplicando.

¿Cuál es la única forma de que una multiplicación de como resultado el número "1"?

Pues la única forma es multiplicar "1x1". En el momento en el que en una multiplicación haya un "0", el resultado es 0 (ya que cualquier número multiplicado por "0" da como resultado "0".

Así que el objetivo de la puerta lógica AND es HACER FUNCIONAR AL CIRCUITO SOLAMENTE CUANDO SE CUMPLAN TODAS TUS CONDICIONES (es decir, que tanto la entrada "A" como la entrada "B" tengan "corriente")

Voy a poneros otro ejemplo para que se entienda aun mejor el concepto.

Imaginad que tenéis una máquina que corta metales. En dicha máquina hay 2 sensores conectados a las entradas "A y B"

El primer sensor se DESACTIVA (un 0 lógico en la entrada "A") cuando metes las manos debajo de  la "cuchilla" que corta los metales. (Y cuando no detecta manos, se activa, marcando un "1" en la entrada "A")

El segundo sensor detecta si el trabajador coloca correctamente la pieza metálica que debe ser cortada. (Si está bien colocada, se activará y marcará un "1" en la entrada "B". Si está mal colocada será un "0" en la entrada B),

Pues esos 2 sensores están conectados a una puerta AND y sirve para que "La máquina solo funcionará cuando a la salida de la puerta lógica exista un 1 lógico" (voltaje positivo) y la única forma de que a su salida haya un "1" lógico es que en sus dos entradas "A" y "B" estén activadas con un "1". 

Y para que eso suceda, NO DEBE DETECTAR MANOS DENTRO de la máquina Y LA PIEZA METÁLICA HA DE ESTAR CORRECTAMENTE COLOCADA.

Si esas 2 condiciones se cumplen, las entradas "A" y "B" marcarán un "1" (voltaje positivo) y la puerta se abrirá ¡Y la máquina funcionará"

En el momento de que una de las 2 condiciones no se cumplan, la máquina detectará un "0" Y NO FUNCIONARÁ.

(Intedad comprender que cuando yo digo "1" significa "encendido" y cuando digo "0" es "apagado")

Entonces, os voy a poner una tablita que os resume las combinaciones posibles.

4.1.3 Tabla de la verdad de la puerta AND

Cómo podéis ver en la tabla, la única forma de que la salida se active (la máquina funcione) es haciendo que las 2 entradas valgan 1 (tengan "corriente") y para eso, se deben de cumplir sus dos condiciones. (Es decir, que ambas entradas tengan voltaje)

Basta con que una de las 2 entradas se desactive (no cumpla con la condición que sea) para que el circuito SE CIERRE y no deje pasar la corriente (0 lógico).

(Os pido de verdad que si algo de esto no se entiende que no os de vergüenza ponerlo en los comentarios, os responderé con mucho gusto)

4.2 Puerta NAND

4.2.1 Símbolo de una puerta NAND

4.2.2 Explicación de la puerta NAND

Si se fijan en el esquemita, es igual que la AND solamente que en la salida tiene un pequeño circulito que significa "negación".

Esta puerta HACE LO MISMO QUE LA AND la ÚNICA diferencia ES QUE FUNCIONA AL REVÉS. 

Imaginad que hay una persona que lo único que hace es decir mentiras (negar lo evidente). Si tú a esa persona le dices que algo es blanco, él te dirá que es negro. Y si le dices que está lloviendo, él te dirá que está despejado.

Pues aquí lo mismo, cuando en una puerta AND el resultado es 1, en la NAND te dirá que es 0. Y cuando en la puerta AND el resultado sea 0, él te dirá que es 1.

Una forma muy sencilla de hacerlo, es multiplicando.

AND --> 0x0 = 0 Pues la NAND dirá que es 1 

AND --> 0x1 = 0 Pues la NAND dirá que es 1 

AND --> 1x0 = 0 Pues la NAND dirá que es 1

AND --> 1x1 = 1 Pues la NAND dirá que es 0

Dicho de otro modo, el circuito funcionará SIEMPRE a no ser que ambas entradas (A y B) sean voltajes positivos (1 lógico)

Como pueden ver, es lo mismo pero al revés

4.2.3 Tabla de la verdad de la puerta NAND

4.3 Puerta OR

4.3.1 Símbolo de una puerta OR

4.2.2 Explicación de la puerta NAND

La primera puerta (AND) lo que hacía era multiplicar (si una de sus 2 entradas marcaba 0, la salida es 0).

Pues la puerta OR lo que hace es "SUMAR". Una suma normal y corriente... 

¿Cuál es la única forma de que un número valga "0" sumando solo números positivos?.

La respuesta es "0+0" si sumas cero más cero, el resultado es cero. En el momento en que al número "0" le sumes el número "1", el resultado es "1". 

(Hay que comprender que en electrónica digital solo existe el 0 y el 1...eso significa que 1+1 = 1)

Pues eso mismo es lo que hace la puerta OR...

Con que solamente una de sus dos entradas (A o B) sea igual a "1" (voltaje positivo) la salida se activará y el circuito funcionará.

Vamos a poner un ejemplo muy sencillo.

Imaginad que queréis salir el sábado por la noche de fiesta con vuestros amigos.

Así que van a papá y mamá y le piden permiso para salir.

La mamá dice que SÍ PUEDEN SALIR DE FIESTA ( un 1 lógico, tensión positiva). En cambio papá es un gruñón y dice que NO VAN A SALIR (un 0 lógico). 

Pues en este caso, como la que manda en la familia es mamá, ustedes salen de fiesta porque  en las puertas OR como ya expliqué, se hace una suma. 1+0 = 1. Así que ustedes, podrán salir a divertirse.

EN CAMBIO, SI TANTO MAMÁ COMO PAPÁ DICEN QUE NO (0+0 = 0) USTEDES NO SALEN (el circuito "no funciona")

4.3.3 Tabla de la verdad de la puerta OR

Cómo pueden ver, con que alimenten 1 sola de sus entradas con tensión positiva, SERÁ SUFICIENTE para que la salida valga 1 y el circuito se active (por ejemplo, enenciéndose una lamparita xD)

4.4 Puerta NOR

4.4.1 Símbolo de una puerta NOR

4.4.2 Explicación de la puerta NOR

El dibujito es el mismo que la OR, solo que esta tiene un circulito a su salida

Esto es exactamente lo mismo que la puerta NAND para la AND.

La puerta NOR hace LO CONTRARIO a la OR. 

Es decir, realiza una suma, y luego cambia el resultado. (Los "1" pasan a ser 0 y los "0" pasan a ser "1"),

Entonces, llegamos a la conclusión de que solamente cuando las entradas A y B valen 0, el resultado es 1 y el circuito se activará.

• 0+0 = 0 (la NOR dirá que es 1)
• 0+1 = 1 (la NOR dirá que es 0)
• 1+0 = 1 (la NOR dirá que es 0)
• 1+1 = 1 (la NOR dirá que es 0)

 4.4.3 Tabla de la verdad de la puerta NOR

4.5 Puerta XNOR

4.5.1 Símbolo de una puerta XNOR

4.5.2 Explicación de la puerta XNOR

Para que esta puerta active la salida (haga que el circuito funcione) AMBAS ENTRADAS (A y B) tienen que ponerse de acuerdo y valer lo mismo.

Por ejemplo, Os sacáis el carnet de conducir y le pedís a vuestros padres que os dejen el coche. Pues solamente si ambos se ponen de acuerdo y valen lo mismo (ambos te dicen "1" o ambos te dicen "0" te dejarán el coche.

En caso de que uno de los dos NO SE PONGA DE ACUERDO Y MARQUE ALGO DIFERENTE, el circuito no funcionará.

4.5.3 Tabla de la verdad de la puerta XNOR

Como pueden ver, si ambas entradas valen lo mismo (ya sea 1 o 0) la salida marcará 1 y se activará. Si una de las dos es diferente, NO se activará.

4.6 Puerta igualdad

4.6.1 Símbolo de una puerta igualdad

4.6.2 Explicación de la puerta igualdad

Esta puerta es genial. La salida es LO MISMO QUE LA ENTRADA xD

Así de simple...es una puerta que solo tiene 1 entrada.

• Si la entrada es 1, la salida es 1.
• Si la entrada es 0, la salida es 0.

4.6.3 Tabla de la verdad de la puerta igualdad

3.7 Puerta inversora (NOT)

4.7.1 Símbolo de una puerta inversora

4.7.2 Explicación de la puerta inversora

Esta puerta hace justo lo contrario de lo que le mandes a su única entrada.

Si le dices "0", saldrá un 1 (y por tanto funcionará el circuito)

Y si le mandas un "1", saldrá un 0 a su salida (y no funcionará)

4.7.3 Tabla de la verdad de la puerta inversora

5 Agradecimientos y peticiones

Hasta aquí la pequeña clase sobre puertas lógicas. 

Recordarles que un simple comentario (ya sea para decir que les guste, o por el contrario para decir que no les parece del todo bueno) motiva bastante a que desee seguir trabajando en esto. Un pequeño apoyo nunca viene mal

A cualquier duda, pueden escribirme lo que deseen, estamos para aprender y crecer, no hay vergüenza posible.

Agradecerles a todos los que han visitado esta entrada. Espero que les haya sido de utilidad.

Si les ha gustado mi trabajo, pueden recomendarle el blog o mi páguna de youtube a sus compañeros. También si lo desea, pueden suscribirse :)

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Muchas gracias a todos ¡Más vale esfuerzo que talento"

Análisis de una onda

1) Introducción

En la entrada anterior expliqué de la mejor forma que fui capaz las ondas mecánicas con sus dos variantes: transversales y longitudinales. 

Pueden leerla desde este enlace si lo desean: Click aquí para ver: entrada 1: Ondas mecánicas longitudinales y transversales

Ahora veo conveniente explicar una pregunta muy básica de este tipo de exámenes: El análisis de una onda. 

Vamos a utilizar una senoidal para su estudio (en el dibujo de abajo puede verse)

Esta pregunta es tan simple de responder como memorizarse el dibujito (casi nadie suele fallar en esto).

2) Conceptos  

2.1) Línea de potenciales.

Esto determina si la onda se encuentra en el semiciclo positivo o el negativo. Cuando está por encima de la "Línea de tiempos o Línea cero"(ver imagen)  se dice que está en el positivo y cuando está por debajo, se dice que está en el negativo.

2.2)Semiciclo

Un semiciclo no es más que "la mitad de un ciclo" o lo que es lo mismo " la curva que se forma desde la línea de tiempos hasta que vuelve otra vez a dicha línea. Les dejo otro dibujito para que se vea más claro.

La curvita positiva (+) es un semiciclo positivo y la que pone el signo menos (-) es un semiciclo negativo. 

2.3) Pico o cresta.

Si se fijan en el dibujo, no es más que "el valor más alto" de dicha onda. O lo que es lo mismo, el punto donde la onda tiene su máxima potencia

.

Imaginense que están escalando una montaña. Pues el punto más alto de ésta (el pico) es el pico o cresta de la señal. Solo que en el caso de la montaña el pico determina la altura máxima y en este caso el pico es la potencia máxima.

2.4) Seno o valle.

Es lo mismo que antes, solo que en este caso representa el punto "más negativo" de la señal.

Es decir, el punto más bajo que la señal "cae".

2.5) Valor pico a pico.

Imaginense que están montados en una "montaña rusa". Dicha montaña rusa se encuentra a una altura media de 0 metros (nivel de la tierra). Ese punto medio sería la línea de tiempos. Cuando esa montaña rusa sube a su punto más alto situado a 5 metros, estás en el "pico/cresta" del potencial positivo. En el momento en que la montaña rusa cae 10 metros (los 5 que subió + 5 por debajo de su línea central) se encuentra  a una altura de -5 metros (potencial negativo) y sería su valle o seno.

Pues muy bien, esa diferencia de altura (potencia/voltaje/corriente o lo que sea que estén midiendo) entre su valor más alto "pico positivo"  y su valle o seno (pico negativo) es el valor de pico a pico. En el ejemplo que puse, el valor de pico a pico sería de 10V en caso de estar midiendo voltaje, (5 por arriba y 5 por abajo respecto a un punto 0)

2.6) Amplitud.

Esto no es más que la "altura" de la señal desde la línea de tiempos hasta el punto máximo (valor de pico) en el dibujo se ve claramente,

2.7) Ciclo (onda completa)

Un ciclo puede formarse de "tres formas"

1) De línea de tiempo a línea de tiempo

2) De pico positivo a pico positivo (de cresta a cresta)

3) De valle a valle (de pico negativo a pico negativo)

2.8) Longitud de onda

La longitud de onda (también llamada Lambda) no es más que la "distancia" (expresada en metros) que mide un ciclo.

Un ejemplo bien sencillo es como cuando mides a una persona. Yo por ejemplo mido 1,64 metros (ya no crezco más Q_Q) y eso es porque tomando de referencia el suelo, hasta mi cabeza existen 1,64 metros.

Pues esto es igual, las ondas también tienen "longitud" al igual que nosotros xD... y ahora quizás piensen ustedes..."muy bien ¿y cómo se mide algo invisible?"

Pues muy sencillo...con unas ecuaciones bien sencillas pero que para comprenderlas mejor haré ejercicios de ejemplos al final de la entrada.

2.8.1 Fórmula para calcular la longitud de onda

De momento contentense conque  unas de las formas son:

1) Lambda = C/F

*Lambda = longitud de la onda en metros

*C= velocidad de la luz en metros por segundo

*F= frecencia y se mide en ciclos (Hertz) por segundo.

Luego veremos todo eso con más detalle, pero antes acabemos de ver los conceptos.

IMPORTANTE: Aunque la amplitud disminuya (si habéis leído mi anterior entrada sabrán que a medida que una onda se propaga, sufre pérdidas y disminuye su amplitud, como por ejemplo la voz) la longitud de onda ES SIEMPRE LA MISMA. 

Para entender esto imaginen por ejemplo un muelle. El muelle mide por ejemplo 30 centímetros (amplitud) pues por mucho que aplasten el muelle, su anchura (longitud de onda) será siempre la misma. La "altura" es una cosa y el "ancho" es otra bien distinta. Evidentemente esto es solo un ejemplo para que se entienda la idea.

2.9) Frecuencia.

¿Con qué frecuencia vuestro amigo amigo del alma os visita a casa? ¿1 vez al día? ¿1 vez a la semana?

Pues eso es la frecuencia. Las veces que "se repite algo" por unidad de tiempo. En ondas ese "algo" son los ciclos y se mide en segundos. Así pues "La frecuencia son las veces que un ciclo se repite en un segundo"

Así que cuando escuchen por ejemplo que una onda tiene una frecuencia de 50 Hz (hercios) significa que en 1 segundo, han pasado 50 ciclos.

2.9.1 Fórmula para calcular la frecuencia

F= 1/T.

*F= frecuencia

*1= número 1 (xD)

*T = periodo

10) Periodo

El periodo es tan simple de definir como "El tiempo que tarda una onda en dibujar un ciclo". 

Pongamos de nuevo el ejemplo de la montaña rusa.

Nosotros en una montaña rusa, subimos y bajamos ¿Pero cuánto tardamos en subir y bajar? pues ese tiempo es el periodo...el tiempo que tarda una onda en formar un ciclo completo.

2.10.1 Fórmula para calcular el periodo

T= 1/F

*T = periodo

*1 = número 1

*F = frecuencia

3) Dudas frecuentes entre alumnos, pequeño resumen

Seguramente en un primer momento halla dudas (yo también las tuve) así que os ahorraré la agonía y resumiré algunos de los problemas que los alumnos solemos tener.

3.1) Diferencia entre longitud de onda , frecuencia y periodo.

*La longitud de onda es lo que mide un ciclo de esa onda (ya sea de pico a pico, de valle a valle o de línea de tiempo a línea de tiempo) y se mide en metros. Es algo así como "lo que mide una carretera"

*La frecuencia es simplemente el número de veces que una onda completa se repite en un segundo.

*El periodo no es más que el tiempo que tarda una onda desde que se forma, hasta que termina un ciclo.

4) Ejercicio simple para aplicar lo aprendido hasta ahora.

4.1) Calcular la velocidad si se tiene una frecuencia de 2.500Hz y una longitud de onda de 13,74 cm.

Resolver esto es muy fácil. Lo primero que tenemos que saber es que la longitud de onda debe medirse en metros. Así que convertimos los 13.74cm en metros (es tan simple como dividir por 100)

Ahora aplicamos la fórmula de que la velocidad es "C = F x lambda" (eso sale de la fórmula que vimos anteriormente en el que lambda = C/F) lo único que se ha hecho es despejar la C (velocidad).

Entonces C = 0.1374 metros multiplicado por  2500Hz. El resultado es 343.5 metros por segundo.

y así, con estas sencillas ecuaciones (al final despejando se obtiene unas cuantas a partir de 1) se puede realizar bastantes ejercicios.

5) Peticiones y agradecimientos

Bueno amigos y amigas. Hasta aquí otra pregunta muy frecuente en este tipo de exámenes. Son muchos conceptos pero todo se resumen al final en aprenderse un poco el dibujito y en comprender un par de ideas.

Para cualquier duda que esté dentro de mis posibilidades responderé con gusto. Se agradece infinitamente algún comentario sobre si gusta o no mi trabajo, como poder mejorar, correcciones si ven que algo falla, y en general, cualquier cosita que deseen aportar. 

Del mismo modo si os ha gustado son libres de recomendar mi blog y darle a "me gusta". A cualquier trozo de información que deseen coger, dar los créditos sobre que soy el autor original.

 Muchas gracias y les invito a que sigan leyendo mis humildes explicaciones :D

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¡Gracias!