Compuertas lógicas de salida especial: complementaria, triestado y interruptores bilaterales

Compuertas de salida complementaria

En muchos diseños, los ingenieros necesitan una compuerta que entregue salidas invertida y no invertida desde un solo elemento lógico. Un ejemplo clásico es un buffer de una entrada que también actúa como inversor, proporcionando terminales separados para cada función.

También existen compuertas de dos entradas que entregan simultáneamente resultados AND y NAND. Estos dispositivos se llaman compuertas de salida complementaria.

El símbolo estándar para tal compuerta es la forma básica de la compuerta con una barra y dos líneas de salida. A continuación se muestra un array de símbolos complementarios:

Beneficios de las compuertas complementarias

Las compuertas complementarias son invaluables en circuitos densos donde el espacio escasea. Eliminan la necesidad de CIs inversores extra, ahorrando espacio en placa y reduciendo cuenta de componentes.

Como las salidas invertida y no invertida conmutan casi simultáneamente, no hay retardo de propagación significativo entre ellas. Esta propiedad es crítica en aplicaciones sensibles al tiempo.

Compuertas triestado

Las salidas triestado pueden asumir tres estados distintos: impulsar lógica baja (hundir corriente), impulsar lógica alta (suministrar corriente), o permanecer flotante (alta impedancia). Comúnmente se añaden a compuertas buffer mediante un pin de control extra llamado enable.

Cuando el enable es alto (lógica 1), el buffer se comporta como etapa push-pull normal. Cuando el enable es bajo (lógica 0), la salida va a alta-Z, desconectando efectivamente la compuerta del circuito.

En notación esquemática, un buffer triestado se indica con un triángulo dentro del símbolo de la compuerta:

Algunos fabricantes proveen versión con enable invertido, donde el estado alta-Z ocurre cuando el enable es alto:

Interruptores bilaterales

Los interruptores bilaterales son dispositivos SPST de estado sólido construidos con MOSFETs. En estado ON, su resistencia es solo unos cientos de ohmios; en OFF, la resistencia sube a varios cientos de megaohmios.

Estos interruptores aparecen en esquemáticos como un rectángulo con pin de control y dos terminales, parecido a un relé pero sin partes móviles. Al ser dispositivos semiconductores, evitan problemas mecánicos como rebote, arco y vibración.

Sin embargo, los interruptores bilaterales tienen capacidad limitada de corriente, y el voltaje de señal debe permanecer dentro de los rieles de alimentación del CI del interruptor.

El CI 4066 contiene cuatro interruptores bilaterales independientes:

Repaso rápido

• Las compuertas complementarias entregan salidas invertida y no invertida con retardo despreciable.
• Las compuertas triestado ofrecen salidas alta, baja y alta-Z, controladas por pin enable.
• Los interruptores bilaterales son relés de estado sólido que pueden conmutar señales analógicas o digitales, pero con capacidad de corriente modesta.

Hoja de trabajo relacionada

• Hoja de trabajo de álgebra booleana