Ao contrário do que muitos comentam de que o mundo é analógico, muitas coisas são digitais, isto é assumem apenas dois estados ou condições. Assim podemos pensar em ligado-desligado, alto-baixo, verdadeiro-falso, cara-coroa, branco-preto, sim-não, e muitas outras coisas que assumem um caráter dual. Essa é a base de toda a eletrônica digital, que trabalha com apenas dois estados, ou um bit de informação. Em eletrônica digital usamos apenas dois dígitos: 0 e 1 chamados de dígitos binários (de base 2). Aliás, o bit é a contração de Binary digit. Traduzimos esses 1s e 0s em níveis de tensão, normalmente o 0 é 0V (na verdade, abaixo de 0,8V é considerado bit 0) e o 1 geralmente é 5V (na verdade acima de 2V é considerado bit 1) quando usamos integrados TTL que usam transistores bipolares nas portas lógicas. Ao usar integrados CMOS (que usam MOSFETs de canal N e P nas portas lógicas), o nível vai depender da tensão da fonte, mas um valor perto de 0V é considerado bit 0 e um valor perto da tensão positiva da fonte é considerado bit 1.
obs:
TTL = transistor-transistor-logic (transistores comuns). Uma grande família de cis digitais
CMOS = complementary mosfets (canal N e P), outra grande família de cis digitais
Muitas vezes nos deparamos com alguns símbolos de circuitos digitais mesmo em circuitos analógicos. Como para muitos pode parecer um mistério a função daquele símbolo digital no meio do pedal, ou do amplificador, ou num aparelho que controle alguma coisa, vamos entender o que fazem os blocos básicos da eletrônica digital, que se chamam PORTAS LÓGICAS e sobre o qual se funda toda eletrônica e computadores que conhecemos e usamos na atualidade.
A primeira porta lógica e uma das mais simples, é a porta inversora, chamada em inglês de NOT ou INVERTER. Ela é muito simples, só tem uma entrada e a saída (lado direito do desenho). Se colocarmos a entrada em nível lógico 1 (ex. ligá-la aos +5V), na saída teremos um nível lógico 0 (saída com tensão perto de 0V). Se na entrada ligarmos ao terra (0V), na saída teremos um nível lógico 1 (perto de +5V por exemplo). Se ligarmos duas portas inversoras em sequência, teremos duas inversões de nível lógico e portanto o efeito é nulo. A função de saída da porta inversora segue como no desenho: saída Y = entrada A invertida (ou A barra).
Portas lógicas vem em circuitos integrados, e alguns podem conter várias portas lógicas, por exemplo o ci TTL 7404 (e seus assemelhados: 74LS04, 74S04, 74L04) possui 6 portas inversoras num ci de 14 pinos. Na família CMOS, um bom exemplo é o CD4049 que também possui 6 portas inversoras num ci de 16 pinos. Existem versões CMOS do 7404 que são o 74HC04, 74HCT04, 74C04, 74HCU04.
Outra porta lógica simples é a não inversora. Também só tem uma entrada e a saída. A saída espelha o que tiver na entrada. Qual a utilidade disso ? É que muitas vezes precisamos ter uma capacidade de corrente maior e assim com a porta não inversora, tem a função de buffer ou driver para reforçar o sinal lógico e poder acionar um circuito que precise de mais corrente. A função de saída é simplesmente saída Y = entrada A.
Um ci exemplo é o 7407 e o CD4050.
A próxima porta lógica é a porta OU (em inglês OR ou inclusive OR = IOR). Nela podemos ter mais de uma entrada (podem ser 2, 3, 4, etc) e uma saída. A saída assume que se apenas em uma das entradas tivermos nível 1, ela também terá nível 1. Para ter nível 0 na saída, todas entradas precisam estar com 0. A função é: saída Y = entrada A ou entrada B (o OU é representado pelo sinal + ficando Y=A+B, mas não representando uma soma).
Exemplo dessas portas lógicas é o TTL 7432 que tem 4 portas OU de duas entradas cada e o CD4071.
A próxima porta lógica é chamada de E (em inglês AND). Nessa porta que pode ter várias entradas e uma saída, esta assumirá o valor 0 se apenas uma das entradas estiver em nível 0. Pra ter nível 1, todas as entradas também precisam estar em nível 1. A função é representada Y = A . B (A e B).
Um exemplo de ci é o TTL 7408 que possui 4 portas E de duas entradas cada e o CD4081.
Quando acrescentamos uma porta inversora à saída de uma porta OU, criamos uma porta chamada de Não-Ou ou NOU (em inglês NOR). A bolinha na saída representa a porta inversora, e agora a saída somente assumirá valor 1 se todas as entradas estiverem em valor 0. Caso alguma entrada esteja em nivel 1, a saída irá a 0. A função é representada pela mesma função OU com uma barra em cima.
Um exemplo de ci TTL é o 7402 e o CD4001.
Da mesma forma, ao colocarmos uma porta inversora na saída de uma porta E, criamos a porta Não-E (em inglês NAND). A saída assume valor 1 se qualquer entrada estiver em nível 0. Se todas entradas estiverem em nível 1, a saída assume nível 0. A função é a mesma da porta E, com a barra por cima.
Exemplo de ci TTL é o 7400 (o primeiro da família) e o CD4011.
Tanto a porta NAND como a NOR são chamadas de portas curingas, pois com elas podemos criar qualquer outra porta lógica, apenas fazendo combinações e usando elas como portas inversoras se for necessário (basta interligar todas entradas).
Essas portas NAND e NOR também são os blocos básicos para se construir os flip-flops, que são usados como memórias e estágios para circuitos de contadores e registradores.
Mais uma porta lógica é a OU Exclusivo (em inglês exclusive OR – XOR). A saída dessa porta somente assume valor 1, se as duas entradas forem diferentes, e assume valor 0 se as duas entradas forem iguais. Normalmente elas só tem duas entradas. A maior utilidade dessas portas é que elas funcionam como portas somadoras (realizam a função soma binária) e servem como detectores de defasagem em circuitos PLL (phase locked loop).
Um exemplo é o TTL 7486 e o CD4070.
Se acrescentarmos uma porta inversora à porta XOR, teremos uma porta Não-Ou-Exclusivo (em inglês XNOR). Nela a saída assume valor 1 caso as duas entradas sejam iguais e valor 0 se as duas entradas sejam diferentes. Ela serve como porta comparadora, pra determinar a igualdade nas entradas.
Um exemplo é o ci TTL 74266 e o CD4077.
Por fim, algumas portas lógicas podem conter um desenho da curva de histerese no seu interior. Essas portas contem também um circuito de Schmitt Trigger (disparador de Schmitt) que tem níveis mais rigorosos de tensão para a entrada e serve para eliminar ruídos que possam alterar ou levar a saída para um estado incorreto. Essas portas portanto ajudam a quadrar o sinal.
Exemplos de portas lógicas com Schmitt Trigger são o 7414, 74132, CD40106, CD4093.
Por fim, as portas podem ser combinadas de diversas formas para se conseguir outras, vejam alguns exemplos:
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