Doy por sentado que el lector tiene unos conocimientos básicos sobre electrónica o ha leído algún tratado que le ha hecho tomar la decisión de aclararle los conceptos de la electrónica o bien ha leído algún libro sobre el tema y quiere aprender algún concepto que no le quedó claro. En cualquier caso, este puede ser el momento de aprender un poco sobre la electrónica. 

En electrónica, una puerta es un dispositivo especial que generalmente dispone de al menos una entrada y una salida, dicho de otra forma, en general, se puede considerar que una puerta es una 'caja negra' que en un lateral tiene unos cables de entrada y por la otra cara de enfrente hay un único cable de salida. Lo que ocurre dentro de la 'caja negra' lo que realmente nos interesa en este momento, lo que nos importa de la caja es la operación que realiza entre las tensiones que se suministren a las entradas y la tensión que presenta a la salida, esto es lo que importa verdaderamente. Es irrelevante desde este punto de vista, el modo electrónico en que lo realiza, al menos por el momento.

Por lo tanto, es el momento de saber que se disponen de cuatro operaciones básicas que son: OR, AND, NAND y NOR (como en álgebra; suma, producto, resta y división) además está la INV (inversión que es un caso especial). En esta parte, vamos a repasar cómo se comportan las puertas OR, AND, INV, NAND y NOR, para luego comprender cómo lo hace una puerta Trigger-Schmitt (Disparador).

Siempre se presentarán sistemas de puertas de dos entradas, salvo que por necesidad se cambie este punto, en cuyo caso se especificará. Otro punto a aclarar es que, no es demasiado relevante la cantidad tensión en un punto del circuito, sino, el nivel de la tensión del punto respecto de masa. Por cierto, cuando hablemos de tensión de alimentación (+Vcc) o tensión de nivel alto (H) nos referiremos al nivel de tensión entre ese punto y el negativo de la tensión (-Vdd) o GND (del inglés, ground), que se considera nivel bajo (L). Por tanto, se desprende que hay dos niveles y sólo dos, nivel alto (H) hay tensión y nivel bajo (L) no hay tensión.

Una puerta AND de 2 entradas y una salida, en su tabla de verdad, establece que siempre que una entrada esté a 0, la salida también lo estará. O sea, que ambas entradas deben estar a nivel alto 1 (H) para que la salida también esté a nivel alto H, en la tabla de verdad A y B son (nombres) las variables de entrada y S es la salida, ver la tabla que sigue.

AND A B S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

En el caso de una puerta OR (O) de 2 entradas, en su tabla de verdad se establece que, la salida se encontrará a nivel alto H, cuando al menos una de sus entradas esté a nivel alto H, ver la tabla que sigue.

OR A B S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

El caso especial de una puerta inversora INV (NO), sólo dispone de una entrada y una salida y su tabla de verdad establece, que su salida siempre será el complemento del nivel de la entrada, de ahí que algunos le llamen puerta complementaria o negada, es decir, un nivel alto H en la entrada dará un nivel bajo L en la salida, ver la tabla que sigue.

INV A S 0 1 1 0

Vistas estas puertas, podemos imaginar la inclusión de un inversor en cada una de las entradas de una puerta, esto produce lo que se llama una puerta con lógica negativa, existen dispositivos lógicos con representación lógica positiva y otros con lógica negativa, en la lógica negativa el "1" es representado por el valor eléctrico más negativo 0 V y el "0" por el más positivo +5 V. De ahí la necesidad de saber la lógica con la que trabaja un circuito para interpretar sus resultados.

Tanto en la lógica negativa como en la lógica positiva, las tablas de verdad de cada uno de las puertas, da como resultado la misma salida. En cuanto al comportamiento electrónico es el mismo, solo cambia el modo de interpretar el álgebra de Boole, pero no vamos a entrar en este tema para no generar más confusión al estudiante.

Bien, dicho lo anterior, se entiende que al aplicarse un inversor en cada entrada de una puerta AND, ésta en su conjunto independientemente de la lógica, se convierte en lo que se conoce como una puerta NAND (negada AND), y su tabla de verdad así lo demuestra, compárense ambas tablas AND y NAND y se apreciará que ambas salidas son complementarias entre sí, ver la tabla que sigue.

NAND A B S 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Un inversor en cada entrada de una puerta OR, en su conjunto independientemente de la lógica, se convierte en lo que se conoce como una puerta NOR (negada OR) y su tabla de verdad así lo demuestra, compárense ambas tablas OR y NOR y se apreciará que ambas salidas son complementarias entre sí, ver la tabla que sigue.

NOR A B S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

Un paso más, cuando a una puerta OR se conecta su salida S a una de sus entradas A, qué ocurre. Al aplicar un 1 a la entrada libre B, la salida pasa a 1 que, lo realimenta por la mencionada entrada A, permaneciendo así hasta cortar el suministro de energía que lo mantiene, esto es la realimentación, un comportamiento como una memoria de 1 solo bit.

Existen unas puertas especiales, las cuales disponen de tres estados (puertas triestado), en ese caso el tercer estado es de alta impedancia (Z), de algún modo no tiene referencia de tensión respecto al +Vcc ni a masa. Cuando la salida de una puerta, no se conoce de antemano que estado intervendrá, la salida de esta puerta se pone en alta impedancia Z hasta cumplir las condiciones adecuadas y de esta forma, se evita dañar la puerta, este es el motivo básicamente.

La puerta Trigger-schmitt, es un caso especial, se comporta de forma lógica como una puerta NAND, pero el circuito que la constituye, además recorta la señal y la escuadra, de manera que su salida es realmente cuadrada, utilizándose esencialmente para este cometido. Véase la figura 1.

figura 1

Obsérvese que, el pulso a la salida Q es ligeramente más largo que los rebotes del interruptor I, así debe ser, para lo cual se adecuará el valor del condensador C, esta puerta la estudiaremos con más detalle mas adelante.

En esencia estas son las puertas y sus tablas de verdad, es lo que hay que saber sobre ellas, por ese motivo no era esencial saber cómo funcionan internamente, ahora bien, no se debe olvidar que las tensiones que se aplicarán a las entradas está en función de la tensión de trabajo que viene determinada por el tipo de tecnología a la que pertenece y en función de la tecnología también dependerá la carga que se puede aplicar a la salida de una puerta que, por lo general es muy baja, estamos hablando de unos pocos miliamperios. Para más detalles es conveniente acudir a las características específicas de cada fabricante.

Al combinar distintas puertas entre sí, podemos obtener distintas soluciones a problemas planteados por las necesidades de aplicación en nuestros circuitos y aquí es donde entra a trabajar la iniciativa o ingenio de cada individuo, obteniendo resultados inverosímiles de simples en algunos casos. Una de las primeras combinaciones que se nos presenta poner en practica es realizar un dispositivo que cambie su estado de salida con un pulso en su entrada y permanezca en él mientras no le apliquemos un nuevo impulso en la entrada, se trata de una báscula.

Ahora, repasemos el caso de la báscula, así llamada por sus dos entradas de RS (Reset y Set). Dispone también de dos salidas que son complementarias entre sí, Q y Q negada. Su salida Q estará a 1, al alimentarla y funciona así:

• 1. - Al aplicar un 1 en su entrada R, la salida Q pasa a 0 y permanece así, aunque se aplique un nuevo 1 en la misma entrada R, el estado de la salida Q, continua a 0 y la salida complentaria Q en 1.

• 2. - Al aplicar un 1 en la entrada S, la salida Q pasa de nuevo a 1, con el primer impulso y permanece a 1, hasta repetir el paso anterior.

Se comporta como una memoria guardando un 1 (dato) de forma permanente. Es decir, al aplicarle un impulso en su entrada Set (puesta a 1), su salida Q pasa a estado alto 1. Si volvemos a aplicar otro impulso en la misma entrada S, nada cambia, si queremos que cambie su estado, se deberá aplicar un nuevo impulso, esta vez, en la otra entrada Reset o Puesta A Cero. 

Una vez establecido el estado inicial, en las entradas set S y reset R, conectaremos sendas resistencias a masa y además conectar un conmutador entre las entradas y la alimentación al común, de modo que desde él podamos introducir cambios sucesivos en las entradas y por consiguiente obtener una salida que cambie su nivel a nuestra voluntad. Este tema de las básculas, por su complejidad lo veremos con mayor profundidad en otra parte.