Este documento describe diferentes tipos de circuitos lógicos construidos con compuertas, incluyendo: 1) Circuitos astables que cambian de estado sin señal de entrada. 2) Circuitos biestables que cambian de estado con cada pulso de entrada. 3) Circuitos monoestables que cambian de estado solo si se mantiene la señal de entrada.

1. CompuertasLogicas
Fabricación de dispositivos con compuertas lógicas
En estalecciónvamosa explicarprimerocómose puedenorganizarlosdiferentescircuitosrealizados
con compuertas.Un modode organizarloescomoastableso multivibradores,monoestablesy
biestables.
 Astable es aquel cuyasalidaoscilasi necesidadde colocarle señalde entrada
 Monoestable cambiade estadolasalidapor un tiempouluegovuelveal estadoestablede
espera
 Biestable cambiala salidaconcada pulsode entrada cualquieraseasuestadode salida(altoo
bajo)
En estalecciónvamosa analizartodosloscircuitosastablesyle vamosa dar una aplicación.
Osciladores, Multivibradores oCircuitos Astables
A losalumnosle suele llamarlaatenciónel nombre astable;asíque comenzamosconlasemánticadel
tema.
Circuitos Biestables oFlip-Flop(FF)
Existentrescircuitosclasificadossegúnlaformaenque retienenomemorizanel estadoque adoptan
sus salidas,estossonloscircuitosBiestablesoFlip-Flop(FF) que sontodosaquellosque cambian el
estadode la salidacada vezque recibenunaseñal de entrada.Y ademásde cambiarloloretienen
aunque desaparezcael datode entrada.
En conclusión:poseendosestadosestablesde salidaaltoobajo.
Circuitos Monoestables
CircuitosMonoestables:Estoscircuitoscambiande estadosólosi se mantiene laseñal de entrada(nivel
altoo bajo),si ésta se quita,lasalidaregresaa su estadoanteriordespuésde untiempoajustable.
Conclusión:Poseenunsóloestadoestable el otroesmetaestables
Circuitos astables
Circuitosastables:Soncircuitosque funcionansolossinrecibirseñalesde entrada;susalidacambia
gobernadaporuna red de tiempoR-C(Resistencia-Capacitor) yuncircuitode realimentación.A
diferenciade losanterioresse puededecirque noposeenunestadoestablesinodosesdecirson
metaestables.
A estosúltimosnosdedicaremosahora,losotrosdoslostrataremosenpróximaslecciones.Recuerden
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2. CompuertasLogicas
De todosloscircuitosastablesel másconocidoesel que se construye conun integradoNE555 pero
nosotrosqueremosconstruirlosconcompuertaslógicas.Laideaesque veatodaslas posibilidadesque
le brindanlascompuertaslógicasyésta esuna de ellas,considerandoque enmuchoscircuitosodiseños
quedancompuertaslibres(sinserutilizadas) vamosaaprovecharlasparaarmar circuitosastables,o
temporizadores.
Oscilador cononda cuadrada con compuertas NOT
UtilizadosinversoresocompuertasNOT.Podríamosfabricarlocomoungeneradorde señal rectangular
perocomencemosconun generadorde señal cuadrada.
Nota:T1=T2 T = 2,5 RC aprox.Rs = 2R
Fig.1 Oscilador de onda cuadrada
Veamoscomofunciona:
Al iniciarel funcionamientoVC1=0 la salidadel inversorU2Bestáa nivel “1″,entoncessuentradaesta
a “0″, y laentrada del inversor“U1A”a nivel “1″.En esascondicionesC1se carga a travésde R1, y los
inversorespermanecenenese estado.
Cuandoel capacitor alcanzasu carga máximalauniónde lostrescomponentespasivosestaaltay,se
produce la conmutacióndel inversor“U2B”. Su entradapasaa “1″, su salidaa “0″ igual que laentrada
del inversor“U1A” que pasa a “0″, se invierte lapolaridaddel capacitoryeste se descarga,mientras
tanto losinversorespermanecensincambio,unavezdescargado,laentradadel inversor“U1A”pasa
nuevamente a“0″,y comienzaunnuevociclo.
Este osciladoressimétricoyaque el tiempoque durael nivel altoesigual al que permanece ennivel
bajo,este tiempoestadadoporT = 2,5.R.C con

3. CompuertasLogicas
T expresadoensegundoscuandoRestáexpresandoenOhmsy
C enFaradios.Nota:el tiempoT essoloaproximado.Enefectolasimulaciónnosindicaunperiodode
220 mSy el calculoda T = 2,5.10K.10uF = 250 mS aunque hayque recordarque la simulacióntampoco
esexacta.
El capacitorC2 evitaque el circuitofuncione enunmodode muyalta frecuencia.
El mismocircuitose puede fabricarconotras compuertas;porejemplo:
Oscilador simétricoconcompuertas NAND
Una NANDcon sus entradasunidasse comportacomo uninversor.
Fig.2Osciladorde onda cuadradacon compuertasNAND
Oscilador simétrico con compuertas NOR
Fig.3Osciladorde onda cuadradacon compuertasNOR

4. CompuertasLogicas
Comose puede observartodose basaenel primerocircuitoque vimos;yhay mas combinacionesen
donde se puedenusarcompuertasmezcladas.PorejemplounaNANDyuninversor;unaNORy un
inversoretc.
Tambiénse puede fabricarunosciladorde frecuencia variable Colocandounpotenciómetrodoble
(estereofónico) enlugarde R1 y R2.
Fig.4 Oscilador de frecuencia variable
Utilidadprácticade los osciladores acompuerta
La utilidadprácticaescasi infinitasi Ud.tiene encuentaalgunacaracterísticasde lososciladores
fabricadosconcompuertas.En principiolomásimportante esque sufrecuencianoesmuyestable con
la temperaturadependiendodel tipode componentespasivosutilizados.Loselectrolíticosson
especialmenteprohibidossi quiere que lafrecuenciaseaestable.Loscapacitarescerámicostienen
diferentescoeficientesde temperaturadesde losNP0hastalosN o P1500 (endonde lacifra 1500
expresalavariaciónde capacidadenpartespor millónyN es endefectoyP enaumento).Lamejor
combinaciónsonloscapacitaresde poliéstermetalizadosylosresistorescomunesde carbónque se
compensanmutuamente.
Teniendoencuentaeste detalle laaplicaciónmascomunessonlasaplicacionesde audioendonde
destacanlassondasprobadoras.Cualquierade nuestroscircuitos,calculadopara1 KHz sirve para probar
el funcionamientode unamplificadorde audio.Oinclusive unsimpleparlante aunque eneste casoes
convenientecambiarel circuitoporel de la figurasiguiente paraobtenerunbuenfuncionamientocon
resistenciasde cargabajas.

5. CompuertasLogicas
Fig.5 Generador de tono de audio de 1 KHz
Por supuestoque nose trata de un generadorsenoidal,sinode ondacuadradaperoesperfectamente
válidoparapruebasde service.Inclusive el circuitopropuestollegaamoverunparlante del tipopara PC
con loque se transformaenun diapasónelectrónicoparael ajuste de instrumentosmusicales.
Armando7 osciladoresconpresetsse puedeconstruirunórganoelectrónicode unaoctava,conectando
losgeneradoresal amplificadorconpulsadorestiposapito.Sinembargole recordamosque paraque un
órgano seaútil debe tenerporlomenos3 o 4 octavas.
Armandoun modelode bajafrecuenciade ½Hz se puede hacerun destelladorparaunabicicleta.Que
tambiénsirve comoemuladorde alarmaparaauto (el ladrónsiempre observalaexistenciade unled
destellante que informaque laalarmaestáconectada.
Disipadores Schmitt trigger oconhistéresis
Algoque no vimoshastaahora sonlas compuertasSCHMITT TRIGGER o disparadoresde Schmitt,son
igualesalas compuertasvistashastaahorapero tienenlaventajade tenerdosumbralesde
conmutaciónmuybiendefinidos,llamadosVT+yVT-; VT+ esel eje de cambiode estadocuandola señal
de entradaaumentay VT- cuando disminuye.Estohace que lascompuertaspuedanreconocerseñales
con ruidosuperpuestoque unacompuertalógicacomúntendríadificultadesenreconocer,yaque el
ruidoproduciríauna indeterminacióndelestadode susalida.
Esto parece serun problemade pocaimportancia,peronolo es;esel problemaporantonomasiade la
electrónicadigital,debidoaque unagran cantidadde circuitoslógicosse manejanconpulsadoresylos
pulsadoresnotienenunpulsototalmentelibre de ruido.
Para entendereste problemalomejoresrecurrirauna simulaciónenMultisimendondeaplicamosuna
señal similarala de un pulsadorconruidosuperpuestoyvemosel comportamientode uninversor
comúny de uninversorconhistéresis.

6. CompuertasLogicas
Fig.6 Comparación entre un inversor con histéresis y uno común
El oscilogramasuperiorindicalarealidad,esdecirunasucesiónde 1y 0 todosde lamismaduración
debidoaque el inversortiene dosejesde recorte.Cuandolaseñal de entradallegóal eje inferior
conmutala salida.En ese momentolaseñal de entradasubiódebidoal ruidoperocomono llegóa
superaral eje superiornadase vióreflejadoenlasalida.
En cambio,el oscilogramainferiortiene uninversorsinhistéresisesdecirconunsolo eje de recorte;el
cambiohacia arribaproducidopor el ruidogeneraun1 extrade corta duraciónque puede alterar
enormementeel resultadode unnúmerobinariode salida.
No sóloexisteninversoresSchmittTrigger,sinotambiéncompuertasAND,OR,NOR,etc.,que ya
sabemoscomoutilizar.
Oscilador a cristal
Anteriormente dijimosque lososciladoresaRC podíanno tenersuficiente precisiónparanuestras
necesidades.Si Ud.necesitamayorprecisiónpuede recurriraunosciladorimplementadocondos
inversoresyunCristal de cuarzo comoel de lafigura7, el trimerde 40pf se incluye paraunajuste fino
de la frecuenciade oscilación.
El circuitoosciladorensi,funcionaconun soloinversor.Se puede incluirotropara actuar como etapa
separadora.

7. CompuertasLogicas
Fig.7 Oscilador a cristal
Este circuitoes muyútil cuandose pretende obtenerfrecuenciassuperioresalos100 KHz para las
cualesexistencristalesstandard.Enfrecuenciasmenoressoloexistenunoscristalesespecialespara
relojesde 32 KHz y luegohayque utilizaruncircuitodivisorde frecuenciaque veremosmásadelante.
Osciladores controlados
Se trata simplementede controlarel momentoenque un osciladordebe oscilarocortar las
oscilaciones.Recuerdeque siempre tenemosdosopciones,funcionamientoporunnivel altooporun
nivel bajo.
Si tiene encuentaque lososciladoresvistoshastael momentosolopuedenoscilarcambiandoel estado
de sus entradasenformaalternada,loque haremosseráforzar ese estadoa unestadopermanente de
0 o 1.
Vamosun primerejemplo;utilizandoundiodoenlaentradadel primerinversorcomoloindicalafigura
siguiente.
Fig.8 Control sobre el oscilador astable

8. CompuertasLogicas
Quedaclaro que cuandoel generadorde funcionescolocaunestadoaltoenel diodoel mismoconduce
y traba la entradaen1 cortandola oscilaciónastable.
Los astablesrealizadosconcompuertasequivalentesadmitentambiénel corte omodulación de laseñal
tal comopuede verse enlafigurasiguiente.
Fig.9 Astable controlado con NANDs
La aplicaciónde este circuitoeslafabricaciónde ungeneradorde RFmoduladapara la bandade AM o
un transmisorde telegrafía.Parael generadorde RFmoduladasolobastacon construirun astable de 1
KHz para usar como moduladoryotro controladoque barra de 400 KHza 1700 KHz con un
potenciómetro.
Ud. dirá que el generadordeberíaserde señal senoidalperosi tiene encuentaque losarmonicoscaen
enel triple de lafundamental,enel quíntupleetc.engeneral nomolestan.
Modulaciónpor ancho de pulso
Los astablesde 50% de tiempode actividadnosonlos únicosque se utilizan.Losde períodode actividad
variable yfrecuenciafijasontal vezlosmásusados.Si Ud. quiere controlarlavelocidadde unmotorde
CC y le disminuyesutensiónbajarálavelocidad,perolomaloesque tambiéndisminuíalacuplao
torque del motor(fuerzade giro).
Si lo controlacon un astable que posee ajuste delanchode pulsode salida,variarálavelocidadsin
reducirla cupla.Comencemosplanteandoungeneradorconunperiodode actividad mayoral 50%.

9. CompuertasLogicas
Fig.10 Astable con periodo de actividad asimétrico
El circuitono esidénticoal que yausamosperoes similar.Noconsidere aR3 y C2 que estánpara evitar
oscilacionesde altafrecuencia.C1se carga cuandola salidade U1A es alta(y la de U2B por supuesto
baja) y lohace por el camino+5V, D1, R2, C1, masa. En el ciclosiguiente se descargapor+5V,C1, R2, R1,
masa. Es decirque se carga por R2 y se descargapor R1+R2 y allí estála asimetríaque generauntiempo
de actividad superioral 50%.
La ecuacionessonT1>T2 ; T1 = 0,7 (R1+R2) . C1 ; T2 = 0,7 . R2 .C1 que sonclaramente asimétricas.Se
puede reemplazarR1 o R2 por un potenciómetroyobtenerunajuste variable del tiempode actividady
la frecuencia(nose puede evitarque cambie lafrecuenciasalvoque se varíenlosdosresistores).
Un detalle atenerencuentaes que si se invierte lapolaridaddel diodose obtienelasituacióninversa,
esdecirT2 > T1.
Se puedenrealizardosaccionesal mismotiempoasaber: modulaciónporanchode pulsoy
conmutaciónde encendido.
Fig.11 Circuito PWMinteligente con corte de funcionamiento

10. CompuertasLogicas
Este circuitoes ideal paramanejarunmotor o una lámparaincandescente porPWM.El motorse puede
conectar sobre lasalidade U2B o ponerotra compuertacomo separadora.Ya conocemosunade las
ventajasde usarun moduladorPWMque el motormarcha a menorvelocidadperonopierde torque.
Peroel circuitotiene unaventajamuchomásimportante que esa,el rendimiento.
Yo podría conectar el motora lafuente conun potenciómetroylograruna variaciónde velocidad.Pero
cuandoel motor marcha lentoel circuitogastatanta energíacomo cuandomarcha rápidoporque el
potenciómetrose calientayesaenergíatérmicaproviene de lafuente. Ademásel potenciómetrodebe
serespecial de alambre parasoportarla potenciadisipada,odeboagregaruntransistorreguladorde
potenciayun disipador.
En este circuito,laregulaciónse produce porconexiónydesconexióndel motor.Si el motoresta
conectadopoco tiempo(tiempode actividadTabajo) marchalentoysi se dejaconectadomucho
tiempo(Taalto) marcha rápido,perocuandoestá desconectadonohaynadie que se caliente yporlo
tanto surendimientoesmuyalto.
Este sería un circuitomuyadecuadopara un robot siguelineasporque consumepocabateríay porque
tiene uncontrol de encendidode bajoconsumoque ademáspuede cambiarlalógicasoloconinvertirel
diodoD2. R4 ajustaría lavelocidaddel robotyle daría el balance para que se muevaderechosobre la
líneaporque escomo un reductorelectrónicovariable.
Conclusiones
Así agotamosel temade lososciladoresastablesdandovarioscircuitosde aplicaciónposible y
seguramente generandomuchosmásenlaimaginacióndel lector.Peroel temade lascompuertas
lógicasnoestá agotadoni muchomenos,aúnno hemoscomenzadoaexplorarloporque nofaltanlos
circuitosmonoestablesylosbiestables,que veremosenlapróximaentregaconsuscorrespondientes
aplicaciones.