Circuitos Lógicos

Toda a eletrônica digital é desenvolvida a partir da criação de circuitos capazes de executar operações lógicas, também chamadas de operações booleanas. Os três principais operadores lógicos são:

E (AND)

Ou (OR)

Não (NOT)

A partir desses operadores, circuitos ainda mais complexos são construídos:

Somadores e Subtratores

Multiplicadores e divisores

Células de memória

Registradores, multiplexadores, decodificadores

etc...

A reunião desses circuitos complexos forma chips bastante sofisticados, como processadores, memórias, chips gráficos, chipsets, etc. Parece incrível que equipamentos tão sofisticados possam ser construídos a partir de circuitos básicos tão simples. Da mesma forma como livros inteiros podem ser feitos a partir de letras e símbolos, e como um planeta inteiro é construído a partir de prótons, elétrons, nêutrons e outras partículas sub-atômicas.Um operador lógico é algo que lembra um pouco um operador aritmético. Na aritmética temos operadores como Adição, Subtração, etc. Da mesma forma como na aritmética temos, por exemplo:

5 + 2 = 7

na lógica temos

1 AND 1 = 1

1 OR 0 = 1

NOT 1 = 0

Inicialmente, vejamos como funcionam os três operadores citados. Eles podem ser definidos através da sua tabela verdade. A seguir temos essas tabelas:

A NOT A A B A AND B A B A OR B

0 1 0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 0 1 1

1 0 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1

Como vemos na tabela, o operador NOT, também chamado de inversor, produz na sua saída o bit inverso daquele recebido na entrada. Ao receber um bit 0, produz um bit 1 em sua saída. Ao receber um bit 1, produz um bit 0. O operador AND possui duas entradas. Sua saída será 1 quando as duas entradas também forem 1, simultaneamente. Quando uma das suas entradas, ou ambas são 0, a saída do operador AND será 0. Já o operador OR produz uma saída 1 quando pelo menos uma das suas entradas tem o valor 1. Apenas quando ambas as entradas são 0, o operador OR dará saída 0. É relativamente fácil produzir circuitos que realizam essas funções, usando transistores, resitores e outros componentes.O circuito mostrado na figura 59 implementa o operador lógico NOT. É formado a partir de um transistor e dois resistores. Este método de construção de circuitos é chamado RTL (Resistor-Transistor Logic). Seu funcionamento é bastante simples. Quando X é um bit 1, a tensão correpondente é um valor alto (porém menor que Vcc, a tensão da fonte de alimentação). Este valor alto faz com que exista uma corrente na base do transistor, que irá conduzir uma corrente elevada entre seus outros terminais. Ao mesmo tempo aparecerá uma baixa tensão (da ordem de 0,3 volts, dependendo do transistor) no seu coletor, que é a saída Y. Temos então um bit 0 na saída. Da mesma forma, quando X é um bit 0, a tensão na entrada do transitor será baixa. O transitor ficará então “cortado”, e praticamente não passará corrente por ele. A tensão na saída Y dependerá apenas do resistor ligado ao ponto Vcc. Teremos assim uma tensão alta em Y, o que corresponde a um bit 1.A figura 60 mostra como é implementado o operador OR usando a lógica RTL. O primeiro transistor vai conduzir corrente quando pelo menos uma das duas entradas, A ou B, estiver com tensão alta (bit 1), ficando assim com um nível 0 no ponto X. Apenas quando ambas as entradas A e B estiverem em 0, o primeiro transistor ficará cortado e teremos um bit 1 no ponto X.Ora, este é exatamente o inverso da função OR. Temos portanto no ponto X um outro operador lógico chamado NOR (ou NOT OR), cuja tabela verdade é:

A B A NOR B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Para que o circuito final tenha uma saída OR, e não NOR, temos que usar mais um inversor, representado pelo segundo transistor e seus dois resistores. A figura 61 mostra o circuito que implementa um operador lógico AND, usando a técnica RTL. O primeiro estágio é formado por dois transistores, sendo que cada um deles tem ligada na sua base, uma das entradas (A ou B) do circuito. Para ter o valor 0 no ponto X é preciso que ambos os transistores estejam conduzindo, o que é conseguido apenas quando ambas as entradas A e B estão em 1. Se uma ou ambas as entradas estiver com o valor 0, o transistor correspondente estará cortado, e não passará corrente através de ambos. Isto fará com que o ponto X fique com o valor 1.Esta é exatamente o função inversa do AND, e é chamada NAND. Sua tabela verdade é:

A B A NAND B

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Para que tenhamos na saída do circuito uma função AND, é preciso inverter o sinal presente no ponto X, para isso utilizamos mais um inversor, representado pelo terceiro transistor e seus resistores. Circuitos lógicos como NOT, AND, OR, NAND, NOR e outros operadores, podem ser costruídos utilizando várias técnicas. Mostramos aqui o método RTL, porém existem outras formas de criar circuitos equivalentes, como:

DTL: Diode-Transistor Logic

ECL: Emitter Coupled Logic

TTL: Transistor-Transistor Logic

CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic

As técnicas mais utilizadas são a TTL, para chips mais simples, e CMOS para chips mais complexos.