Las compuertas lógicas (o puertas lógicas) son los bloques básicos de la electrónica digital: circuitos que reciben una o varias entradas binarias (0 o 1) y entregan una salida según una regla lógica. Combinando millones o miles de millones de ellas se construyen los procesadores, memorias y demás chips de cualquier computadora o celular.
Respuesta rápida: las compuertas lógicas básicas son AND, OR y NOT; a partir de ellas se forman NAND, NOR, XOR y XNOR, para un total de 7 tipos. Su comportamiento se describe con una tabla de verdad y se analiza con el álgebra de Boole.
¿Qué es una compuerta lógica?
Es un circuito electrónico, construido con transistores, que realiza una operación lógica sobre sus entradas. En electrónica digital solo existen dos valores: 0 (bajo, falso), normalmente 0 V, y 1 (alto, verdadero), normalmente el voltaje de alimentación, por ejemplo 5 V o 3,3 V.
Las compuertas son la operación digital más simple que puede realizar un circuito, pero al combinarlas se obtienen sumadores, comparadores, codificadores, decodificadores, contadores, memorias y, finalmente, procesadores completos.
¿Cómo funciona una compuerta lógica?
Cada compuerta recibe señales eléctricas en sus entradas y las interpreta como 0 o 1 según su nivel de voltaje. Internamente, sus transistores funcionan como interruptores que se abren o cierran para producir la salida correspondiente. Esa salida puede conectarse a la entrada de otras compuertas, formando circuitos cada vez más complejos.
Para diseñar y analizar estos circuitos se usa el álgebra de Boole, una rama de las matemáticas que trabaja con valores verdadero/falso, y la tabla de verdad, que muestra la salida para cada combinación posible de entradas.
Tipos de compuertas lógicas y sus tablas de verdad
Compuerta AND (Y)
Realiza la multiplicación lógica: la salida es 1 solo si todas las entradas son 1. Expresión: X = A · B.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Compuerta OR (O)
Realiza la suma lógica: la salida es 1 si al menos una entrada es 1. Expresión: X = A + B.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Compuerta NOT (NO o inversor)
Tiene una sola entrada e invierte su valor: si entra 0 sale 1, y si entra 1 sale 0. Expresión: X = A̅.
| A | Salida |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Compuerta NAND (NO-Y)
Es una AND seguida de un inversor: la salida es 0 solo cuando todas las entradas son 1.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Compuerta NOR (NO-O)
Es una OR seguida de un inversor: la salida es 1 solo cuando todas las entradas son 0.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Compuerta XOR (O exclusiva)
La salida es 1 cuando las entradas son diferentes. Es la base de los circuitos que suman números binarios. Expresión: X = A ⊕ B.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Compuerta XNOR (NO-O exclusiva)
Es una XOR invertida: la salida es 1 cuando las entradas son iguales, por lo que funciona como comparador de igualdad.
| A | B | Salida |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Compuertas universales
Las compuertas NAND y NOR se llaman universales porque, combinando solo compuertas de uno de esos tipos, se puede construir cualquier otra compuerta y, por lo tanto, cualquier circuito digital. Por eso son muy usadas en la fabricación de chips.
Circuitos integrados de compuertas lógicas
Para practicar en protoboard se usan circuitos integrados de las familias 74xx (TTL y CMOS de la serie 74HC) y 40xx (CMOS). Los más comunes de la serie 74 son:
| Compuerta | Circuito integrado |
|---|---|
| NAND | 7400 |
| NOR | 7402 |
| NOT | 7404 |
| AND | 7408 |
| OR | 7432 |
| XOR | 7486 |
La mayoría incluye cuatro compuertas de dos entradas (la 7404 incluye seis inversores) y se alimenta por los pines 14 (VCC) y 7 (GND).
¿Para qué sirven las compuertas lógicas?
- Procesadores y memorias: un procesador moderno contiene miles de millones de transistores organizados en compuertas.
- Sumadores y calculadoras: combinando XOR y AND se construye un sumador binario.
- Sistemas de control y alarmas: por ejemplo, encender una alarma si una puerta está abierta Y el sistema está activado (AND).
- Decodificadores, como los que controlan un display de 7 segmentos.
- Automatización industrial, donde la misma lógica se programa en autómatas (PLC).
Preguntas frecuentes
¿Cuántas compuertas lógicas existen?
Siete: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR. Las tres primeras son las básicas.
¿Qué es una tabla de verdad?
Es una tabla que muestra la salida de un circuito lógico para todas las combinaciones posibles de sus entradas.
¿Por qué NAND y NOR se llaman universales?
Porque con cualquiera de ellas, por sí sola, se pueden construir todas las demás compuertas.
¿Con qué se fabrican las compuertas lógicas?
Con transistores; en los chips actuales se usa tecnología CMOS, que combina transistores MOSFET de tipo N y P.
Recursos interesantes
- https://www.logicbus.com.mx/compuertas-logicas.php
- https://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_l%C3%B3gica
- https://www.ecured.cu/Compuertas_L%C3%B3gicas
- https://www.usc.edu.co/files/LABORATORIOS/GUIAS/INGENIERIA/INGENIERIA%20EN%20SISTEMAS/CIRCUITOS%20DIGITALES%20%20I/COMPUERTAS%20LOGICAS.pdf