Fonaments d'Electrònica: Circuits Analògics, Digitals i Lògica Binària

Circuits Electrònics Analògics

Explorem diversos circuits electrònics analògics fonamentals:

Transistor en Commutació

En aquest circuit, la base rep corrent a través del resistor de polarització i s'estableix el corrent de base-emissor que fa que el transistor condueixi al màxim entre col·lector-emissor i encengui la bombeta. En aquest mode de treball, en commutació, el transistor funciona com un interruptor electrònic amb dos estats ben diferenciats: obert (OFF) i tancat (ON).

Transistor en Mode Lineal

En aquest cas, no només podrem encendre o apagar la bombeta, sinó que a més podrem regular-ne la intensitat lluminosa.

Regulador Electrònic

Una aplicació pràctica del circuit anterior amb un transistor treballant en mode lineal és la implementació d'un regulador electrònic.

Temporitzador

És un circuit d'un senzill temporitzador retardat a la connexió, el qual produirà un retard de temps abans no condueixi el transistor i encengui el LED. Els components principals són:

• Condensador
• Transistor
• Resistor

Sistemes de Numeració i Lògica Digital

El Sistema Binari

És un sistema de numeració en el qual els nombres es representen utilitzant solament dos dígits o xifres: 0 i 1, anomenats bits.

Aritmètica Binària

Conversió de Decimal a Binari

Per convertir un nombre del sistema de numeració decimal al sistema binari, es divideix el nombre decimal entre 2. Per exemple, el nombre decimal 27 és el 11011 en el sistema binari: 27 (10 = 11011 (2).

Conversió de Binari a Decimal

Per convertir un nombre binari a decimal, es multiplica cada bit pel pes que té associat i se sumen els resultats parcials. Per exemple, el nombre binari 11011 és el 27 en el sistema decimal: 11011 (2 = 27 (10).

Operacions Aritmètiques amb Nombres Binaris

La suma i la resta aritmètiques en el sistema binari es fan de manera idèntica a com es fan en el sistema decimal, però fent servir només els dígits 0 i 1.

Lògica Binària

Els sistemes electrònics digitals utilitzen l'àlgebra lògica o àlgebra de Boole per fer operacions lògiques amb variables binàries.

L'Àlgebra de Boole

És el conjunt de lleis i postulats que permeten fer operacions lògiques amb variables binàries.

Funcions Lògiques

Una funció lògica és una expressió algebraica formada per variables binàries relacionades per un o diversos operadors lògics de l'àlgebra de Boole: suma lògica, producte lògic i negació. Les funcions lògiques principals són:

• La funció O (OR): és la suma lògica.
• La funció I (AND): és el producte lògic.
• La funció NO (NOT): és la inversió lògica o negació.

Suma Lògica

• (a + 0 = a): Sumar 0 a una variable té com a resultat la variable.
• (a + 1 = 1): El resultat de sumar 1 a una variable és sempre 1.
• (a + a = a): Una variable sumada a si mateixa dona la variable.
• (a + _a = 1): Una variable sumada a la seva inversa és sempre 1.

Producte Lògic

Exemples de producte lògic:

• (0 x 0 = 0)
• (1 x 0 = 0)
• (0 x 1 = 0)
• (1 x 1 = 1)

Inversió Lògica

La inversió lògica de la variable 'a' es representa amb un guió sobre la variable (per exemple, _a o ā).

Teorema de De Morgan

Molt útil a l'hora de simplificar funcions lògiques, consta d'un parell de regles de transformacions:

• La negació de la suma lògica.
• La negació del producte lògic.

Portes Lògiques

Són circuits integrats capaços de realitzar operacions lògiques o funcions booleanes. Alguns exemples són:

• NOR
• NAND
• EXOR

Taula de la Veritat

Representa de manera ordenada totes les combinacions possibles dels valors de les variables d'entrada i l'estat corresponent de la variable de sortida.

Circuits Electrònics Digitals

Permeten resoldre moltes necessitats d'automatització i control de processos. La seva importància es fa palesa en nombroses aplicacions i dispositius, com ara calculadores.

Resolució de Problemes amb Circuits Digitals

Per resoldre un problema amb circuits digitals, se segueixen els següents passos:

1. Identificar les entrades i sortides del sistema.
2. Elaborar la taula de la veritat.
3. Obtenir i simplificar la funció lògica resultant.
4. Dissenyar i implementar el circuit lògic.
5. Avaluar i comprovar el funcionament del circuit.