Principios de Neumática y Electrónica Digital: Válvulas, Señales y Puertas Lógicas

Neumática: Fundamentos de Control por Aire

Las válvulas lógicas en neumática cumplen las mismas funciones que las puertas lógicas en electrónica, permitiendo el control de flujo de aire basado en condiciones lógicas. Existen dos tipos principales:

Válvula "O" (Seleccionadora o de Doble Efecto)

Se utiliza cuando se desea accionar un cilindro desde dos posiciones, de forma indistinta. El aire entra por la conexión "X", el pistón se desplaza hasta la conexión "Y" y el aire sale por la conexión "A". [Ver Diagrama de Válvula "O"]

Válvula "Y" (Simultaneidad)

Se utiliza cuando un cilindro debe ser accionado desde dos puntos diferentes al mismo tiempo. El aire debe entrar simultáneamente por las conexiones "X" e "Y", ya que de lo contrario se produce un bloqueo. [Ver Diagrama de Válvula "Y"]

Electrónica Digital: Señales y Lógica de Circuitos

Una señal eléctrica es la variación de una magnitud (como tensión o corriente) a medida que transcurre el tiempo. Todos los circuitos electrónicos operan con señales eléctricas.

Señales Analógicas y Señales Digitales

Señales Analógicas

La señal varía de forma continua a medida que transcurre el tiempo, pudiendo tomar cualquier valor intermedio dentro de un rango. Son representaciones directas de fenómenos físicos.

Señales Digitales

La señal varía en pasos discretos, solo puede tomar un conjunto de valores predefinidos. La señal digital binaria, fundamental en electrónica, solo puede tomar dos valores: 1 (alto o encendido) y 0 (bajo o apagado). Estos dos valores sirven de base para el diseño de múltiples circuitos electrónicos digitales.

Cada uno de estos valores recibe el nombre de bit. Este es el sistema que utilizan los ordenadores para procesar la información. Es importante destacar que estos dos valores binarios no representan números en sí mismos, sino estados lógicos diferentes de un dispositivo (por ejemplo, verdadero/falso, activado/desactivado).

Tabla de Verdad de un Circuito Digital

En los circuitos digitales, tanto las entradas como las salidas solo pueden encontrarse en dos estados lógicos o de tensión: tensión alta (1) o tensión baja (0).

La tabla de verdad de un circuito digital es una representación tabular que muestra todos los estados posibles de las entradas y los correspondientes estados de las salidas. Para construir una tabla de verdad, se siguen los siguientes pasos:

1. En la primera fila, se listan todas las variables, tanto de entrada como de salida.
2. Debajo de las columnas de entrada, se escriben todas las combinaciones posibles de ceros y unos (estados lógicos).
3. Observando el esquema del circuito, se determina fila por fila si, para cada estado de las entradas, las salidas (por ejemplo, bombillas o actuadores) se activarán o no, registrando el valor lógico correspondiente.

Función Lógica de un Circuito y Álgebra de Boole

El Álgebra de Boole es una teoría matemática basada en el sistema binario, cuyos postulados pueden aplicarse a todo tipo de elementos que trabajen con dos estados posibles (lógicos).

La función lógica de un circuito es una expresión matemática que relaciona las salidas con las entradas. A partir de esta función, es posible deducir cómo implementar o montar el circuito.

La función lógica para una salida S será una expresión matemática formada por una suma de productos (forma canónica disyuntiva). Cuando una tabla de verdad tiene más de una salida, se generará una función lógica para cada una de ellas.

Puertas Lógicas Digitales

Una puerta lógica es un circuito electrónico que produce señales digitales en su salida cuando se aplican señales digitales a sus entradas. Las señales de salida dependen directamente de las señales de entrada, siguiendo una lógica predefinida. Existen varios tipos fundamentales:

Puerta Lógica OR (O) - Función Suma

Equivale al comportamiento de dos interruptores montados en paralelo. Al activar un pulsador, o el otro, o ambos, se permite el paso de la corriente (estado lógico 1). La salida de una puerta lógica OR se encuentra en estado lógico 1 si una o más de sus entradas están en estado 1. [Ver Diagrama y Tabla de Verdad de Puerta OR]

Puerta Lógica NOT (Inversor) - Función Negación

Solo tiene una entrada y una salida. Se utiliza para invertir o negar una señal; es decir, si en la entrada se tiene un 1, en la salida se obtendrá un 0, y viceversa. Resulta muy útil al diseñar y montar circuitos. La salida de una puerta lógica NOT tiene el estado 1 solo si la entrada toma el estado 0, y tiene el valor 0 si la entrada es 1. [Ver Diagrama y Tabla de Verdad de Puerta NOT]

Puerta Lógica NOR

Es una puerta OR seguida de una negación (NOT). Su comportamiento es tal que la salida solo se activa (estado 1) cuando todas sus entradas están en estado 0 (apagadas). La función NOR produce una señal de salida en estado 1 únicamente cuando ninguna de sus entradas está activa (estado 1). [Ver Diagrama y Tabla de Verdad de Puerta NOR]

Puerta Lógica NAND

Es una puerta AND seguida de una negación (NOT). La salida se activa (estado 1) si al menos una de las entradas está en estado 0 (abierta). Para que la salida se desactive (estado 0), es necesario que ambas entradas estén en estado 1 (cerradas). La función NAND produce una señal de salida en estado 1 siempre que no todas sus entradas estén activas (estado 1). [Ver Diagrama y Tabla de Verdad de Puerta NAND]