3 Portas Lógicas com Diodos e Transistores

Prévia do material em texto

Prof. Mario F.G.Boaratti
Implementação de Portas Lógicas
As portas lógicas podem ser construídas através de circuitos com 
diodos, transistores e resistores.
Podem também ser encontradas em circuitos integrados. Onde cada 
CI contém uma ou mais portas lógicas.
5V
Fonte: http://docplayer.com.br/5199749-Caderno-de-laboratorio.html
Vista de cima
“Top View”
Reprografia proibida
PORTAS LÓGICAS A DIODO E TRANSISTOR
Introdução
Os circuitos básicos são denominados portas (gates), os quais 
podem ser ativos ou passivos. As portas passivas utilizam 
diodos e resistores e as portas ativas trabalham com 
transistores.
Na apresentação das portas e seus circuitos, utilizaremos o 
sentido convencional de corrente e trabalharemos com lógica 
positiva.
Logo:
- a corrente no diodo será do ânodo para cátodo quando 
polarizado diretamente;
- associaremos nível 0V ao bit 0, e ao potencial +Vcc o bit 1.
Veja figura 1
Porta E (AND)
A figura 2 abaixo representa o circuito básico da porta E
utilizando diodos e resistores:
ânodo cátodo
+ - 0
1
LOW
L
H
HIGHHIGHHIGH
+Vcc
HIGH
0V
Figura 1
+Vcc
A
B
D1 R
D2
F
A
B
F
Figura 2
Analisando as possíveis situações para as entradas A e B, 
teremos:
1- Entradas A e B ligadas ao terra, A = 0 e B = 0:
Os diodos estarão em condução, e supondo a resistência 
interna dos diodos igual a zero e desprezando a queda de 0,6V 
sobre o diodo, podemos dizer que o potencial no ponto F é
nulo, isto é F = 0.
2- Entrada A ligada ao terra (A=0) e B ao Vcc (B=1):
O diodo D2 está polarizado inversamente e portanto cortado 
mas o diodo D1 está conduzindo e faz com que o potencial de 
F seja mulo, isto é F = 0.
Prof. Mario F.G.Boaratti
3- Entrada A ligada ao Vcc (A=1) e B ao terra (B=0):
Condição de simples troca dos níveis de entrada em relação ao 
caso anterior. Logo F = 0.
4- Entradas A e B ligadas ao Vcc, A = 1 e B = 1:
Nesta condição os dois diodos estão cortados e a tensão no 
ponto F é igual a Vcc, dado que não existe queda de tensão 
sobre o resistor R. Portanto temos F = 1.
As portas E podem ter duas ou mais entradas, o que significa acrescentar mais diodos.
Tensões Níveis Tabela VerdadeResumindo:
Porta OU (OR)
A figura 3 abaixo representa o circuito básico da porta OU 
utilizando diodos e resistores:
Analisando as possíveis situações para as entradas A e B, 
teremos:
1- Entradas A e B ligadas ao terra, A = 0 e B = 0:
Nesta condição o potencial em todo o circuito é nulo, o que 
corresponde a F = 0. Prof. Mario F.G.Boaratti
+Vcc A
B
F
R
A
B
F
D1
D2
Figura 3
2- Entrada A ligada ao terra (A=0) e B ao Vcc (B=1):
O diodo D2 está conduzindo, levando o potencial de Vcc ao 
ponto F; D1 está reversamente polarizado, portanto cortado, 
desta forma F = 1.
3- Entrada A ligada ao Vcc (A=1) e B ao terra (B=0):
Condição de simples troca dos níveis de entrada em relação ao 
caso anterior. Logo F = 1.
4- Entradas A e B ligadas ao Vcc, A = 1 e B = 1:
Nesta condição os dois diodos estão conduzindo e o potencial 
no ponto F é igual a Vcc, logo F = 1.
Resumindo:
A porta inversora possui a seguinte característica:
• Entrada "High" ou 1 → Saída "Low" ou 0;
• Entrada 0 → Saída 1.
Porta Inversora (NOT)
Tensões Níveis Tabela Verdade
Prof. Mario F.G.Boaratti
O circuito da figura 4a realiza a função inversora; seu símbolo 
lógico está representado na figura 4b.
Porta com Transistor
Vcc
A RB
IB
VBE
VCE
RC
AF F
Figura 4
a
b
Analisando o circuito teremos:
1- Entrada A ligada ao terra (A = 0):
Nesta situação a tensão VBE = 0V e IB = 0A. Deste modo o 
transistor se apresenta no corte e a tensão no ponto F é a 
própria tensão coletor-emissor (VCE), que neste caso é Vcc, 
dado que IC = 0A � VRC = 0V. Portanto F = 1 lógico.
2- Entrada A ligada ao Vcc (A=1):
Nesta situação, pelo circuito de base passará uma corrente 
diferente de zero. O valor de RB é escolhido para termos IB
suficiente para a saturação IBS.
Estando o transistor saturado, a tensão de saída em F é a 
tensão entre coletor e emissor na saturação (VCES), que é
aproximadamente zero, portanto F = 0 lógico.
As tabelas do circuito inversor são:
Tensões Níveis Tabela VerdadeTensões Níveis
Prof. Mario F.G.Boaratti
Cálculo de RC e RB
Para calcular os valores de RC e RB, basta aplicar a segunda 
lei de Kircchoff ao circuito da figura 4a:
)2(
I
VVR
CS
CESCC
C
−
=
)1(
I
VVR
B
BEA
B
−
=
Onde:
VA = tensão de entrada (normalmente +Vcc);
VBE = tensão da barreira de potencial da junção base-emissor. 
Normalmente 0,7V para o silício e 0,3V para o germânio.
ICS = Corrente de saturação de coletor. Fornecido pelo fabricante;
VCES = Tensão de saturação de coletor. Fornecido pelo fabricante.
Porta NE (NAND)
Para realizarmos a porta NE, basta unirmos a porta E com a 
porta inversora. Como mostra a figura 5.
figura 5
Onde: A resistência de base a ser considerada é RB = RB1 + RB2
A
Vcc
RB1
RC
RB2
D1
D2
F ST1
B
Vcc
Exemplo: Considerando o circuito da figura 4a, projetar um 
circuito inversor sendo Vcc = 10 V e a corrente de coletor 
menor ou igual a 100 mA.
Resolução:
Do manual do fabricante tiramos as características do 
Transistor:
ICS = 100mA; IBS = 5mA; VCES = 600mV e VBE ≈ 0,7V
da equação 2: Ω=−=
−
−
94
10.100
10.60010R 3
3
C
∴ usar RC = 100Ω � IC ≈ 94mA
da equação 1, e escolhendo IB = 5,0 mA para garantir a 
saturação:
Ω=−=
−
kRB 861
1005
7010
3 ,
.,
,
Prof. Mario F.G.Boaratti
Porta NOU (NOR)
Para realizarmos a porta NOU, basta unirmos a porta OU com 
a porta inversora. Como mostra a figura 6.
Prof. Mario F.G.Boaratti
figura 6
Para garantir “0”em F 
quando A = 0 e B = 0.
R deve ser de valor elevado
R
A
B
D1
D2 F
RB
RC
T2
S
Vcc
Exercícios sobre portas NE e NOU com diodos e transistores
Dados: Diodo: IF = 200mA, VR = 75V e VD = 0,7V.
Transistor de silício; ICS = 50mA; IBS = 2mA; VCEO = 20V; VCES
= 0,3V; VBES = 0,7V.
Calcular as resistências para os circuitos. Sabendo que a carga é
um LED e consome 10mA para uma tensão nominal de 1,8V em 
seus terminais.
1- Porta NE (NAND)
2- Porta NOU (NOR)
Prof. Mario F. G. Boaratti - 2016 
Lista Extra sobre Portas a Diodo e Transistor. 
 
 
Dados: 
Diodo de silício 1N4001: IF = 1 A; VF = 1,1 V; VR = 50 V. 
A bobina do relê necessita de 5 V e pelo menos 150 mA para operar. 
Transistor : VCEO = 45V; ICmax = 1 A; VCEsat = 0,5V; IBs ≈ 1mA (para IC = 200mA); VBEsat = 0,8V 
 
Dimensionar as portas lógicas: 
 
A) 
 
B) 
 
 
C) 
 
 
 
D) Projete uma porta NE que acione o relê. 
 
E) Projete uma porta NOU que acione o relê. 
R
D1
D3
D2
12 V
A
B
C
+15 V
A
RB
RC