Las puertas lógicas son uno de los temas más importantes en electrónica, especialmente en electrónica digital. El concepto de puertas lógicas se basa en el concepto de funciones booleanas. Las puertas lógicas toman uno o varios valores binarios como entrada y devuelven un valor binario como salida después de realizar el cálculo lógico en ellas. Hay varios tipos de GATE disponibles en electrónica digital, algunas de ellas se conocen como puertas básicas y otras como puertas universales.

A puerta NAND entra en la categoría de puertas universales porque la puerta NAND puede implementar cualquier función booleana sin la ayuda de puertas básicas y también calcular los resultados de entradas lógicas sin la ayuda de ninguna otra puerta lógica.

Tabla de contenidos

• ¿Qué es una puerta lógica?
• 
  Símbolo de la puerta AND
• Tabla de verdad de la puerta AND
• Puerta NAND en términos de transistor
• Aplicaciones de la puerta NAND
• Ventajas de la puerta NAND
• Desventajas de la puerta NAND

¿Qué es la puerta NAND?

Las puertas lógicas son un pequeño circuito de conmutación digital que determina la salida de dos o más funciones booleanas ingresadas en formato binario. El 1 lógico significa Verdadero o Alto por naturaleza, mientras que el 0 lógico significa Falso o Bajo por naturaleza. Según diferentes operaciones lógicas, el resultado es diferente. Puede haber muchas entradas en una puerta lógica pero solo habrá una salida. Cada puerta lógica tiene su propia Tabla de Verdad que representa todas las combinaciones de entrada y salida.

La puerta NAND, también conocida como puerta No-Y, hace exactamente lo contrario o complemento de la puerta AND.

Operación de la puerta AND

NAND Gate toma valores booleanos como entrada y devuelve:

• Devuelve 1, si todas las entradas son 0 o alternativas (lo que significa que una es 0 y la otra es 1 o viceversa).
• Devuelve 0, si todas las entradas son 1

El expresión booleana de NAND Gate es el siguiente:

Digamos que tenemos dos entradas, A y B, y la salida se llama X, entonces la expresión es:

X = (A. B)’

Tipos de puertas NAND

Hay dos tipos de puertas NAND, según el número de entradas.

• Puerta NAND de 2 entradas
• Puerta NAND de 3 entradas

Puerta NAND de 2 entradas

Es la forma más simple de puerta NAND que toma dos entradas y devuelve la salida. Hay 2²= 4 combinaciones de entrada y salida.

Puerta NAND de tres entradas

Como sugiere el nombre, tiene tres entradas y una sola salida. Hay 2³= 8 combinaciones de entrada y salida.

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Símbolo de la puerta AND

A continuación se muestra el símbolo de la puerta NAND, A y B representan las dos entradas. La puerta NAND realiza la operación NAND lógica en las entradas. La salida está representada por la línea que se extiende desde la parte inferior del símbolo de la puerta NAND.

El mesa de la verdad de la puerta NAND de dos entradas es la siguiente:

Puerta NAND

Tabla de verdad de la puerta AND

En la tabla de verdad dada, devuelve 1, si todas las entradas son 0 o alternativas (lo que significa que una es 0 y la otra es 1 o viceversa). de lo contrario, devuelve 0, si todas las entradas son 1.

Puerta NAND de 3 entradas

Puerta NAND en términos de transistor

La puerta NAND es uno de los principales componentes de los circuitos lógicos digitales. Su funcionamiento también se puede explicar mediante el concepto de transistores. Los transistores son un tipo de semiconductor Dispositivo que se utiliza principalmente para amplificar o conmutar señales electrónicas.

Puerta NAND en términos de transistor

Funcionamiento del circuito

Aquí, en el diagrama anterior, hay dos transistores llamados Q1 y Q2, que están conectados en una configuración en serie. El terminal del colector de Q1 está conectado con Vcc y también con el terminal de salida. El emisor de Q1 está conectado con el colector de Q2, que realiza la conexión en una configuración en serie. El emisor de Q2 está conectado a tierra lo que completa todo el circuito.

Tomemos un caso en el que las entradas A y B sean 0. En este caso, el transistor actuará como un interruptor y terminará la conexión entre el colector y el emisor. Cuando el suministro de 5 V está encendido, llega al terminal del colector directamente del primer transistor. El terminal del colector está conectado con la salida, por lo que el suministro de 5 V va directamente a la salida. Por lo tanto, la salida será ALTA.

Aplicaciones de la puerta NAND

• Puerta universal: La puerta NAND se llama puerta universal porque todas las puertas lógicas básicas se pueden formar usándolas.
• Se utiliza para almacenar datos: Las puertas NAND se utilizan para crear elementos como Flip-Flops y Latches, que es un componente clave para almacenar datos.
• Lógica aritmética: Las puertas NAND se utilizan ampliamente en las unidades aritméticas y lógicas (ALU) de un dispositivo informático para realizar operaciones como suma, resta, etc.
• Utilizado en decodificador y codificador: Las puertas NAND también se utilizan en circuitos decodificadores y codificadores para convertir un código binario en un conjunto de señales digitales y viceversa.
• Utilizado en Multiplexores y Demultiplexores: Las puertas NAND se utilizan en multiplexores para decidir qué ruta debe tomar una señal para llegar a una única salida. El demultiplexor hace exactamente lo contrario de esto.
• Generadores de reloj: Puertas NAND utilizadas en generadores de reloj para generar señales de reloj que sincronizan varias operaciones en circuitos digitales.
• Operaciones lógicas: Las puertas NAND también se utilizan para implementar diversas operaciones lógicas.

Ventajas de la puerta NAND

• Es una Puerta Universal: La puerta NAND es una puerta universal, por lo que se puede utilizar para construir cualquier puerta lógica básica sin utilizar ninguna otra puerta. Además, puede resolver problemas lógicos complejos.
• Simplifique expresiones lógicas: Utilizando únicamente la puerta NAND, podemos simplificar cualquier circuito lógico complejo y representarlo de una manera más sencilla.
• Componentes bajos necesarios: La puerta NAND puede representar cualquier otra puerta lógica, podemos utilizar puertas NAND para resolver expresiones lógicas complejas y, como resultado, se requiere una pequeña cantidad de puertas NAND.
• Menos consumo de energía: La implementación de funciones lógicas utilizando una puerta NAND consume mucha menos energía que otras puertas.

Desventajas de la puerta NAND

• Falta de flexibilidad: Aunque NAND es una puerta universal, es posible que la implementación de todos los circuitos lógicos utilizando una puerta NAND no siempre produzca el resultado más optimizado.
• Velocidad: En algunos casos, el uso de la puerta NAND puede provocar un retraso de propagación; esas expresiones lógicas pueden necesitar algunas puertas dedicadas para resolverse.

Ejemplo resuelto de puerta NAND

Implemente el circuito dado usando la puerta NAND.

Tenemos 4 entradas denominadas A, B, C y D. Aquí vamos a realizar la funcionalidad de la puerta NAND utilizando 2 puertas AND y 1 puerta OR.

Y en la sección resultante, usaremos 2 puertas NAND y 1 puerta OR para conocer la diferencia entre la funcionalidad de la puerta AND y la puerta NAND.

Diagrama de circuito

Solución:

Convertir las puertas AND y OR en puertas NAND y mantener la misma expresión booleana.

Implemente el circuito dado usando la puerta NAND

Como resultado, obtenemos el resultado: A'B' + C'D'

Puerta NAND: preguntas frecuentes

¿Por qué NAND Gate se llama Universal Gate?

NAND Gate se llama Universal Gate porque puede usarse para formar cualquier otra puerta lógica básica como AND OR NOT sin necesidad de la ayuda de otra puerta.

¿En qué se diferencia una puerta NAND de una puerta AND?

Cuando invertimos la salida de la puerta AND obtenemos la puerta NAND. Significa que el resultado de la puerta AND simplemente se invertirá en el caso de la puerta NAND. Es una forma corta de puerta NOT-AND.

¿Cómo se logra la operación NO lógica en la puerta NAND?

La operación lógica NOT se realiza en la salida de la puerta AND. La puerta NAND es una combinación de la puerta AND y NOT, donde dos o más entradas ingresan a la entrada AND y producen una única salida que luego se alimenta a la puerta NOT, que produce el complemento de la salida.