Inversor (puerta lógica)

Tradicional NO puerta (inversor) símbolo

En lógica digital, un inversor o puerta NO es una puerta lógica que implementa la negación lógica. Emite un bit opuesto al bit que se pone en él. Los bits normalmente se implementan como dos niveles de voltaje diferentes.

Descripción

La puerta NOT genera un cero cuando se le da un uno y un uno cuando se le da un cero. Por lo tanto, invierte sus entradas. Coloquialmente, esta inversión de bits se llama "voltear" pedacitos Al igual que con todas las puertas lógicas binarias, se pueden usar otros pares de símbolos, como verdadero y falso, o alto y bajo, en lugar de uno y cero.

Es equivalente al operador de negación lógica (¬) en lógica matemática. Debido a que solo tiene una entrada, es una operación unaria y tiene el tipo más simple de tabla de verdad. También se le llama la puerta del complemento porque produce los unos' complemento de un número binario, intercambiando 0s y 1s.

La puerta NOT es una de las tres puertas lógicas básicas a partir de las cuales se puede construir cualquier circuito booleano. Junto con la puerta AND y la puerta OR, se puede implementar cualquier función en matemática binaria. Todas las demás puertas lógicas se pueden hacer a partir de estos tres.

Los términos "inversor programable" o "inversor controlado" no te refieras a esta puerta; en cambio, estos términos se refieren a la puerta XOR porque puede funcionar condicionalmente como una puerta NOT.

Símbolos

Tradicional NO símbolo de puerta; a veces el triángulo se omite, o el círculo se puede colocar en la línea de entrada

NO es símbolo de puerta

El símbolo tradicional de un circuito inversor es un triángulo que toca un pequeño círculo o "burbuja". Las líneas de entrada y salida se adjuntan al símbolo; la burbuja suele estar unida a la línea de salida. Para simbolizar la entrada baja activa, a veces la burbuja se coloca en la línea de entrada. A veces, solo se usa la parte circular del símbolo y se adjunta a la entrada o salida de otra puerta; los símbolos de NAND y NOR se forman de esta manera.

Una barra o línea superior (‾) sobre una variable puede indicar la negación (o inversión o complemento) realizada por una puerta NOT. También se usa una barra inclinada (/) antes de la variable.

Implementación electrónica

Un circuito inversor emite un voltaje que representa el nivel lógico opuesto a su entrada. Su función principal es invertir la señal de entrada aplicada. Si la entrada aplicada es baja, la salida se vuelve alta y viceversa. Los inversores se pueden construir utilizando un solo transistor NMOS o un solo transistor PMOS junto con una resistencia. Dado que este "drenaje resistivo" enfoque utiliza un solo tipo de transistor, se puede fabricar a bajo costo. Sin embargo, debido a que la corriente fluye a través de la resistencia en uno de los dos estados, la configuración de drenaje resistivo tiene desventajas en cuanto al consumo de energía y la velocidad de procesamiento. Alternativamente, los inversores se pueden construir utilizando dos transistores complementarios en una configuración CMOS. Esta configuración reduce en gran medida el consumo de energía ya que uno de los transistores siempre está apagado en ambos estados lógicos. La velocidad de procesamiento también se puede mejorar debido a la resistencia relativamente baja en comparación con los dispositivos de tipo solo NMOS o solo PMOS. Los inversores también se pueden construir con transistores de unión bipolar (BJT) en una configuración de lógica de resistencia-transistor (RTL) o de lógica de transistor-transistor (TTL).

Los circuitos electrónicos digitales funcionan a niveles de tensión fijos correspondientes a un 0 ó 1 lógico (ver binario). Un circuito inversor sirve como puerta lógica básica para cambiar entre esos dos niveles de voltaje. La implementación determina el voltaje real, pero los niveles comunes incluyen (0, +5 V) para circuitos TTL.

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  Inversor de lógica NMOS

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  PMOS lógica inverter

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  Inversor de lógica CMOS estático

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  NPN resistor-transistor logic inverter

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  NPN transistor-transistor logic inverter

Bloque de construcción digital

Este diagrama esquemático muestra la disposición de las puertas NO dentro de un búfer de invertir hex estándar 4049 CMOS.

El inversor es un componente básico de la electrónica digital. Los multiplexores, decodificadores, máquinas de estado y otros dispositivos digitales sofisticados pueden usar inversores.

El inversor hexadecimal es un circuito integrado que contiene seis (hexa-) inversores. Por ejemplo, el chip TTL 7404 que tiene 14 pines y el chip CMOS 4049 que tiene 16 pines, 2 de los cuales se usan para alimentación/referencia, y 12 de los cuales se usan para las entradas y salidas de los seis inversores (el 4049 tiene 2 pines sin conexión).

Representación analítica

f()a)=1− − a{displaystyle f(a)=1-a} es la representación analítica de NO puerta:

• f()0)=1− − 0=1{displaystyle f(0)=1-0=1}
• f()1)=1− − 1=0{displaystyle f(1)=1-1=0}

Alternativas

Si no hay puertas NOT específicas disponibles, se puede crear una a partir de las puertas universales NAND o NOR, o una puerta XOR configurando una entrada en alto.

Puerta deseada	Construcción NAND	Construcción NOR

Medición de rendimiento

Curva de transferencia de tensión para un inversor de 20 μm fabricado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte

La calidad del inversor digital a menudo se mide mediante la curva de transferencia de voltaje (VTC), que es un gráfico de la salida frente al voltaje de entrada. A partir de dicho gráfico, se pueden obtener los parámetros del dispositivo, incluida la tolerancia al ruido, la ganancia y los niveles lógicos operativos.

Idealmente, el VTC aparece como una función de paso invertido; esto indicaría un cambio preciso entre encendido y apagado, pero en los dispositivos reales existe una región de transición gradual. El VTC indica que para un voltaje de entrada bajo, el circuito genera un voltaje alto; para entrada alta, la salida disminuye hacia el nivel bajo. La pendiente de esta región de transición es una medida de calidad: las pendientes pronunciadas (cercanas al infinito) producen una conmutación precisa.

La tolerancia al ruido se puede medir comparando la entrada mínima con la salida máxima para cada región de operación (encendido/apagado).