O que são portas lógicas? Tipos e características!

Escrito na categoria "Componentes eletrônicos" por Pedro Alves.

Nos dias de hoje é muito comum a utilização de aparelhos eletrônicos, mas você sabe a lógica por trás destes dispositivos? Você sabe como o celular, tablet ou computador pelo qual lê este texto foi desenvolvido? Sabe o que são portas lógicas? Se a resposta for não, no final deste artigo você descobrirá alguns dos mistérios por trás dos sistemas digitais. Então, bora aprender eletrônica!

Sistema Binário

Um sistema digital é o conjunto de aparelhos usados para lidar com informações lógicas ou com quantidades físicas de forma digital. Para isso, é comum usarmos o sistema numérico binário, também conhecido como sistema de base 2, que consiste em dois possíveis valores de tensão, simbolizados pelos números 0 e 1, ou nível lógico baixo e nível lógico alto, respectivamente.
Isso ocorre devido ao fato de que não seria viável projetar dispositivos eletrônicos capazes de operar com muitos níveis de tensão. Apesar disso, em algumas situações é necessário converter as saídas digitais binárias em valores com base decimal, como na utilização de calculadoras e computadores.

Álgebra Booleana

Nos circuitos lógicos, há uma predeterminação para a tensão, com valores de entrada e saída definidos. Portanto, para analisar e projetar determinados circuitos lógicos usamos a Álgebra Booleana, uma técnica que caracteriza as relações entre as entradas e saídas a partir de equações, também conhecidas como expressões booleanas.
Com o uso da álgebra booleana, também é possível simplificar expressões de circuitos com a intenção de construir sistemas mais simples, com menos conexões e portas lógicas. Na álgebra booleana as variáveis assumem apenas valores de 0 ou 1, para representar os níveis de tensão, também conhecido como níveis lógicos.

Tabela Verdade

A tabela-verdade define a relação de dependência da saída de um circuito lógico em relação aos níveis lógicos na sua entrada, representando todas as possíveis combinações. O número de combinações será igual a 2 elevado a N, para uma tabela-verdade de N variáveis de entrada.

Entenda o que é uma tabela verdade e como ela funciona!

Exemplo de uma tabela verdade básica.

Por exemplo, para um circuito com duas variáveis de entrada, o número de saídas será igual a relação apresentada na imagem a seguir:

Como calcular a quantidade de saídas de uma tabela verdade?

Exemplo de cálculo de números de saídas para uma tabela verdade

O que são portas lógicas?

As portas lógicas são blocos fundamentais que combinados dão origem aos circuitos lógicos, a partir do qual é possível realizar operações. As portas lógicas podem possuir diversas variáveis de entrada, porém apenas uma variável de saída por vez.

Porta lógica OR

Uma porta lógica OR corresponde a um circuito lógico capaz de realizar a operação booleana OR, operação esta que consiste em valores de saída com nível lógico alto sempre que qualquer uma das variáveis de entrada apresentar também nível lógico alto. O CI mais conhecido que é capaz de realizar essa operação é o 7432, que possui quatro portas OR de duas entradas cada.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta OR. A saída da porta OR é igual à soma lógica das entradas! Por isso, ao representarmos a operação OR usamos o sinal de soma (+), e lemos a expressão como: “x é igual a A ou B” ou “x é igual a A or B”.

O que são portas lógicas e para que elas servem?

Símbolo usado para representar a porta OR de duas entradas.

Porta OR: Tabela Verdade

Em síntese, se as entradas da tabela verdade da porta OR, A e B, forem iguais a 1, a saída X será igual a 1. Neste caso, o X assumirá o valor 0, apenas se todas as entradas forem 0.

O que é uma tabela verdade e para que ela serve.

Tabela verdade para a porta lógica OR.

Porta OR: Aplicação

Observe que na imagem abaixo temos uma lâmpada ligada a uma fonte de tensão, em que para acendê-la basta que uma das chaves, A ou B, estejam na posição 1, já que elas estão ligadas em paralelo.

Exemplo de aplicação da porta lógica OR.

Circuito que representa a função lógica OR.

Porta Lógica AND

A porta lógica AND corresponde a um circuito lógico capaz de realizar a operação booleana AND, que consiste em valores de saída com nível lógico baixo sempre que qualquer uma das variáveis de entrada apresentar também nível lógico baixo. O circuito integrado mais conhecido que consegue realizar essa operação lógica é o CI 7408, que possui quatro portas AND de duas entradas cada.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta AND. A saída da porta AND é igual ao produto lógico das entradas! Por isso, ao representarmos a operação AND usamos o sinal de multiplicação, e lemos a expressão como: “x é igual a A e B” ou “x é igual a A and B”.

O que são portas lógicas e para que elas servem.

Símbolo usado para representar a porta AND de duas entradas.

Porta AND: Tabela Verdade

Em resumo, se as entradas da tabela verdade da porta AND, A e B, forem iguais a 0, a saída X será igual a 0. Portanto, o X assumirá o valor 1, apenas se todas as entradas forem 1.

O que é uma tabela verdade e para que ela serve.

Tabela verdade para a porta lógica AND.

Porta AND: Aplicação

Observe que na imagem abaixo temos uma lâmpada ligada a uma fonte de tensão, em que ela só acenderá se ambas as chaves, A e B, estiverem na posição 1, já que elas estão ligadas em série.

Exemplo de aplicação da porta lógica AND.

Circuito que representa a função lógica AND.

Porta Lógica NOT

A porta lógica NOT, também conhecida como porta inversora, equivale a um circuito lógico capaz de realizar a operação booleana NOT, uma operação muito simples, em que a saída corresponde basicamente ao oposto do valor da entrada!

Diferentemente das portas lógicas OR e AND, ela é realizada apenas com um valor de entrada. O CI mais conhecido é o 7404, que possui seis portas lógicas inversoras.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta NOT. Representamos a operação NOT com uma barra, e lemos a expressão como: “x é igual a NOT A” ou “x é igual ao inverso de A”. Vale a pena destacar que a presença do pequeno círculo sempre indica inversão.

O que são portas lógicas e para que elas servem.

Símbolo usado para representar a porta NOT de uma entrada.

Porta NOT: Tabela Verdade

Podemos concluir que, se a entrada da tabela verdade da porta NOT for igual a 0, a saída X será igual a 1. Sendo assim, o X assumirá o valor 1, se a entrada for 0.

O que é uma tabela verdade e para que ela serve.

Tabela verdade para a porta lógica NOT.

Porta NOT: Aplicação

Observe que na imagem abaixo temos uma lâmpada ligada a uma fonte de tensão, quando a chave A estiver com nível lógico baixo ela acenderá, diferentemente de quando a chave estiver com nível lógico alto, em que a lâmpada permanecerá apagada.

Exemplo de aplicação da porta lógica NOT.

Circuito que representa a função lógica NOT.

Porta Lógica NOR

A porta lógica NOR é a combinação entre as portas lógicas OR e NOT! Ela funciona de modo semelhante à porta OR, porém seguida de uma porta inversora, de forma que a saída da porta NOR será igual ao inverso da saída da porta OR!

Neste caso, a variável de saída irá para o nível lógico baixo sempre que alguma das variáveis de entrada estiver em nível lógico alto. O CI mais conhecido que é capaz de fazer essa operação lógica é o 7402, que possui quatro portas NOR de duas entradas cada.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta NOR. Representamos a operação NOR como uma soma lógica barrada, ou como uma soma lógica inversa.

O que são portas lógicas e para que elas servem.

Símbolo usado para representar a porta NOR de duas entradas.

Porta NOR: Tabela Verdade

Resumindo, se as entradas da tabela verdade da porta NOR, A e B, forem iguais a 1, a saída será igual a 0. Desse modo, a saída será 1 apenas se todas as entradas forem 0.

O que é uma tabela verdade e para que ela serve.

Tabela verdade para a porta lógica NOR.

Porta NOR: Aplicação

Repare que na imagem abaixo a lâmpada só acenderá se ambas as chaves, A e B, estiverem na posição 0.

Exemplo de aplicação da porta lógica NOR.

Circuito que representa a função lógica NOR.

Porta Lógica NAND

A porta NAND é a junção entre as portas lógicas AND e NOT! Ela funciona de modo semelhante à porta AND, porém seguida de uma porta inversora, de forma que a saída da porta NAND é igual ao inverso da porta AND!

Sendo assim, a variável de saída irá para o nível lógico alto sempre que alguma das variáveis de entrada estiver em nível lógico baixo. O circuito integrado mais conhecido que é capaz de fazer essa operação lógica é o 7400, que possui quatro portas NAND de duas entradas cada.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta NAND. Representamos a operação NAND como um produto lógico barrado, ou como um produto lógico inverso.

O que são portas lógicas e para que elas servem?

Símbolo usado para representar a porta NAND de duas entradas.

Porta NAND: Tabela Verdade

Em síntese, se as entradas da tabela verdade da porta NAND, A e B, forem iguais a 0, a saída será igual a 1. Desse modo, a saída será 0, apenas se todas as entradas forem 1.

Entenda como funciona a tabela verdade e qual é a sua importância!

Tabela verdade para a porta lógica NAND.

Porta NAND: Aplicação

Repare que na imagem abaixo, a indicação mostra que a lâmpada só acenderá caso ambos as chaves ou pelo menos uma delas estiver na posição 0.

Exemplo de aplicação da porta lógica NAND.

Circuito que representa a função lógica NAND.

Porta Lógica XOR

A porta lógica XOR, conhecida também como circuito anti coincidência, é representada por uma porta OR exclusiva, que consiste em valores de saída com nível lógico alto sempre que as variáveis de entrada, A e B, forem diferentes. O CI mais conhecido é o 7486, que possui quatro portas XOR de duas entradas cada.
Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta XOR.

O que são portas lógicas e para que servem as portas lógicas?

Símbolo usado para representar a porta XOR de duas entradas.

Porta XOR: Tabela Verdade

É possível concluir que, a saída será 0 se as entradas da tabela verdade da porta XOR, A e B, forem iguais. Portanto, a saída será igual a 1 se as entradas forem diferentes.

O que é uma tabela verdade e para que ela serve.

Tabela verdade para a porta lógica XOR.

Porta XOR: Aplicação

A aplicação da porta XOR pode ser pensada como dois interruptores Three Way ligados de forma incorreta, e que quando ambos estiverem em posições diferentes a lâmpada acenderá. Na imagem abaixo também foram usadas duas chaves que possuem características de ligação semelhantes com o interruptor three way.

Exemplo de aplicação da porta lógica XOR.

Circuito que representa a função lógica XOR.

Porta Lógica XNOR

A porta lógica XNOR, conhecida também como circuito de coincidência, é representada por uma porta NOR exclusiva, em que os valores de saída terão nível lógico alto sempre que as variáveis de entrada, A e B, forem iguais. O CI mais conhecido é o 74266, que possui quatro portas XNOR de duas entradas cada.

Na figura abaixo, vemos a simbologia e a expressão lógica booleana usadas para representar a porta XNOR.

O que são portas lógicas e como elas funcionam?

Símbolo usado para representar a porta XNOR de duas entradas.

Porta XNOR: Tabela Verdade

A tabela verdade da porta XNOR possui valores de saída opostos a tabela verdade da porta XOR! Então, a saída será 1 se as entradas da tabela verdade, A e B, forem iguais. Portanto, a saída será igual a 0 se as entradas forem diferentes.

Entenda como funciona a tabela verdade e qual é a sua importância.

Tabela verdade para a porta lógica XNOR.

Porta XNOR: Aplicação

A aplicação da porta XNOR pode ser pensada como dois interruptores Three Way ligados de forma correta, em que quando ambos estiverem em posições iguais a lâmpada acenderá. Na imagem abaixo também foram usadas duas chaves que possuem características de ligação semelhantes com o interruptor three way.

Exemplo de aplicação da porta lógica XNOR.

Circuito que representa a função lógica XNOR.

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Sobre o autor

Autor Pedro Alves

Pedro Alves atua na área de eletricidade desde 2014 quando cursou Eletromecânica no SENAI. Se tornou eletricista especializado em comandos elétricos e instalações elétricas prediais no ano de 2015. Também é Técnico em Eletrônica pelo CEFET-MG. Trabalha como eletricista autônomo há mais de 4 anos e tem vasta experiência como editor de conteúdo para artigos técnicos na empresa Mundo da Elétrica.

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