Álgebra de Boole

Como ya hemos podido comprobar, las puertas lógicas siguen una serie de pautas para dejar pasar la corriente eléctrica que se basan en ecuaciones matemáticas. Éstas son conocidas como álgebra de Boole y estas son algunas de las propiedades de las puertas lógicas que se pueden sacar de esas operaciones:

a+b=b+a

a+0=a

a+contrario de a= 1

(a+b)+c=a+(b+c)

a+(b·c)=(a+b)·(a+c)

a+a=a

a+1=1

el doble contrario de a=a

a+a·b=a

a·b=b·a

a·1=a

a· contrario de a=0

(a·b)·c=a·(b·c)

a·(b+c)=a·b+a·c

a·a=a

a·0=0

¡Hagamos un robot!

Para que un robot funcione y pueda actuar según los estímulos externos, se colocan en primer lugar unos sensores capaces de captarlos y definir si con este estímulo el robot va a recibir una corriente eléctrica para funcionar o no. A la hora de construir un robot, lo primero que debemos hacer es determinar los estímulos que queremos que el robot tenga en cuenta a la hora de ponerse en funcionamiento. Por ejemplo, si queremos un robot que limpie la casa, podemos tener en cuenta estos tres aspectos: si hay polvo o no (a); si está mojado o no (b), y si huele mal o no (c). Construimos entonces una tabla de verdad en la que colocamos todas las posibles combinaciones de 1 (pasa electricidad) y 0 (no pasa electricidad) que podrían darse y decidimos para cuales queremos que el robot funcione y para cuales no.

Ahora que ya sabemos cuando queremos que haya corriente y cuando no, podemos construir el circuito. Para ello, usamos unos dispositivos llamados puertas lógicas, que pueden modificar la señal dependiendo de cual sea su función. Estos son los distintos tipos de puertas lógicas:

• -OR

Tiene al menos dos entradas para recibir estímulos. Da una salida (1) cuando llega estímulo por cualquiera de los dos lados o por los dos a la vez. Operación matemática: S=a+b

• -AND

Solo da salida cuando llega estímulo por todos los sensores a los que está conectada. Operación matemática: S=a·b

• -NOT

Invierte la señal que le llega, es decir: si llega 1 lo convierte en 0 y si llega 0 lo convierte en 1. Operación matemática: S=-a (contrario de a)

 

• -NOR

Invierte los resultados de la puerta -OR. Operación matemática: S=contrario de a+b

• -NAND

Invierte los resultados de -AND. Operación matemática: S=contrario de a·b

• -OR exclusiva

Arroja salida cuando los estímulos son distintos

Para nuestro robot, necesitamos las puertas lógicas necesarias para que siempre recibamos señal excepto cuando todos los estímulos sean 0. Nos quedará un circuito tal que así:

RO-BÓ-TI-CA

A raíz del tema de electrónica que hemos dado, ahora vamos a hablar de uno de los dispositivos más importantes en los que la electrónica está presente: LOS ROBOTS.

Primero convendría señalar la diferencia que existe entre un robot y cualquier otro dispositivo que funciona con electricidad (automatismo):

• Un robot es un dispositivo que, según las condiciones del medio (parámetros externos), realiza diferentes acciones. Es decir, un robot se activa o desactiva según una serie concreta de estímulos externos. Estos estímulos suelen ser físicos (la temperatura, la humedad, la luminosidad) y los captan los sensores, unos dispositivos que interactuan con el entorno y toman datos del mismo. Es importante destacar que los robots funcionan según una programación que los humanos hemos determinado; son incapaces de "pensar" por sí mismos. Además, cuenta con un sistema en lazo cerrado que es así:

• Por el contrario, un automatismo es un dispositivo que, al conectarlo a una corriente eléctrica, siempre realiza la misma función, independientemente de las condiciones ambientales. En este caso, el sistema es en lazo abierto:

El Diodo Ω

El diodo funciona gracias a los mismas propiedades moleculares que el transistor. Es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una sola dirección. Lo que se hace es mezclar una parte N y otra P y poner un cable. Una corriente eléctrica que es negativa, ocupa los huecos de la zona P. Un diodo puede comportarse de dos maneras diferentes:

• Puede ser un diodo de polarización directa de manera que los electrones del polo nagativo se vean repelidos por una corriente eléctrica y tiendan a moverse al polo positivo de la pila, creando una corriente eléctrica.
• O puede ser un diodo de polarización inversa, en el que la corriente eléctrica trata de pasar del polo positivo al negativo. En este caso, la corriente no atraviesa el diodo, comportándose el circuito como uno abierto.

El Transistor Ω

Como ya dije en entradas anteriores, el transistor se encarga de amplificar una señal eléctrica que es débil. Está formado por materiales semiconductores, normalmente de silicio.
A efectos moleculares, el silicio, que presenta 4 electrones en su capa de valencia, se une con los demás silicios para conseguir 8 electrones y, por tanto, la estabilidad. Lo que ocurre es que finalmente todos los silicios de la red obtienen 8 electrones en su capa de valencia y, al no necesitar más, la placa de silicio se vuelve un material no conductor. Lo que se puede hacer es dopar el elemento, es decir, poner otro elemento en lugar del silicio en algún punto de la red. Normalmente se utiliza el boro, el cual tiene 3 electrones en su capa de valencia, lo que dará lugar a que en uno de los electrones quede un hueco y su carga se vuelva positiva. De esta manera, un electrón puede pasar y moverse por el hueco. También puede doparse con el fósforo aunque, al tener éste 5 electrones en su capa de valencia, permitirá que un electrón pueda irse hacia otro lado y tengamos una carga negativa.
Según la disposición de las zonas del transistor, hay dos tipos distintos del mismo:

• El NPN, cuyos cristales son de tipo negativo-positivo-negativo. Los electrones que entran por P cubren los huecos y abren un camino para que pase la señal eléctrica que viene por N
• El PNP, con cristales positivo-negativo-positivo. Los electrones que entran por N abren un hueco entre P y P y pasa la señal eléctrica que viene de uno de los cristales P.

En los transistores, por una de los cristales llega una señal eléctrica débil que se va a ver amplificada por la otra señal más grande que llega desde otro cristal.

Los transistores están presentes en casi todos los aparatos eléctricos actuales.

La Bombilla Ω

Una bombilla es una cápsula de cristal al vacío que contiene un gas inerte y un metal conductor que, al pasar la electricidad, se pone incandescente.

Otro elemento eléctrico que produce luz es el tubo fluorescente, que es un tubo metálico con un gas que, al pasar la electricidad por el metal, activa las partículas de ese gas y hace que choquen y brillan.