Inversor (compuerta lógica)

En lógica digital, una puerta lógica NOT o inversora es una puerta lógica que implementa la negación lógica . Genera un bit cuyo valor es opuesto al valor del bit de entrada. Los valores de los bits se representan típicamente mediante dos niveles de voltaje diferentes , que pueden denominarse 0 y 1, verdadero y falso , o alto y bajo .

La puerta NOT emite 0 cuando recibe 1, y emite 1 cuando recibe 0. Por lo tanto, invierte sus entradas. Coloquialmente, esta inversión de bits se denomina "volteo" de bits. ^{[ 1 ]}

Es equivalente al operador de negación lógica (¬) en lógica matemática . Debido a que solo tiene una entrada, es una operación unaria y posee la tabla de verdad más simple . También se le denomina puerta de complemento ^{[ 2 ]} porque produce el complemento a uno 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 matemáticas binarias. Todas las demás puertas lógicas se pueden construir a partir de estas tres. ^{[ 3 ]}

Los términos "inversor programable" o "inversor controlado" no se refieren a esta puerta; en cambio, se refieren a la puerta XOR porque puede funcionar condicionalmente como una puerta NOT. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

Símbolo tradicional de la puerta NOT; a veces se omite el triángulo o se coloca el círculo en la línea de entrada ^{[ 3 ].}

Símbolo de puerta NOT de la norma IEC 60617

El símbolo tradicional de un circuito inversor es un triángulo que toca un pequeño círculo o "burbuja". Las líneas de entrada y salida están conectadas al símbolo; la burbuja generalmente se conecta a la línea de salida. Para simbolizar una entrada activa en bajo , a veces la burbuja se coloca en la línea de entrada. ^{[ 4 ]} En ocasiones, solo se utiliza la parte circular del símbolo, y se conecta a la entrada o salida de otra compuerta; los símbolos para NAND y NOR se forman de esta manera. ^{[ 3 ]}

Una barra o línea superior ( ‾ ) sobre una variable puede denotar la negación (o inversión o complemento) realizada por una puerta NOT. ^{[ 4 ]} También se utiliza una barra inclinada (/) antes de la variable. ^{[ 3 ]}

Un circuito inversor genera una tensión 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 único transistor NMOS o un único transistor PMOS acoplado a una resistencia . Dado que este enfoque de "drenaje resistivo" 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 presenta desventajas en cuanto al consumo de energía y la velocidad de procesamiento. Como alternativa, los inversores se pueden construir utilizando dos transistores complementarios en una configuración CMOS . Esta configuración reduce considerablemente el consumo de energía, ya que uno de los transistores siempre está apagado en ambos estados lógicos. ^{[ 5 ]} La velocidad de procesamiento también puede mejorarse debido a la resistencia relativamente baja en comparación con los dispositivos de tipo NMOS o PMOS únicamente. Los inversores también se pueden construir con transistores de unión bipolar (BJT) en una configuración de lógica de resistencia-transistor (RTL) o lógica de transistor-transistor (TTL).

Los circuitos electrónicos digitales operan a niveles de voltaje fijos que corresponden a un 0 o un 1 lógico (véase el sistema binario ). Un circuito inversor actúa como puerta lógica básica para conmutar entre estos dos niveles de voltaje. La implementación determina el voltaje real, pero los niveles comunes incluyen (0, +5V) para circuitos TTL.

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  inversor lógico NMOS
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  inversor lógico PMOS
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  Inversor lógico CMOS estático
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  Inversor lógico de transistor-resistencia NPN
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  Inversor lógico transistor-transistor NPN

Bloque de construcción digital

El inversor es un componente básico de la electrónica digital. Multiplexores, decodificadores, máquinas de estados y otros dispositivos digitales sofisticados pueden utilizar inversores.

The hex inverter is an integrated circuit that contains six (hexa-) inverters. For example, the 7404TTL chip which has 14 pins and the 4049 CMOS chip which has 16 pins, 2 of which are used for power/referencing, and 12 of which are used by the inputs and outputs of the six inverters (the 4049 has 2 pins with no connection).

Analytical representation

${\displaystyle f(a)=1-a}$ is the analytical representation of NOT gate:

• ${\displaystyle f(0)=1-0=1}$
• ${\displaystyle f(1)=1-1=0}$

Performance measurement

Digital inverter quality is often measured using the voltage transfer curve (VTC), which is a plot of output vs. input voltage. From such a graph, device parameters including noise tolerance, gain, and operating logic levels can be obtained.

Ideally, the VTC appears as an inverted step function – this would indicate precise switching between on and off – but in real devices, a gradual transition region exists. The VTC indicates that for low input voltage, the circuit outputs high voltage; for high input, the output tapers off towards the low level. The slope of this transition region is a measure of quality – steep (close to vertical) slopes yield precise switching.

The tolerance to noise can be measured by comparing the minimum input to the maximum output for each region of operation (on / off).

Linear region as analog amplifier

Since the transition region is steep and approximately linear, a properly-biased CMOS inverter digital logic gate may be used as a high-gain analog linear amplifier^{[7][8][9][10][11]} or even combined to form an opamp.^[12] Maximum gain is achieved when the input and output operating points are the same voltage, which can be biased by connecting a resistor between the output and input.^[13]

• Controlled NOT gate
• AND gate
• OR gate
• NAND gate
• NOR gate
• XOR gate
• XNOR gate
• IMPLY gate
• Boolean algebra
• Logic gate

• The NOT gate on "All About Circuits"
• The NOT gate in 1971 "Designing With TTL Integrated Circuits" book