Compuerta Lógica NAND 3 Entradas SN74LS10N

El circuito integrado SN74LS10N contiene tres bloques lógicos completamente independientes. Cada uno de estos bloques es una compuerta NAND que tiene tres entradas (A, B, C) y una salida (Y). La función lógica NAND (NOT-AND) significa que la salida (Y) de una compuerta será BAJA (0 lógico) únicamente cuando sus tres entradas (A, B, y C) estén simultáneamente en un nivel ALTO (1 lógico). Para cualquier otra combinación de entradas (es decir, si al menos una entrada es BAJA), la salida de la compuerta NAND será ALTA (1 lógico).

La tabla de verdad describe el comportamiento de la salida (Y) para todas las combinaciones posibles de las entradas (A, B, C). Para la compuerta NAND de 3 entradas (Y = ¬(A ⋅ B ⋅ C)):

• Si A=0, B=0, C=0, entonces Y=1.
• Si A=0, B=0, C=1, entonces Y=1.
• … (y así para todas las combinaciones donde al menos una entrada sea 0)…
• Únicamente cuando A=1, B=1, C=1, entonces Y=0.

En esencia, la salida es la negación (¬ o NOT) de la operación AND (⋅) entre las tres entradas. La salida solo es ‘0’ si todas las entradas son ‘1’.

Para un funcionamiento correcto y para evitar dañar el chip SN74LS10N, debes respetar las siguientes especificaciones:

• Voltaje de Operación (VCC): Este chip de la familia TTL 74LS debe alimentarse con un voltaje entre 4.75V y 5.25V, siendo 5V el valor típico. Aplicar voltajes fuera de este rango puede causar un mal funcionamiento o daño permanente.
• Corriente de Salida en Nivel Bajo (I_OL): Cada salida de las compuertas NAND puede «hundir» (sink) una corriente máxima de 8 mA cuando la salida está en nivel BAJO. Esto es importante al conectar cargas como LEDs (con su resistencia limitadora) u otras entradas lógicas. Exceder esta corriente puede dañar el transistor de salida de la compuerta.

Siempre es recomendable consultar el datasheet específico del fabricante para obtener los valores exactos y otras características eléctricas.

El SN74LS10N está diseñado para sistemas lógicos TTL de 5V.

• Alimentación: El chip debe alimentarse con ~5V (4.75V a 5.25V). No funcionará correctamente si se alimenta con 3.3V.
• Entradas: Las entradas LS-TTL requieren un nivel ALTO (V_IH) de al menos 2.0V y un nivel BAJO (V_IL) máximo de 0.8V. Una señal de salida de 3.3V de un microcontrolador (que generalmente alcanza 3.3V para un ALTO) será reconocida correctamente como un nivel ALTO por el SN74LS10N.
• Salidas: Las salidas del SN74LS10N proporcionan niveles lógicos TTL (un BAJO cercano a 0.4V y un ALTO típicamente superior a 2.7V). Para conectar una salida del SN74LS10N a una entrada de 3.3V de un microcontrolador que no sea tolerante a 5V, se podría necesitar un divisor de voltaje o un convertidor de niveles lógicos si el nivel ALTO del ‘LS10 es demasiado elevado para la entrada de 3.3V, aunque muchas entradas de 3.3V pueden tolerar el nivel ALTO de una salida LS-TTL. Es más seguro usar un convertidor de niveles si la entrada de 3.3V no es tolerante a 5V.

En resumen, se puede usar en sistemas mixtos con la debida consideración de la alimentación y la posible necesidad de conversión de niveles para las salidas del ‘LS10 hacia dispositivos de 3.3V no tolerantes a 5V.

Las compuertas NAND son conocidas como «compuertas universales» porque puedes construir cualquier otra función lógica básica utilizándolas:

• Compuerta NOT (Inversor): Conecta todas las entradas de una compuerta NAND juntas. Si tienes una compuerta NAND de 3 entradas, conecta A, B y C a la misma señal de entrada; la salida será la negación de esa señal. (Y = ¬(A⋅A⋅A) = ¬A). O más simple, usa solo una entrada y conecta las otras dos a un nivel ALTO (VCC).
• Compuerta AND: Conecta la salida de una compuerta NAND a las entradas (unidas) de una segunda compuerta NAND (configurada como inversor). La primera NAND realiza (A⋅B⋅C) y la segunda la invierte, resultando en Y = A⋅B⋅C.
• Compuerta OR: Utiliza tres compuertas NAND. Invierte cada entrada individualmente usando tres NANDs configuradas como inversores (una para A, una para B, una para C). Luego, conecta las salidas de estos tres inversores (¬A, ¬B, ¬C) a las entradas de una cuarta compuerta NAND. La salida será Y = ¬( (¬A) ⋅ (¬B) ⋅ (¬C) ), que por las leyes de DeMorgan es equivalente a Y = A + B + C.

Esto demuestra la versatilidad del SN74LS10N para implementar lógica combinacional compleja.

El SN74LS10N es muy útil en una variedad de contextos:

• Proyectos Educativos: Para enseñar y experimentar con los fundamentos de la lógica digital, la construcción de circuitos combinacionales, y la verificación de tablas de verdad.
• Decodificadores de Direcciones: Se pueden usar para generar señales de habilitación (chip select) para memorias o periféricos en sistemas basados en microprocesadores más antiguos, donde se necesitan decodificar múltiples líneas de dirección.
• Lógica de Control Simple: Para implementar condiciones de control específicas en sistemas embebidos o maquinaria donde se requieren decisiones basadas en múltiples entradas binarias. Por ejemplo, habilitar una alarma si tres sensores están activos.
• Implementación de Funciones Lógicas Personalizadas: Al ser compuertas universales, se pueden combinar para crear funciones lógicas más complejas sin necesidad de CIs más especializados si los requerimientos son modestos.
• Generación de Pulsos o Sincronización Simple: En combinación con otros componentes como resistencias y condensadores, pueden formar parte de osciladores simples o circuitos de conformación de pulsos.

Es una práctica fundamental en el diseño con lógica TTL (incluyendo la serie 74LS) nunca dejar las entradas no utilizadas flotantes (desconectadas). Las entradas flotantes pueden captar ruido y hacer que la compuerta opere de manera errática, consumiendo además más corriente. Para las entradas no utilizadas de las compuertas NAND del SN74LS10N:

• Para una compuerta NAND que sí estás utilizando, pero con menos de 3 entradas activas: Las entradas no utilizadas deben conectarse a un nivel lógico ALTO (VCC, típicamente a través de una resistencia de pull-up de 1kΩ a 10kΩ, o directamente a VCC para entradas LS-TTL). Conectar una entrada no utilizada a VCC asegura que no afecte la función lógica de las otras entradas de esa compuerta (ya que ‘1’ AND X = X). No las conectes a GND, ya que esto forzaría la salida de la NAND a ALTO independientemente de las otras entradas.
• Para una compuerta NAND completa que no estás utilizando en el chip: La forma más sencilla es conectar todas sus entradas a GND. Esto forzará la salida de esa compuerta no utilizada a un nivel ALTO. Alternativamente, puedes conectar una entrada a GND y las otras a VCC, o todas a VCC (salida BAJA). Lo importante es que todas las entradas tengan un nivel lógico definido.