Queda de tensão em circuito elétrico de portas lógicas

Mike Bicalho Dantas · 3 de outubro de 2017

Na imagem, está explicado como projetar portas lógicas AND e OR com diodos e resistores. Na porta AND (figura da esquerda), se pelo menos uma das entradas estiver conectadas no ground, ou seja, entrada de valor BAIXO, a corrente da fonte de tensão vai para o ground e a tensão é toda perdida no resistor, correto? Por isso que a saída, conectada no nó, tem a tensão baixa, ou valor BAIXO, certo? Essa parte, se não tiver algum detalhe que eu perdi, entendi.

Agora, se os dois valores tiverem tensão alta, a corrente da fonte não vai para lá. O texto diz, então, que a tensão no nó de saída é o mesmo valor da tensão da fonte. Isso quer dizer que não há queda de tensão no resistor? Para esse raciocínio, deve-se considerar que a saída não está conectada em canto nenhum (ou desconsiderar o resto do circuito à direita)? Ou seja, se eu pego um fio real com resistência (ou um fio ideal com um resistor sendo parte do fio no meio), conecto uma das pontas numa fonte e na outra, não coloco nada, a tensão desta extremidade é a mesma da fonte?

Enquanto eu desconsidero o circuito à direita, a tensão no nó, nesse caso (tensões altas na entrada e tensão na fonte), eu considero que o nó na tensão alta, então?

Se esse raciocínio estiver correto, ao ter as duas entradas em tensão alta para ter o nó de saída em tensão alta, se houver um ground conectado na saída da porta lógica (ver figura abaixo), a tensão abaixo do resistor (em relação à fonte) é 0? Ao meu ver, sim, mas posso estar fazendo confusão com algo.

Enfim, falta considerar alguma coisa na análise?

.if · 3 de outubro de 2017

Não tenho certeza se li tudo mas sua análise parece correta. No entanto o nó é considerado saída e geralmente não se aterra a saída. O que existe de verdade é a impedância do próximo estágio. Geralmente só projetistas avançados de chips se preocupam com isso. Se este não for seu caso, sugiro deixar esta preocupação com eles mesmo.

Alguma exceção pra nós meros mortais é quando a saída é coletor aberto aí sim pode aterrar ou impedância zero que pode ser minimamente considerada ao projetar algum circuito.

Pode ser que isso ajude num futuro: considere também que nível 1 é quando o valor de V está acima de 2/3 de vcc e 0 quando abaixo de 1/3

Sei lá se isso ajuda... tem gente confusa por aqui...

MOR_AL · 3 de outubro de 2017

Seu pensamento está quase todo correto.

Estes são circuitos lógicos. Cada um deles têm faixas de tensões que definem saídas e entradas em "0" e em "1".

Apesar dos seus circuitos serem alimentados por 5V, eles são lógicas a diodos e resistores e não Transistor Transistor Logic (TTL) e nem outra lógica.

O importante é que o nível "0" de saída possua uma faixa de tensão menor que o nível "0" de entrada. Assim, uma saída será identificada, quando esta for conectada na entrada da mesma lógica.

O mesmo é válido para o nível "1" de saída, que deve possuir uma faixa de tensão superior à faixa de tensão de entrada em "1". Assim, uma saída em "1" sempre será identificada na entrada de um circuito da mesma lógica.

Ou seja:

A lógica tem que considerar a carga.

Por exemplo. Se ainda me lembro, as saídas TTL do tipo 74xx, suportavam até 10 entradas TTL 74xx. Acima disso, o fabricante não garantia o correto funcionamento.

MOR_AL

Renato.88 · 3 de outubro de 2017

@Mike Bicalho Dantas Seu raciocínio está correto, com exceção do segundo desenho.

Não se aterra a saída de uma porta lógica, ali é onde deve ligar a próxima porta ou o circuito de potência que vai excitar algum tipo de carga.

3 de outubro de 2017

7 horas atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

se pelo menos uma das entradas estiver conectadas no ground, ou seja, entrada de valor BAIXO, a corrente da fonte de tensão vai para o ground e a tensão é toda perdida no resistor, correto?

A a corrente vai toda para o terra, mas também passar pelo resistor no sentido do positivo para o resistor e depois para o terra de A ou de B. Se você colocar um multímetro nesse ponto e considerando que o diodo não dá queda de tensão a tensão medida depois do resistor é 0V. Então antes do resistor é 5V e depois do resistor 5V. Se A e B for HIGH não vai teoricamente passar corrente terá mesmo tensão de 5.

Como disseram o segundo desenho está errado o zero é em A e B e não na saída do pino que pode ir tanto para teu multímetro para ver lido como um outro circuito digital. Mas considerando que seja um outro sistema digital e o mesmo está simulando um baixo valor de tensão mesmo assim ele é acima de 0V que é o terra. Se você ligar o A e B nessa situação o circuito digital vai ter mesma tensão que ele está enviando (maior que zero) , mas quando você coloca um terra em A ou B o valor LOW desse pino digital será jogado para o terra e vai baixar ainda mais de tensão e não vai ser reconhecido mais como valor LOW pelo sistem digital... é meio complicadinho acredito eu ^^ pois você tem que considerar também a queda do diodo. Então o valor vai ser mais baixo, mas não pega no zero... porém talvez fora do valor de LOW do sistema digital... mas enfim... já to quase filosofando aqui...

7 horas atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

Por isso que a saída, conectada no nó, tem a tensão baixa, ou valor BAIXO, certo?

O resistor só limita a correte, para evitar o curto, se não uma porrada de corrente vai para passar para o terra, mas não, mesmo sem resistor a tensão cairia.

7 horas atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

Isso quer dizer que não há queda de tensão no resistor?

Sim.

7 horas atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

Ou seja, se eu pego um fio real com resistência (ou um fio ideal com um resistor sendo parte do fio no meio), conecto uma das pontas numa fonte e na outra, não coloco nada, a tensão desta extremidade é a mesma da fonte?

Sim.

7 horas atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

Enquanto eu desconsidero o circuito à direita, a tensão no nó, nesse caso (tensões altas na entrada e tensão na fonte), eu considero que o nó na tensão alta, então?

tensão alta em A e B dá tensão alta na saída Y. Como tem um resistor no terra nem todo a tensão vai ser direcionada para o terra parte vai para saída e teoricamente dando valor HIGH. Se não tiver tensão de nenhum A ou B vai ser zero pois é terra na entrada e terra na saída.

adicionado 1 minuto depois

Agora voltando ao diodo... O diodo provoca a variação de tensão que talvez seja a necessária para se considerada valor LOW. Acima de 0V no sistema digital.

Mike Bicalho Dantas · 4 de outubro de 2017

@Isadora Ferraz Obrigado pela resposta, Isadora. Eu estou cursando a matéria Circuitos Digitais, e na primeira parte da matéria, passei pela funções das portas lógicas, pelo mapa de Karnaugh e projeção de circuitos combinacionais, então, no caso, essa parte já entendo melhor. Sei como usar a saída de uma porta lógica. Para analisar aquele circuito, eu estou fingindo que a porta lógica não existe. Que é só um circuito com diodos e resistores.

Eu curso Engenharia Mecatrônica, e minha professora cobra que eu aprenda a fundo esse tipo de coisa. Eu dei aquele exemplo para entender melhor a teoria, mesmo. No caso, mesmo que não se aterre a saída, ao aterrar só para análise, as tensões são aquelas? Obrigado pela resposta.

Ah, no caso, eu estou mexendo TTL e CMOS esse semestre em laboratório, então os valores de tensão de saída alta e baixa vão depender. Obrigado de novo.

@MOR Obrigado pelo complemento, MOR. Foi construtivo, mas não entendi o que não está correto no pensamento. Se alguma parte do que eu escrevi estiver errado, por favor, me diga.

Ah, a variação dos valores da saída possíveis, tanto para valor ALTO quanto BAIXO é menor do que a variação dos valores de entrada respectivos tanto para CMOS quanto para TTL, então o que você está me dizendo é que é importante que toda lógica, seja essa de diodos e resistores ou qualquer outra, tenha uma faixa de tensão menor do que para a entrada, certo? Obrigado pelo complemento.

Você está dizendo para não esquecer do fan-out da porta lógica. Beleza. Eu gosto de conversar sobre as diversas partes envolvendo a matéria para que os conceitos fiquem mais fixos e familiares. Porém, minha dúvida é mais sobre a análise do circuito elétrico, quase esquecendo que é uma porta lógica. Eu coloquei no título "circuitos digitais", então claro que vocês que responderam iam focar bastante nisso.

@Mestre88 Obrigado pela resposta, Mestre88. Certo, não se aterra a saída de uma porta lógica, mas esquecendo que é uma porta lógica, a análise de circuito elétrico está correta, mesmo no segundo desenho? Desconsidere o uso prático desse circuito que eu desenhei só para esclarecer a análise do circuito.

adicionado 38 minutos depois

@Bommu Perneta Obrigado pela resposta, Bommu Perneta.

3 horas atrás, Bommu Perneta disse:

A a corrente vai toda para o terra, mas também passar pelo resistor no sentido do positivo para o resistor e depois para o terra de A ou de B. Se você colocar um multímetro nesse ponto e considerando que o diodo não dá queda de tensão a tensão medida depois do resistor é 0V. Então antes do resistor é 5V e depois do resistor 5V. Se A e B for HIGH não vai teoricamente passar corrente terá mesmo tensão de 5.

Antes do resistor é 5V e depois do resistor, 0V, né? Pelo jeito, você disse isso mesmo na frase anterior, mas deve ter se confundido nessa frase. Eu só quero ter certeza. Vai que eu faço confusão.

E então, beleza. Se em A e B for HIGH, a tensão continua 5V depois do resistor. Valeu.

3 horas atrás, Bommu Perneta disse:

Como disseram o segundo desenho está errado o zero é em A e B e não na saída do pino que pode ir tanto para teu multímetro para ver lido como um outro circuito digital. Mas considerando que seja um outro sistema digital e o mesmo está simulando um baixo valor de tensão mesmo assim ele é acima de 0V que é o terra. Se você ligar o A e B nessa situação o circuito digital vai ter mesma tensão que ele está enviando (maior que zero) , mas quando você coloca um terra em A ou B o valor LOW desse pino digital será jogado para o terra e vai baixar ainda mais de tensão e não vai ser reconhecido mais como valor LOW pelo sistem digital... é meio complicadinho acredito eu ^^ pois você tem que considerar também a queda do diodo. Então o valor vai ser mais baixo, mas não pega no zero... porém talvez fora do valor de LOW do sistema digital... mas enfim... já to quase filosofando aqui...

Eu expliquei pro povo que é para desconsiderar os usos práticos do sistema digital e analisar apenas o circuito. É conectado no ground mesmo que eu quero analisar para esclarecer essa parte mais simples. No caso, o fio é para ser considerado ideal, ou seja, sem resistência.

Ah! Tá aí. Boa observação. Existe uma pequena queda de tensão no diodo, coisa entre 0.3V e 0.7V. Logo, Se A estiver no ground, por exemplo, então a tensão da saída (desconsiderando o que está conectado nela) vai ser justamente de 0.3V a 0.7V, porque essas mesmas quedas de tensões vão acontecer no diodo. Bacana.

4 horas atrás, Bommu Perneta disse:

O resistor só limita a correte, para evitar o curto, se não uma porrada de corrente vai para passar para o terra, mas não, mesmo sem resistor a tensão cairia.

Certo. Eu não estava querendo dizer que o resistor é o causador, mas que a tensão é baixa justamente porque há queda de tensão. Esclareceu de qualquer forma.

4 horas atrás, Bommu Perneta disse:

Sim.

Sim.

Essas duas perguntas eram as principais. Sobre a queda de tensão, como no título. Obrigado.

4 horas atrás, Bommu Perneta disse:

tensão alta em A e B dá tensão alta na saída Y. Como tem um resistor no terra nem todo a tensão vai ser direcionada para o terra parte vai para saída e teoricamente dando valor HIGH. Se não tiver tensão de nenhum A ou B vai ser zero pois é terra na entrada e terra na saída.

adicionado 1 minuto depois

Agora voltando ao diodo... O diodo provoca a variação de tensão que talvez seja a necessária para se considerada valor LOW. Acima de 0V no sistema digital.

Nessa parte, eu estava desconsiderando o terra na saída. Reforçou que a queda de tensão no diodo deve ser considerada na análise e qual é a consequência disso para a tensão de saída.

Renato.88 · 4 de outubro de 2017

32 minutos atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

@Mestre88 Obrigado pela resposta, Mestre88. Certo, não se aterra a saída de uma porta lógica, mas esquecendo que é uma porta lógica, a análise de circuito elétrico está correta, mesmo no segundo desenho? Desconsidere o uso prático desse circuito que eu desenhei só para esclarecer a análise do circuito.

Sim, inclusive eu uso bastante esses circuitos nos projetos que monto, eles são muito úteis quando se precisa de uma ou duas portas e não queremos desperdiçar 4 portas de um ci ou não temos um ci do tipo. Também é útil quando precisamos de portas com muitas entradas e não existe ci para tal. Foi o caso de certa vez precisei de uma porta OR de 12 entradas, o jeito foi recorrer a esses diodos, resistor e transistor para inverter o sinal.

Eu sei que não perguntou a utilidade desses circuitos, mas eu achei útil mostrar aqui, já que muita gente não conhece ou não sabe pra que eles podem servir.

Outra coisa são os cuidados que devemos ter com essas portas para que funcionem corretamente. No caso desta porta AND que postou aí, o resistor não pode ter um valor muito baixo, senão a corrente fica alta passa pelo diodo e pode forçar a porta ou ci que estiver na entrada quando este estiver em zero. Também não pode ser muito alta, senão a corrente fica baixa demais a ponto de não conseguir excitar o que estiver na saída.

Mike Bicalho Dantas · 4 de outubro de 2017

@Mestre88 Ah, eu mencionei que gosto de me aprofundar na pergunta e gosto que as respostas tenham mais conteúdo. Inclusive, minha dúvida era um tanto mais específica do que tudo que eu perguntei.

Por exemplo, ao precisar de uma porta OR de 12 entradas, eu penso em usar outras portas OR de menos disponíveis para chegar no resultado, e não pensaria que utilizar esses diodos, resistores e transistores seria uma alternativa eficiente. Ainda bem que você comentou isso.

Agora você e os outros responderam minha dúvida, eu gosto de pensar na situação prática e pensar mais a fundo, mas antes da minha dúvida ser respondida, eu fico incomodado de me falarem sobre a parte prática, que contém mais informação, e a resposta acabar fugindo da pergunta, que só me deixa mais confuso. Obrigado de novo, Mestre88.

4 de outubro de 2017

1 hora atrás, Mike Bicalho Dantas disse:

Antes do resistor é 5V e depois do resistor, 0V, né?

Sim. Desculpe o engano ^^

O resto tranquilo.

Renato.88 · 4 de outubro de 2017

@Mike Bicalho Dantas No caso eu sempre penso na parte prática, já que eu sou hobista e estudei muito pouco.

Essas portas com diodos elas podem ser eficientes em partes, já que elas são passivas.

Tem alguns problemas em usá-las, no caso da porta AND a tensão de saída em um é a mesma da fonte, porém tem uma corrente muito baixa devido ao resistor. Quando em zero, a tensão de saída fica em 0,7V que é a tensão do diodo.

Isso me causou problema uma vez que fiz um circuito com o TTL 7474, ele não reconhecia o zero porque a tensão da porta era 0,7V. A solução foi usar um diodo de germanio, assim a tensão caiu para 0,35V e o ci reconheceu que era zero.

Já com os cis CMOS isso não acontece, pois pra eles 1/3 da tensão de alimentação é considerado zero.

MOR_AL · 4 de outubro de 2017

@MOR Obrigado pelo complemento, MOR. Foi construtivo, mas não entendi o que não está correto no pensamento. Se alguma parte do que eu escrevi estiver errado, por favor, me diga.

Na verdade não foquei muito em sua resposta. Parei quando você aterrou a saída. Minha resposta focou apenas nos circuitos lógicos.

Ah, a variação dos valores da saída possíveis, tanto para valor ALTO quanto BAIXO é menor do que a variação dos valores de entrada respectivos tanto para CMOS quanto para TTL, então o que você está me dizendo é que é importante que toda lógica, seja essa de diodos e resistores ou qualquer outra, tenha uma faixa de tensão menor do que para a entrada, certo? Obrigado pelo complemento.

É quase certo. Releia os detalhes de minha resposta anterior.

Além da variação das saídas serem menores que a variação da entrada, elas (as variações das saídas) TÊM que se situar dentro das variações das entradas. Somente assim é que os circuitos funcionarão corretamente.

Você está dizendo para não esquecer do fan-out da porta lógica. Beleza. Eu gosto de conversar sobre as diversas partes envolvendo a matéria para que os conceitos fiquem mais fixos e familiares. Porém, minha dúvida é mais sobre a análise do circuito elétrico, quase esquecendo que é uma porta lógica. Eu coloquei no título "circuitos digitais", então claro que vocês que responderam iam focar bastante nisso.

Ok, então!

Sugiro ler o tópico

MOR_AL

Sérgio Lembo · 5 de outubro de 2017

@Mike Bicalho Dantas , começo com um pouco de filosofia:

Prática sem ciência é empirismo, ciência sem prática é perda de tempo.

O conceito de níveis lógicos tem regras que necessitam ser seguidas para seu bom funcionamento. O mais básico de todos está nos níveis de tensão que irão definir o que é LOW e HIGH. Ao se definir na saída níveis mais rigorosos que na entrada, garantimos que o circuito seguinte conseguirá interpretar corretamente o sinal que recebe. Esses valores são definidos por norma. Isso nos garante que a saída de um componente lógico do fabricante A conseguirá ser corretamente interpretada pela entrada do componente seguinte que foi produzido pelo fabricante B.