10.1: Lógica digital con retroalimentación

Con circuitos lógicos de puerta simple y combinacional, hay un estado de salida definido para cualquier estado de entrada dado. Tomemos la tabla de la verdad de una puerta OR, por ejemplo:

Para cada una de las cuatro combinaciones posibles de estados de entrada (0-0, 0-1, 1-0 y 1-1), hay un estado de salida definido e inequívoco. Ya sea que estemos tratando con una multitud de puertas en cascada o una sola puerta, ese estado de salida está determinado por la tabla (s) de verdad para la (s) puerta (s) en el circuito, y nada más.

Sin embargo, si alteramos este circuito de puerta para dar retroalimentación de señal desde la salida a una de las entradas, comienzan a suceder cosas extrañas:

Sabemos que si A es 1, la salida debe ser 1, también. Tal es la naturaleza de una puerta OR: cualquier entrada “alta” (1) fuerza a la salida “alta” (1). Si A es “bajo” (0), sin embargo, no podemos garantizar el nivel lógico o el estado de la salida en nuestra tabla de verdad. Dado que la salida retroalimenta a una de las entradas de la puerta OR, y sabemos que cualquier entrada 1 a una puerta OR hace que la salida sea 1, este circuito se “enclavará” en el estado de salida 1 después de cualquier tiempo que A sea 1. Cuando A es 0, la salida podría ser 0 o 1, ¡dependiendo del estado anterior del circuito! La forma correcta de completar la tabla de verdad anterior sería insertar la palabra latch en lugar del signo de interrogación, mostrando que la salida mantiene su último estado cuando A es 0.

Cualquier circuito digital que emplee retroalimentación se llama multivibrador. El ejemplo que acabamos de explorar con la puerta OR fue un ejemplo muy sencillo de lo que se llama multivibrador biestable. Se llama “biestable” porque puede mantenerse estable en uno de los dos posibles estados de salida, ya sea 0 o 1. También hay multivibradores monoestables, que solo tienen un estado de salida estable (ese otro estado es momentáneo), que exploraremos más adelante; y multivibradores astables, que no tienen estado estable (oscilando de un lado a otro entre una salida de 0 y 1).

Un multivibrador astable muy simple es un inversor con la salida realimentada directamente a la entrada:

Cuando la entrada es 0, la salida cambia a 1. Esa salida de 1 se retroalimenta a la entrada como un 1. Cuando la entrada es 1, la salida cambia a 0. Esa salida 0 se retroalimenta a la entrada como un 0, y el ciclo se repite. El resultado es un oscilador de alta frecuencia (varios megahercios), si se implementa con una puerta de inversor de estado sólido (semiconductor):

Si se implementa con lógica de relé, el oscilador resultante será considerablemente más lento, ciclando a una frecuencia bien dentro del rango de audio. El zumbador o circuito vibrador así formado se utilizó ampliamente en los primeros circuitos de radio, como una forma de convertir la alimentación continua constante de bajo voltaje en energía de CC pulsante que luego podría intensificarse en voltaje a través de un transformador para producir el alto voltaje necesario para operar el Amplificadores de tubo de vacío. Los ingenieros de Henry Ford también emplearon el circuito zumbador/transformador para crear un alto voltaje continuo para operar las bujías en motores de automóviles Model T:

Tomando prestada la terminología de los antiguos circuitos de zumbador mecánico (vibrador), los ingenieros de circuitos de estado sólido se refirieron a cualquier circuito con dos o más vibradores conectados entre sí como multivibrador. El multivibrador astable mencionado anteriormente, con un solo “vibrador”, se implementa más comúnmente con múltiples puertas, como veremos más adelante.

Los multivibradores más interesantes y ampliamente utilizados son de la variedad biestable, por lo que los exploraremos en detalle ahora.