Come realizzare un circuito logico

I moderni computer, anche i più sofisticati ed i più complessi, sono costituiti da componenti base molto semplici: i circuiti logici. Questi elementi sono dei circuiti elettronici basati su di un numero finito di livelli di tensione elettrica. Le tensioni sono due e sono solitamente identificate con il numero zero (“0”) e con il numero uno (“1”) secondo quanto descritto dalla logica di Boole (o Booleana). I circuiti hanno lo scopo di eseguire un gran numero di funzioni logiche elementari che “sommate” tra di loro possono dare vita a calcoli molto complessi, risolvendo in breve tempo problemi logici e matematici altrimenti di difficile decifrazione. Costruire un circuito logico è un’operazione piuttosto semplice se si ha un minimo di dimestichezza con i componenti elettronici. In questa guida sarà spiegato come realizzare un circuito logico.

• Breadboard, Porte logiche

Per prima cosa è necessario conoscere le basi della logica Boolenana. Questa si compone di quattro operazioni fondamentali: la somma logica (indicata con “OR”), il prodotto logico (indicato con “AND”) e la negazione (indicata con “NOT”). Gli operatori logici presentano il seguente funzionamento. Il circuito “OR” compie la somma di due o più variabili in ingresso, dando in uscita “1” se almeno uno degli ingressi è uguale ad “1”, oppure “0” se tutti gli ingressi sono pari a “0”. Il circuito “AND” esegue il prodotto logico di due o più variabili in ingresso. L’uscita è quindi “1” se tutti gli input sono pari a “1”, mentre è uguale a “0” se almeno uno degli ingressi è “0”. Infine, “NOT” fornisce la negazione (anche detta complementazione) dell’input, cioè “1” se entra “0” e “0” se entra “1”. Gli operatori possono essere anche affiancati tra di loro creando nuovi tipi di circuiti. Aggiungendo il circuito “NOT” all'uscita di un “OR” o di un “AND”, si ottengono gli operatori “NOR” e “NAND”.

Per realizzare un circuito logico è necessario predisporre un piccolo progetto ed eventualmente simularne il funzionamento con un software apposito (su Internet sono disponibili molti programmi gratuiti). In questo modo si evita di sprecare tempo e componenti elettrici in una costruzione che non funzionerà. I componenti base per costruire un circuito sono una breadboard, le porte logiche, dei fili rigidi per fare i collegamenti tra le porte ed un alimentatore (una pila o una batteria che può andare, a seconda del circuito da 3 Volt a 15 Volt). Tutti questi elementi si possono tranquillamente acquistare nei negozi di elettronica o su Internet. L’utilizzo di una breadboard facilita enormemente la realizzazione dei circuiti in quanto si possono così evitare le operazioni di saldatura tra i fili ed i vari componenti. Questi vengono infatti inseriti e bloccati ad incastro negli appositi punti sulla breadboard. Le porte logiche sono dotate di “piedini” che ne facilitano un rapido inserimento.

Il più recente sviluppo tecnologico ha ormai introdotto e consolidato la logica costruttiva basata sulla cosiddetta integrazione. Tutte porte logiche sono realizzate con elementi attivi, i transistor. La tecnologia CMOS (metallo-ossido-semiconduttore complementare) è una delle più diffuse e maggiormente robuste ed impiega transistori complementari a effetto di campo MOSFET all’interno della stessa porta logica. Questa tecnologia possiede l’importante caratteristica di dissipare poca potenza. Un’altra logica costruttiva è la TTL (logica a transistori-transistori), molto resistente ai disturbi e con costi molto bassi. In definitiva, la parte più complessa della realizzazione di un circuito logico è la parte progettuale, con la predisposizione delle porte logiche, che può essere approfondita su specifici testi di elettronica o anche in rete.