Cum funcționează porțile logice

În acest post vom înțelege în mod cuprinzător ce sunt porțile logice și cum funcționează. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul adevărului, porțile de intrare multiple, vom construi, de asemenea, echivalente de porți bazate pe tranzistori și, în cele din urmă, vom face o prezentare generală asupra diferitelor IC-uri CMOS relevante.

Ce sunt porțile logice

O poartă logică într-un circuit electronic poate fi exprimată ca o unitate fizică reprezentată printr-o funcție booleană.

Cu alte cuvinte, o poartă logică este proiectată pentru a executa o funcție logică utilizând intrări binare simple sau mai multe și pentru a genera o singură ieșire binară.

Porțile logice electronice sunt configurate și implementate fundamental folosind blocuri semiconductoare sau elemente cum ar fi diode sau tranzistoare care funcționează ca întrerupătoarele ON / OFF având un model de comutare bine definit. Porțile logice facilitează cascada porților astfel încât să permită cu ușurință compunerea funcțiilor booleene, făcând posibilă crearea de modele fizice ale întregii logici booleene. Acest lucru permite în continuare algoritmilor și matematicii înscrierile utilizând logica booleană.

Circuitele logice pot utiliza elemente semiconductoare din gama multiplexoarelor, registrelor, unităților logice aritmetice (ALU) și memoria computerului și chiar microprocesoare, care implică până la 100 de milioane de porți logice. În implementarea de astăzi, veți găsi în cea mai mare parte tranzistoare cu efect de câmp (FET), fiind utilizate pentru fabricarea porților logice, un bun exemplu fiind tranzistoarele cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor sau MOSFET-uri.

Să începem tutorialul cu logică ȘI porți.

Ce este Poarta Logică „ȘI”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire devine „ridicată” sau „1” sau „adevărată” sau dă un „semnal pozitiv” atunci când toate intrările porților AND sunt „ridicate” sau „1” sau „adevărate” sau „ semnal pozitiv ”.
De exemplu: Spuneți într-o poartă ȘI cu „n” numărul de intrări, dacă toate intrările sunt „ridicate”, ieșirea devine „ridicată”. Chiar dacă o intrare este „LOW” sau „0” sau „false” sau „semnal negativ”, ieșirea se transformă în „LOW” sau „0” sau „false” sau emite un „semnal negativ”.

Notă:
Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).
Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrarea logicii ȘI simbolului porții:

Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.
Expresia booleană pentru logică ȘI poartă: ieșirea „Y” este multiplicarea celor două intrări „A” și „B”. (A.B) = Y.
Înmulțirea booleană este notată cu un punct (.)
Dacă „A” este „1” și „B” este „1”, ieșirea este (A.B) = 1 x 1 = ‘1’ sau „mare”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘1’, ieșirea este (A.B) = 0 x 1 = ‘0’ sau „Low”
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este (A.B) = 1 x 0 = ‘0’ sau „Low”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este (A.B) = 0 x 0 = ‘0’ sau „Low”

Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

Poarta cu 3 intrări „ȘI”:

Ilustrarea a 3 intrări ȘI poartă:

Porțile logice ȘI pot avea un număr „n” de intrări, ceea ce înseamnă că poate avea mai mult de două intrări (porțile logice ȘI vor avea cel puțin două intrări și întotdeauna o ieșire).

Pentru o poartă cu 3 intrări ȘI ecuația booleană se transformă astfel: (A.B.C) = Y, în mod similar pentru 4 intrări și peste.

Tabel de adevăr pentru 3 logici de intrare ȘI poartă:

Logică și intrare multiplă:

Porțile logice și comerciale disponibile comercial sunt disponibile numai în 2, 3 și 4 intrări. Dacă avem mai mult de 4 intrări, atunci trebuie să cascadă porțile.

Putem avea șase porți AND logice de intrare prin cascadă a celor 2 porți AND de intrare după cum urmează:

Acum ecuația booleană pentru circuitul de mai sus devine Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Totuși, toate regulile logice menționate se aplică circuitului de mai sus.

Dacă aveți de gând să utilizați doar 5 intrări din cele 6 intrări ȘI porți de mai sus, putem conecta un rezistor pull-up la orice pin și acum devine poartă ȘI 5 intrări.

Logică ȘI poartă bazată pe două tranzistori:

Acum știm, cum funcționează o poartă logică ȘI, să construim o poartă ȘI 2 intrări folosind doi tranzistori NPN. CI-urile logice sunt construite aproape în același mod.

Schema cu două tranzistoare și poartă:

La ieșirea „Y” puteți conecta un LED dacă ieșirea este ridicată, LED-ul va lumina (terminalul LED + Ve la „Y” cu rezistor de 330 ohm și negativ la GND).

Când aplicăm semnal ridicat la baza celor două tranzistoare, ambele tranzistori se aprind, semnalul + 5V va fi disponibil la emițătorul T2, astfel ieșirea devine ridicată.

Dacă vreunul dintre tranzistori este OPRIT, nu va fi disponibilă o tensiune pozitivă la emițătorul T2, dar datorită rezistorului de tracțiune de 1K, tensiunea negativă va fi disponibilă la ieșire, astfel încât ieșirea este denumită scăzută.

Acum știi cum să construiești logica ȘI poarta ta.

Quad AND gate IC 7408:

Dacă doriți să cumpărați logică ȘI poartă de pe piață, veți obține în configurația de mai sus.
Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să se schimbe de la LOW la HIGH și invers.
Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 27 nanosecunde.
Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 19 nanosecunde.
Alte IC-uri de poartă „ȘI” disponibile în mod obișnuit:

• 74LS08 Quad cu 2 intrări
• 74LS11 triplă cu 3 intrări
• 74LS21 Dual 4-input
• CD4081 Quad cu 2 intrări
• CD4073 triplă cu 3 intrări
• CD4082 Dual 4-input

Puteți consulta întotdeauna fișa de date pentru CI-urile de mai sus pentru mai multe informații.

Cum funcționează Poarta Logică „Exclusive NOR”

În acest post vom explora despre poarta logică „Ex-NOR” sau poarta Exclusive-NOR. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul de adevăr, circuitul echivalent Ex-NOR, realizarea Ex-NOR folosind porți logice NAND și, în cele din urmă, vom lua o privire de ansamblu asupra intrării quad-2 Ex-OR gate IC 74266.

Ce este poarta „Exclusive NOR”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire se transformă în „înalt” sau „1” sau „adevărat” sau dă un „semnal pozitiv” atunci când intrările sunt număr par de „1s” logice (sau „adevărat” sau „înalt” sau „ semnal pozitiv ”).

De exemplu: Spuneți o poartă NOR exclusivă cu numărul 'n' de intrări, dacă intrările sunt logice „HIGH” cu 2 sau 4 sau 6 intrări (numărul par de intrări „1s”), ieșirea devine „HIGH”.

Chiar dacă nu aplicăm nicio logică „ridicată” pinilor de intrare (adică numărul zero al logicii „ÎNALT” și toată logica „LOW”), totuși „zero” este un număr par, ieșirea se transformă în „ALT”.
Dacă numărul de „1s” logice aplicate este ODD atunci ieșirea se transformă în „LOW” (sau „0” sau „fals” sau „semnal negativ”).

Acest lucru este opus poartei logice „SAU exclusiv”, unde ieșirea sa se transformă „ÎNALT” atunci când intrările sunt numărul ODD de „1s” logice.
Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).

Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrarea porții Logic „Exclusive NOR”:

Circuit echivalent cu poarta „NOR exclusiv”:

Cel de mai sus este circuitul echivalent pentru logica Ex-NOR, care este practic o combinație de poartă logică „SAU exclusiv” și poartă logică „NU”.
Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.
Expresia booleană pentru poarta logică Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘1’, ieșirea este ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = ‘1’ sau „HIGH”
Dacă „A” este „0” și „B” este „1”, ieșirea este ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ‘0’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ‘0’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = ‘1’ sau „HIGH”
Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

Poarta NOR exclusivă cu 3 intrări:

Ilustrația porții Ex-NOR cu 3 intrări:

Tabel de adevăr pentru 3 logici de intrare EX-OR gate:

Pentru poarta Ex-NOR cu 3 intrări ecuația booleană devine: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
Poarta logică „Ex-NOR” nu este o poartă logică fundamentală, ci o combinație de porți logice diferite. Poarta Ex-NOR poate fi realizată folosind porțile logice „SAU”, poarta logică „ȘI” și poarta logică „NAND” după cum urmează:

Circuit echivalent pentru poarta „Exclusive NOR”:

Designul de mai sus are un dezavantaj major, avem nevoie de 3 porți logice diferite pentru a crea o poartă Ex-NOR. Dar putem depăși această problemă implementând poarta Ex-NOR cu doar porți logice „NAND”, acest lucru este, de asemenea, economic de fabricat.

Poarta NOR exclusivă care utilizează poarta NAND:

Porțile NOR exclusive sunt utilizate pentru a efectua sarcini de calcul complicate, cum ar fi operații aritmetice, adunători binari, scădere binară, verificatori de paritate și sunt folosiți ca comparatori digitali.

Logic Exclusive-NOR Gate IC 74266:

Dacă doriți să cumpărați poarta logică Ex-NOR de pe piață, veți obține configurația DIP de mai sus.
Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să treacă de la LOW la HIGH și invers după ce a dat input.

Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 23 nanosecunde.

Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 23 nanosecunde.

IC-uri de poartă „EX-NOR” disponibile în mod obișnuit:
74LS266 Quad cu 2 intrări
CD4077 Quad cu 2 intrări

Cum funcționează NAND Gate

În explicația de mai jos vom explora despre logica digitală poarta NAND. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul adevărului, poarta NAND cu intrare multiplă, vom construi o poartă NAND cu 2 intrări pe bază de tranzistor, diverse porți logice folosind doar poarta NAND și în cele din urmă vom face o privire de ansamblu asupra porții NAND IC 7400.

Ce este Poarta Logică „NAND”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire se transformă în „LOW” sau „0” sau „false” sau dă un „semnal negativ” atunci când toate intrările porților NAND sunt „ridicate” sau „1” sau „adevărate” sau „ semnal pozitiv ”.

De exemplu: Spuneți o poartă NAND cu numărul 'n' de intrări, dacă toate intrările sunt „ridicate”, ieșirea devine „LOW”. Chiar dacă o intrare este „LOW” sau „0” sau „false” sau „semnal negativ”, ieșirea se transformă în „HIGH” sau „1” sau „true” sau emite un „semnal pozitiv”.

Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).
Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrația simbolului porții Logic NAND:

Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.

Acest simbol este poarta „ȘI” cu inversarea „o”.

Circuit echivalent poartă „NAND” logică:

Poarta logică NAND este combinația dintre poarta logică „ȘI” și poarta logică „NU”.

Expresia booleană pentru poarta logică NAND: ieșirea „Y” este multiplicarea complementară a celor două intrări „A” și „B”. Y = ((A.B) ̅)

Înmulțirea booleană este notată cu un punct (.), Iar complementara (inversarea) este reprezentată de o bară (-) peste o literă.

Dacă „A” este „1” și „B” este „1”, ieșirea este ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = ‘0’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘1’, ieșirea este ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = ‘1’ sau „HIGH”
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = ‘1’ sau „HIGH”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = ‘1’ sau „HIGH”

Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

Poarta cu 3 intrări „NAND”:

Ilustrarea porții NAND cu 3 intrări:

Porțile logice NAND pot avea un număr „n” de intrări, ceea ce înseamnă că poate avea mai mult de două intrări

(Porțile logice NAND vor avea cel puțin două intrări și întotdeauna o ieșire).
Pentru o poartă NAND cu 3 intrări, ecuația booleană se transformă astfel: ((A.B.C) ̅) = Y, în mod similar pentru 4 intrări și peste.

Tabelul Adevăruluipentru poarta NAND cu logică de intrare 3:

Porti NAND cu logică multiplă:

Porțile Logic NAND disponibile comercial sunt disponibile numai în 2, 3 și 4 intrări. Dacă avem mai mult de 4 intrări, atunci trebuie să cascadă porțile.
De exemplu, putem avea patru porți NAND logice de intrare prin cascadă 5 două porți NAND de intrare după cum urmează:

Acum ecuația booleană pentru circuitul de mai sus devine Y = ((A.B.C.D) ̅)

Totuși, toate regulile logice menționate se aplică circuitului de mai sus.

Dacă aveți de gând să utilizați doar 3 intrări de la poarta NAND de mai sus cu 4 intrări, putem conecta un rezistor pull-up la orice pin și acum devine poarta NAND cu 3 intrări.

Poartă logică NAND bazată pe tranzistor cu două intrări:

Acum știm cum funcționează o poartă logică NAND, să construim o poartă NAND cu 2 intrări folosind două

Tranzistoare NPN. CI-urile logice sunt construite aproape în același mod.
Schematică poartă NAND cu două tranzistori:

La ieșirea „Y” puteți conecta un LED dacă ieșirea este ridicată, LED-ul va lumina (terminalul LED + Ve la „Y” cu rezistor de 330 ohm și negativ la GND).

Când aplicăm semnal înalt la baza celor două tranzistoare, ambele tranzistori se aprind, semnalul de masă va fi disponibil la colectorul T1, astfel ieșirea se transformă în „LOW”.

Dacă vreunul dintre tranzistori este OFF, adică aplicând semnalul „LOW” la bază, nu va fi disponibil niciun semnal de masă la colectorul T1, dar datorită rezistorului de tracțiune de 1K, semnalul pozitiv va fi disponibil la ieșire și ieșirea se transformă 'ÎNALT'.

Acum știi cum să construiești propria poartă logică NAND.

Diverse porți logice care utilizează poarta NAND:

Poarta NAND este, de asemenea, cunoscută sub numele de „poartă logică universală”, deoarece putem face orice logică booleană cu această poartă unică. Acesta este un avantaj pentru fabricarea CI-urilor cu funcții logice diferite și fabricarea unei singure porți este economică.

În schemele de mai sus sunt afișate doar 3 tipuri de porți, dar putem face orice logică booleană.

Poarta Quad NAND IC 7400:

Dacă doriți să cumpărați o poartă logică NAND de pe piață, veți obține configurația DIP de mai sus.
Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să treacă de la LOW la HIGH și invers după ce a dat o intrare.

Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 22 nanosecunde.
Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 15 nanosecunde.
Există mai multe alte IC-uri de poartă NAND disponibile:

• 74LS00 Quad cu 2 intrări
• 74LS10 Triple 3 intrări
• 74LS20 Dual cu 4 intrări
• 74LS30 Unică 8 intrări
• CD4011 Quad cu 2 intrări
• CD4023 Triple 3 intrări
• CD4012 Dual cu 4 intrări

Cum funcționează NOR Gate

Aici vom explora despre logica digitală NOR gate. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul adevărului, poarta NOR cu intrare multiplă, vom construi o poartă NOR cu 2 intrări pe bază de tranzistor, diverse porți logice folosind doar poarta NOR și, în cele din urmă, vom face o privire de ansamblu asupra porții NOR IC 7402.

Ce este Poarta Logică „NOR”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire se transformă în „HIGH” sau „1” sau „true” sau dă un „semnal pozitiv” atunci când toate intrările porților NOR sunt „LOW” sau „0” sau „false” sau „ semnal negativ ”.

De exemplu: Spuneți o poartă NOR cu numărul 'n' de intrări, dacă toate intrările sunt „LOW”, ieșirea devine „HIGH”. Chiar dacă o intrare este „HIGH” sau „1” sau „true” sau „signal pozitiv”, ieșirea se transformă în „LOW” sau „0” sau „false” sau emite un „semnal negativ”.

Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).
Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrația simbolului poartă Logic NOR:

Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.

Acest simbol este poarta „SAU” cu inversiunea „o”.

Circuit echivalent poartă „NOR” logică:

Poarta logică NOR este combinația dintre poarta logică „SAU” și poarta logică „NU”.

Expresia booleană pentru poarta logică NOR: ieșirea „Y” este adăugarea complementară a celor două intrări „A” și „B”. Y = ((A + B) ̅)

Adaosul boolean este notat cu (+) iar complementaritatea (inversiunea) este reprezentată de o bară (-) peste o literă.

Dacă „A” este „1” și „B” este „1”, ieșirea este ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = ‘0’ sau „LOW”
Dacă „A” este „0” și „B” este „1”, ieșirea este ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = ‘0’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = ‘0’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = ‘1’ sau „HIGH”

Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

Poarta „NOR” cu 3 intrări:

Ilustrarea porții NOR cu 3 intrări:

Porțile NOR logice pot avea un număr „n” de intrări, ceea ce înseamnă că poate avea mai mult de două intrări (porțile NOR logice vor avea cel puțin două intrări și întotdeauna o ieșire).

Pentru o poartă NOR cu 3 intrări ecuația booleană se transformă astfel: ((A + B + C) ̅) = Y, în mod similar pentru 4 intrări și peste.

Tabel de adevăr pentru 3 logici de intrare NOR gate:

Porti NOR cu intrare logică multiplă:

Porțile logice NOR disponibile în comerț sunt disponibile numai în 2, 3 și 4 intrări. Dacă avem mai mult de 4 intrări, atunci trebuie să cascadă porțile.
De exemplu, putem avea patru porți NOR logice de intrare în cascadă 5 două porți NOR de intrare după cum urmează:

Acum ecuația booleană pentru circuitul de mai sus devine Y = ((A + B + C + D) ̅)

Totuși, toate regulile logice menționate se aplică circuitului de mai sus.

Dacă aveți de gând să utilizați numai 3 intrări de la poarta NOR de mai sus cu 4 intrări, putem conecta o rezistență verticală la oricare dintre pini și acum devine o poartă NOR de 3 intrări.

Poarta NOR logică cu două intrări bazate pe tranzistor:

Acum știm, cum funcționează o poartă NOR logică, să construim o poartă NOR cu 2 intrări folosind doi tranzistori NPN. CI-urile logice sunt construite aproape în același mod.
Două tranzistori NOR poartă schematică:

La ieșirea „Y” puteți conecta un LED dacă ieșirea este ridicată, LED-ul va lumina (terminalul LED + Ve la „Y” cu rezistor de 330 ohm și negativ la GND).

Când aplicăm semnalul „HIGH” la baza celor două tranzistoare, ambele tranzistoare se aprind, iar semnalul de masă va fi disponibil la colectorul T1 și T2, astfel ieșirea se transformă în „LOW”.

Dacă aplicăm „HIGH” la oricare dintre tranzistori, semnalul negativ va fi disponibil la ieșire, făcând ieșirea să devină „LOW”.

Dacă aplicăm semnalul „LOW” la baza a două tranzistoare, ambele se opresc, dar datorită rezistenței de tracțiune, ieșirea devine „HIGH”.
Acum știi cum să construiești logica și NU poarta ta.

Diverse porți logice folosind poarta NOR:

NOTĂ: NAND și NOR sunt cele două porți cunoscute sub denumirea de porți universale.

Poarta NOR este, de asemenea, o „poartă logică universală”, deoarece putem face orice logică booleană cu această singură poartă. Acesta este un avantaj pentru fabricarea CI-urilor cu funcții logice diferite și fabricarea unei singure porți este economică, acest lucru este același și pentru poarta NAND.

În schemele de mai sus sunt prezentate doar 3 tipuri de porți, dar putem realiza orice logică booleană.
Poarta Quad NOR IC 7402:

Dacă doriți să cumpărați o poartă NOR logică de pe piață, veți obține configurația DIP de mai sus.
Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să treacă de la LOW la HIGH și invers după ce a dat o intrare.

Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 22 nanosecunde.
Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 15 nanosecunde.
Există mai multe alte IC-uri de poartă NOR disponibile:

• 74LS02 Quad 2 intrări
• 74LS27 Triple 3 intrări
• 74LS260 Dual 4-input
• CD4001 Quad cu 2 intrări
• CD4025 Triple 3 intrări
• CD4002 Dual 4-input

Logică NU poartă

În acest post vom explora despre poarta logică „NU”. Vom învăța despre definiția sa de bază, simbolul, tabelul de adevăr, echivalentele de poartă NAND și NOR, invertoarele Schmitt, oscilatorul de poartă Schmitt, NU poarta folosind tranzistorul și, în cele din urmă, vom arunca o privire la invertorul de poartă IC 7404.

Înainte de a începe să analizăm detaliile logicii și a porții care este, de asemenea, numită invertor digital, nu trebuie să ne confundăm cu „invertoarele de putere” care sunt utilizate în sursele solare sau de rezervă de acasă sau de la birou.

Ce este Poarta Logică „NU”?

Este o poartă logică cu o singură intrare și o singură ieșire a cărei ieșire este complementară intrării.

Definiția de mai sus afirmă că dacă intrarea este „HIGH” sau „1” sau „true” sau „signal pozitiv”, ieșirea va fi „LOW” sau „0” sau „false” sau „signal negativ”.

Dacă intrarea este „LOW” sau „0” sau „false” sau „semnal negativ”, ieșirea va fi inversată la „HIGH” sau „1” sau „true” sau „semnal pozitiv”

Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).
Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrarea Logic NOT Gate:

Să presupunem că „A” este intrarea și „Y” este ieșirea, ecuația booleană pentru poarta logică NU este: Ā = Y.

Ecuația afirmă că ieșirea este inversarea intrării.

Tabel de adevăr pentru poarta logică NU:

Porțile care nu vor avea întotdeauna o singură intrare (și vor avea întotdeauna o singură ieșire) sunt clasificate ca dispozitive de luare a deciziilor. Simbolul „o” din vârful triunghiului reprezintă complementarea sau inversarea.

Acest simbol „o” nu este limitat doar la poarta logică „NU”, dar poate fi folosit și de orice porți logice sau de orice circuit digital. Dacă „o” este la intrare, aceasta afirmă că intrarea este activă-scăzută.
Active-Low: Ieșirea devine activă (activând un tranzistor, un LED sau un releu etc.) atunci când este dată intrarea „LOW”.

Echivalentul porților NAND și NOR:

Poarta „NU” poate fi construită utilizând porțile logice „NAND” și logice „NOR” prin unirea tuturor pinilor de intrare, acest lucru se aplică porților cu 3, 4 și pinii de intrare superiori.

Poarta logică bazată pe tranzistor „NU”:

Logica „NU” poate fi construită de un tranzistor NPN și un rezistor de 1K. Dacă aplicăm semnalul „HIGH” la baza tranzistorului, pământul se conectează la colectorul tranzistorului, astfel ieșirea devine „LOW”.

Dacă aplicăm semnalul „LOW” la baza tranzistorului, tranzistorul rămâne OFF și nu va fi conectat la masă, însă, ieșirea va fi trasă „HIGH” de către rezistorul de tragere conectat la Vcc. Astfel putem obține o poartă logică „NU” folosind tranzistorul.

Invertoare Schmitt:

Vom explora acest concept cu un încărcător automat de baterii pentru a explica utilizarea și funcționarea invertoarelor Schmitt. Să luăm exemplul procedurii de încărcare a bateriei li-ion.

Bateria Li-ion de 3,7 V este încărcată când bateria atinge 3 V până la 3,2 V, tensiunea bateriei crește treptat în timpul încărcării și bateria trebuie întreruptă la 4,2 V. După încărcare, tensiunea circuitului deschis al bateriei scade în jur de 4,0 V .

Un senzor de tensiune măsoară limita de întrerupere și declanșează releul să oprească încărcarea. Dar când tensiunea scade sub 4,2V, încărcătorul detectează că nu este încărcat și începe încărcarea până la 4,2V și se întrerupe, din nou, tensiunea bateriei scade la 4,0V și începe încărcarea din nou, iar această nebunie se repetă.

Acest lucru va ucide bateria rapid, pentru a depăși această problemă, avem nevoie de un nivel de prag mai mic sau „LTV”, astfel încât bateria să nu înceapă până când bateria scade la 3 V la 3,2 V. Tensiunea de prag superioară sau „UTV” este 4.2V în acest exemplu.

Un invertor Schmitt este făcut să-și schimbe starea de ieșire atunci când tensiunea trece de pragul superior de tensiune și rămâne același până când intrarea atinge pragul de tensiune inferior.

În mod similar, odată ce intrarea este trecută de tensiunea pragului mai scăzută, ieșirea rămâne aceeași până când intrarea atinge tensiunea pragului superior.

Nu își va schimba starea între LTV și UTV.

Acum, din această cauză, pornirea / oprirea va fi mult mai lină și oscilația nedorită va fi eliminată și circuitul va fi mai rezistent la zgomotul electric.

Schmitt NOT Gate Oscilator:

Circuitul de mai sus este un oscilator care produce undă pătrată la un ciclu de funcționare de 33%. Inițial condensatorul este descărcat și semnalul de masă va fi disponibil la intrarea porții NOT.

Ieșirea devine pozitivă și încarcă condensatorul prin rezistorul „R”, condensatorul se încarcă până la tensiunea de prag superioară a invertorului și schimbă starea, ieșirea transformă semnalul negativ și condensatorul începe să se descarce prin rezistorul „R” până când tensiunea condensatorului ajunge nivelul de prag inferior și schimbă starea, ieșirea devine pozitivă și încarcă condensatorul.

Acest ciclu se repetă atâta timp cât sursa de alimentare este dată circuitului.

Frecvența oscilatorului de mai sus poate fi calculată: F = 680 / RC

Unde, F este frecvență.
R este rezistența în ohmi.
C este capacitate în farad.
Convertor de undă pătrată:

Circuitul de mai sus va converti semnalul de undă sinusoidală în undă pătrată, de fapt poate converti orice undă analogică în undă pătrată.

Cele două rezistențe R1 și R2 funcționează ca divizor de tensiune, acesta este utilizat pentru a obține un punct de polarizare și condensatorul blochează orice semnale de curent continuu.

Dacă semnalul de intrare depășește nivelul pragului superior sau sub nivelul pragului inferior, ieșirea se rotește

LOW sau HIGH conform semnalului, aceasta produce undă pătrată.

IC 7404 NOT invertor de poartă:

IC 7404 este una dintre cele mai frecvent utilizate logice care nu sunt IC. Are 14 pini, pinul # 7 este măcinat, iar pinul # 14 este Vcc. Tensiunea de funcționare este de la 4,5V la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul luat de poartă pentru a procesa ieșirea după ce a dat o intrare.
În logică, poarta „NU” durează aproximativ 22 nano secunde pentru a-și schimba starea de la HIGH la LOW și invers.

Există mai multe alte logici „NU poarta IC-urile:

• 74LS04 Hex Inverting NOT Gate

• 74LS14 Hex Schmitt care inversează poarta NU

• Drivere de inversare hexagonală 74LS1004

• CD4009 Hex Inverting NOT Gate

• CD4069 Hex Inverting NOT Gate

Cum funcționează poarta SA

Acum să explorăm logica digitală SAU porțile. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul adevărului, poarta SA cu intrare multiplă, vom construi o poartă SAU cu 2 intrări bazate pe tranzistor și, în cele din urmă, vom face o privire de ansamblu asupra porții SA IC 7432.

Ce este Poarta Logică „SAU”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire se transformă în „LOW” sau „0” sau „false” sau dă un „semnal negativ” atunci când toate intrările porților SAU sunt „LOW” sau „0” sau „false” sau „ semnal negativ ”.

De exemplu: Spuneți o poartă SAU cu numărul 'n' de intrări, dacă toate intrările sunt „LOW”, ieșirea devine „LOW”. Chiar dacă o intrare este „HIGH” sau „1” sau „true” sau „signal pozitiv”, ieșirea se transformă în „HIGH” sau „1” sau „true” sau emite un „semnal pozitiv”.

Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).
Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrarea logicii SAU a simbolului porții:

Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.

Expresia booleană pentru poarta logică SAU: ieșirea „Y” este adăugarea celor două intrări „A” și „B”, (A + B) = Y.

Adaosul boolean este notat cu (+)

Dacă „A” este „1” și „B” este „1”, ieșirea este (A + B) = 1 + 1 = ‘1’ sau „ridicată”
Dacă „A” este „0” și „B” este „1”, ieșirea este (A + B) = 0 + 1 = „1” sau „ridicată”
Dacă „A” este „1” și „B” este „0”, ieșirea este (A + B) = 1 + 0 = „1” sau „ridicată”
Dacă „A” este „0” și „B” este „0”, ieșirea este (A + B) = 0 + 0 = ‘0’ sau „Scăzut”

Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

Poartă „SAU” cu 3 intrări:

Ilustrarea a 3 intrări SAU poartă:

Porțile logice SAU pot avea un număr „n” de intrări, ceea ce înseamnă că poate avea mai mult de două intrări (porțile logice SAU vor avea cel puțin două intrări și întotdeauna o ieșire).

Pentru o logică de 3 intrări SAU ecuația booleană se transformă astfel: (A + B + C) = Y, în mod similar pentru 4 intrări și peste.

Tabel Adevăr pentru 3 logici de intrare SAU poartă:

Logică multiplă SAU porți:

Porțile logice sau comerciale disponibile comercial sunt disponibile numai în 2, 3 și 4 intrări. Dacă avem mai mult de 4 intrări, atunci trebuie să cascadă porțile.

Putem avea șase logici de intrare SAU poartă în cascadă cele 2 porți SAU de intrare după cum urmează:

Acum ecuația booleană pentru circuitul de mai sus devine Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Totuși, toate regulile logice menționate se aplică circuitului de mai sus.

Dacă aveți de gând să utilizați doar 5 intrări de la cele 6 intrări SA de mai sus, putem conecta un rezistor pull-down la orice pin și acum acesta devine 5 intrări SAU poartă.

Poartă logică SAU cu tranzistor cu două intrări:

Acum știm, cum funcționează o poartă logică SAU, să construim o poartă SAU cu 2 intrări folosind doi tranzistori NPN. CI-urile logice sunt construite aproape în același mod.

Schema cu două tranzistoare SAU:

La ieșirea „Y” puteți conecta un LED dacă ieșirea este ridicată, LED-ul va lumina (terminalul LED + Ve la „Y” cu rezistor de 330 ohm și negativ la GND).

Când aplicăm semnal LOW la baza celor două tranzistoare, ambele tranzistoare se opresc, semnalul de la sol va fi disponibil la emițătorul T2 / T1 prin intermediul unui rezistor de tragere 1k, astfel ieșirea se transformă LOW.

Dacă oricare dintre tranzistori este PORNIT, va fi disponibilă o tensiune pozitivă la emițătorul T2 / T1, astfel ieșirea devine MARE.

Acum știi cum să construiești logica SAU poarta ta.

Quad OR poarta IC 7432:

Dacă doriți să cumpărați logică SAU poartă de pe piață, veți obține în configurația de mai sus.

Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să se schimbe de la LOW la HIGH și invers.
Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 7,4 nanosecunde la 25 grade Celsius.
Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 7,7 nanosecunde la 25 de grade Celsius.

• 74LS32 Quad 2 intrări
• CD4071 2 intrări Quad
• CD4075 triplă cu 3 intrări
• CD4072 Dual 4-input

Logic Exclusive –OR Gate

În acest post vom explora despre poarta logică XOR sau poarta Exclusive-SAU. Vom arunca o privire la definiția de bază, simbolul, tabelul adevărului, circuitul echivalent XOR, realizarea XOR folosind porțile logice NAND și, în cele din urmă, vom analiza imaginea de pe intrarea quad-2 Ex-OR IC 7486.

În postările anterioare, am aflat despre trei porți logice fundamentale „ȘI”, „SAU” și „NU”. De asemenea, am aflat că, folosind aceste trei porți fundamentale putem construi două noi porți logice „NAND” și „NOR”.

Există încă două porți logice, deși aceste două nu sunt porți de bază, dar sunt construite prin combinația celorlalte porți logice, iar ecuația sa booleană este atât de vitală și foarte utilă încât este considerată a fi porți logice distincte.

Aceste două porți logice sunt poarta „SAU exclusiv” și „NOR exclusiv”. În această postare vom explora doar despre logica Poarta SAU exclusivă.

Ce este poarta „SAU exclusivă”?

Este o poartă electronică, a cărei ieșire devine „înaltă” sau „1” sau „adevărată” sau dă un „semnal pozitiv” atunci când cele două intrări logice sunt diferite una față de cealaltă (acest lucru este aplicabil doar pentru două 2 intrări Ex -Portul SAU).

De exemplu: Spuneți o poartă SAU exclusivă cu „două” intrări, dacă unul dintre pinul de intrare A este „HIGH” și pinul de intrare B este „LOW”, atunci ieșirea se transformă în „HIGH” sau „1” sau „true” sau „Semnal pozitiv”.

Dacă ambele intrări au același nivel logic, adică ambii pini „HIGH” sau ambii pini „LOW”, ieșirea se transformă în „LOW” sau „0” sau „false” sau „semnal negativ”.

Notă:

Termenul „Înalt”, „1”, „semnal pozitiv”, „adevărat” sunt în esență același (semnalul pozitiv este semnalul pozitiv al bateriei sau al sursei de alimentare).

Termenii „LOW”, „0”, „semnal negativ”, „fals” sunt în esență aceiași (semnalul negativ este semnalul negativ al bateriei sau al sursei de alimentare).

Ilustrarea Logic Exclusive SA poarta:

Aici „A” și „B” sunt cele două intrări și „Y” este ieșit.

Expresia booleană pentru poarta logică Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Dacă „A” este „1” și „B” este „1”, ieșirea este (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = ‘1’ sau „LOW”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘1’, ieșirea este (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = ‘1’ sau „HIGH”
Dacă ‘A’ este ‘1’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = ‘1’ sau „HIGH”
Dacă ‘A’ este ‘0’ și ‘B’ este ‘0’, ieșirea este (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = ‘0’ sau „Low”
Condițiile de mai sus sunt simplificate în tabelul adevărului.

Tabelul adevărului (două intrări):

În poarta Ex-OR a celor două logici de intrare de mai sus, dacă cele două intrări sunt diferite, adică „1” și „0”, ieșirea devine „HIGH”. Dar cu 3 sau mai multe logici de intrare Ex-OR sau, în general, ieșirea Ex-OR se transformă în „HIGH” numai atunci când numărul ODD al logicii „HIGH” este aplicat la poartă.

De exemplu: Dacă avem 3 intrări Ex-OR gate, dacă aplicăm logica „HIGH” la o singură intrare (numărul impar de logică „1”), ieșirea se transformă în „HIGH”. Dacă aplicăm logica „HIGH” la două intrări (acesta este numărul par de logică „1”), ieșirea se transformă în „LOW” și așa mai departe.

Poartă SAU exclusivă cu 3 intrări:

Ilustrația porții EX-OR cu 3 intrări:

Tabel de adevăr pentru 3 logici de intrare EX-OR gate:

Pentru poarta Ex-OR cu 3 intrări ecuația booleană devine: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Așa cum am descris anterior, poarta logică „Ex-OR” nu este o poartă logică fundamentală, ci o combinație de porți logice diferite. Poarta Ex-OR poate fi realizată folosind poarta logică „SAU”, poarta logică „ȘI” și poarta logică „NAND” după cum urmează:

Circuit echivalent pentru poarta „SAU exclusiv”:

Designul de mai sus are un dezavantaj major, avem nevoie de 3 porți logice diferite pentru a face o poartă Ex-OR. Dar putem depăși această problemă implementând poarta Ex-OR cu doar porți logice NAND, acest lucru este, de asemenea, economic de fabricat.

Poartă SAU exclusivă care utilizează poarta NAND:

Porțile OR exclusive sunt folosite pentru a efectua sarcini de calcul complicate, cum ar fi operații aritmetice, adăugători plini, jumătate adăugători, poate oferi, de asemenea, funcționalitate.

Logic exclusiv SAU IC IC 7486:

Dacă doriți să cumpărați poartă logică Ex-OR de pe piață, veți obține configurația DIP de mai sus.
Are 14 pini pinul 7 și pinul 14 sunt GND și respectiv Vcc. Se operează la 5V.

Întârziere de propagare:

Întârzierea propagării este timpul necesar pentru ca ieșirea să treacă de la LOW la HIGH și invers după ce a dat input.
Întârzierea propagării de la LOW la HIGH este de 23 nanosecunde.
Întârzierea propagării de la HIGH la LOW este de 17 nanosecunde.

IC-uri de poartă „EX-OR” disponibile în mod obișnuit:

• 74LS86 Quad 2 intrări
• CD4030 Quad cu 2 intrări

Sper că explicația detaliată de mai sus v-ar fi putut ajuta să înțelegeți ce sunt porțile logice și cum funcționează porțile logice, dacă mai aveți întrebări? Vă rugăm să exprimați în secțiunea de comentarii, este posibil să primiți un răspuns rapid.