Как работают логические ворота

В этом посте мы собираемся всесторонне понять, что такое логические ворота и как они работают. Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, вентили с несколькими входами, мы также будем создавать эквиваленты вентилей на основе транзисторов и, наконец, сделаем обзор различных соответствующих КМОП ИС.

Что такое логические ворота

Логический вентиль в электронной схеме может быть выражен как физическая единица, представленная через логическую функцию.

Другими словами, логический вентиль предназначен для выполнения логической функции с использованием одного или нескольких двоичных входов и для генерации одного двоичного выхода.

Электронные логические вентили в основном конфигурируются и реализуются с использованием полупроводниковых блоков или элементов, таких как диоды или транзисторы, которые работают как переключатели ВКЛ / ВЫКЛ, имеющие четко определенную схему переключения. Логические вентили облегчают каскадирование вентилей, так что они легко позволяют компоновку логических функций, что позволяет создавать физические модели всей логической логики. Это дополнительно позволяет записывать алгоритмы и математические данные с использованием логической логики.

В логических схемах могут использоваться полупроводниковые элементы, такие как мультиплексоры, регистры, арифметико-логические блоки (ALU), компьютерная память и даже микропроцессоры, в которых задействовано до 100 миллионов логических вентилей. В сегодняшней реализации вы найдете в основном полевые транзисторы (FET), которые используются для изготовления логических вентилей, хорошим примером являются полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник или полевые МОП-транзисторы.

Начнем урок с логики И вентилей.

Что такое логический вентиль «И»?

Это электронный вентиль, выход которого становится «высоким», или «1», или «истиной», или выдает «положительный сигнал», когда все входы логических элементов И имеют «высокий», или «1», или «истина», или «истина». положительный сигнал ».
Например: скажем, в логическом элементе И с числом входов «n», если все входы имеют высокий уровень, выход становится высоким. Даже если один из входов имеет значение «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или «отрицательный сигнал», выход становится «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или выдает «отрицательный сигнал».

Примечание:
Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).
Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация логики И символа ворот:

Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.
Логическое выражение для логического элемента И: Выход «Y» - это умножение двух входов «A» и «B». (A.B) = Y.
Булево умножение обозначается точкой (.)
Если «A» равно «1», а «B» равно «1», выход будет (A.B) = 1 x 1 = «1» или «высокий».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», выход будет (A.B) = 0 x 1 = «0» или «низкий».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», выход будет (A.B) = 1 x 0 = «0» или «низкий».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», выход будет (A.B) = 0 x 0 = «0» или «низкий».

Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

3-входной вентиль «И»:

Иллюстрация 3 входных И вентилей:

Логические элементы И могут иметь n входов, что означает, что они могут иметь более двух входов (элементы логического И будут иметь как минимум два входа и всегда один выход).

Для логического элемента И с 3 входами логическое уравнение выглядит следующим образом: (A.B.C) = Y, аналогично для 4 входов и выше.

Таблица истинности для логического элемента И с 3 входами:

Логика с несколькими входами и вентили:

Имеющиеся в продаже вентили логического И доступны только с 2, 3 и 4 входами. Если у нас более 4 входов, мы должны каскадировать ворота.

У нас может быть шесть входных логических элементов И путем каскадного соединения 2 входных элементов И следующим образом:

Теперь логическое уравнение для вышеуказанной схемы принимает вид Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Тем не менее, все упомянутые логические правила применимы к указанной выше схеме.

Если вы собираетесь использовать только 5 входов из вышеуказанных 6 входов И вентилей, мы можем подключить подтягивающий резистор к любому одному выводу, и теперь он становится 5 входом И вентилем.

На основе транзистора два входа логического И затвора:

Теперь мы знаем, как работает логический вентиль И, давайте построим вентиль И с двумя входами, используя два NPN-транзистора. Логические ИС устроены почти так же.

Схема двух транзисторов и затвора:

К выходу «Y» вы можете подключить светодиод, если выход высокий, светодиод будет гореть (светодиод + Ve клемма «Y» с резистором 330 Ом и отрицательная клемма на GND).

Когда мы подаем сигнал высокого уровня на базу двух транзисторов, оба транзистора включаются, сигнал + 5 В будет доступен на эмиттере T2, таким образом, на выходе будет высокий уровень.

Если какой-либо из транзисторов выключен, на эмиттере T2 не будет положительного напряжения, но из-за понижающего резистора 1K отрицательное напряжение будет доступно на выходе, поэтому выход считается низким.

Теперь вы знаете, как построить свою собственную логику И вентиль.

Счетверенный И вентиль IC 7408:

Если вы хотите купить логику И вентиль на рынке, вы получите указанную выше конфигурацию.
Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выходной сигнал изменится с LOW на HIGH и наоборот.
Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 27 наносекунд.
Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 19 наносекунд.
Другие общедоступные ИС затвора «И»:

• 74LS08 Quad 2 входа
• 74LS11 Тройной, 3 входа
• 74LS21 Двойной 4 входа
• CD4081 Quad 2 входа
• CD4073 Тройной, 3 входа
• CD4082 Двойной 4 входа

Вы всегда можете обратиться к листам данных для вышеуказанных микросхем для получения дополнительной информации.

Как логическая функция ворот «Исключительное ИЛИ-НЕ»

В этом посте мы собираемся изучить логические ворота «Ex-NOR» или «Exclusive-NOR». Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, эквивалентную схему Ex-NOR, реализацию Ex-NOR с использованием логические ворота NAND и, наконец, мы рассмотрим схему ИС 74266 с четырьмя входами Ex-OR.

Что такое ворота «Эксклюзив НОР»?

Это электронный вентиль, выход которого становится «высоким», или «1», или «истиной», или выдает «положительный сигнал», когда на входах четное число логических «единиц» (или «истина», или «высокий», или « положительный сигнал »).

Например: скажем, вентиль Исключающее ИЛИ-ИЛИ с числом входов «n», если входы являются логическими «ВЫСОКИЙ» с 2, 4 или 6 входами (четное количество входов «1 с»), выход становится «ВЫСОКИЙ».

Даже если мы не применяем «высокий» логический уровень к входным контактам (то есть нулевое количество логических «HIGH» и все логические «LOW»), все равно «ноль» является четным числом, выход становится «HIGH».
Если количество примененных логических «единиц» является НЕЧЕТНЫМ, тогда выход становится «НИЗКИЙ» (или «0», или «ложный», или «отрицательный сигнал»).

Это противоположно логическому элементу «Исключающее ИЛИ», где его выход становится «ВЫСОКИМ», когда входы имеют НЕЧЕТНОЕ количество логических «единиц».
Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).

Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация логических ворот «Эксклюзивное NOR»:

Эквивалентная схема ворот «Исключительное ИЛИ-НЕ»:

Выше приведена эквивалентная схема для логической схемы Ex-NOR, которая в основном представляет собой комбинацию логического элемента «Исключающее ИЛИ» и логического элемента «НЕ».
Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.
Логическое выражение для логического элемента Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Если «A» равно «1», а «B» равно «1», вывод будет ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = «1» или «HIGH».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», выход будет ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = «0» или «LOW».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», выход будет ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = «0» или «LOW».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», вывод будет ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = «1» или «HIGH».
Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

3 входных эксклюзивных входа NOR:

Иллюстрация ворот Ex-NOR с 3 входами:

Таблица истинности для логического элемента EX-OR с 3 входами:

Для логического элемента Ex-NOR с 3 входами логическое уравнение принимает следующий вид: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
Логический элемент «Ex-NOR» - это не основной логический элемент, а комбинация различных логических элементов. Логический элемент Ex-NOR может быть реализован с использованием логического элемента «ИЛИ», логического элемента «И» и логического элемента «И-НЕ» следующим образом:

Эквивалентная схема для ворот «Исключительное НОР»:

Вышеупомянутая конструкция имеет серьезный недостаток, нам нужно 3 разных логических элемента, чтобы сделать один вентиль Ex-NOR. Но мы можем преодолеть эту проблему, реализовав вентиль Ex-NOR только с логическими вентилями «И-НЕ», изготовление которых также является экономичным.

Эксклюзивные ворота NOR с использованием ворот NAND:

Исключительные вентили ИЛИ-НЕ используются для выполнения сложных вычислительных задач, таких как арифметические операции, двоичные сумматоры, двоичное вычитание, средства проверки четности, и они используются в качестве цифровых компараторов.

Логика Exclusive-NOR Gate IC 74266:

Если вы хотите купить логические ворота Ex-NOR на рынке, вы попадете в вышеуказанную конфигурацию DIP.
Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выходной сигнал изменится с LOW на HIGH и наоборот после подачи входного сигнала.

Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 23 наносекунды.

Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 23 наносекунды.

Обычно доступные ИС затвора «EX-NOR»:
74LS266 Quad 2 входа
CD4077 Quad 2 входа

Как работает NAND Gate

В приведенном ниже объяснении мы собираемся изучить цифровой логический элемент NAND. Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, вентиль NAND с несколькими входами, мы будем строить вентиль NAND на основе транзисторов с 2 входами, различные логические вентили, используя только вентиль NAND, и, наконец, мы рассмотрим вентиль NAND. IC 7400.

Что такое логический вентиль «И-НЕ»?

Это электронный вентиль, выход которого имеет значение «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или выдает «отрицательный сигнал», когда все входы логических элементов И-НЕ имеют «высокий», или «1», или «истина», или « положительный сигнал ».

Например: скажем, вентиль И-НЕ с числом входов «n», если на всех входах высокий уровень, выход становится низким. Даже если один вход имеет значение «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или «отрицательный сигнал», выход становится «ВЫСОКИЙ», «1», «истина» или выдает «положительный сигнал».

Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).
Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация символа логического элемента NAND:

Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.

Этот символ - вентиль «И» с инверсией «о».

Эквивалентная схема логического затвора «И-НЕ»:

Логический элемент И-НЕ представляет собой комбинацию логического элемента «И» и логического элемента «НЕ».

Логическое выражение для логического элемента И-НЕ: Выход «Y» является дополнительным умножением двух входов «A» и «B». Y = ((A.B) ̅)

Булево умножение обозначается точкой (.), А дополнительное (инверсия) обозначается чертой (-) над буквой.

Если «A» равно «1», а «B» равно «1», выход будет ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = «0» или «LOW».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», вывод будет ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = «1» или «HIGH».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», вывод будет ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = «1» или «HIGH».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», вывод будет ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = «1» или «HIGH».

Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

Гейт с 3 входами «И-НЕ»:

Иллюстрация 3 входного логического элемента И-НЕ:

Логические элементы NAND могут иметь 'n' входов, что означает, что у них может быть более двух входов.

(Логические вентили NAND будут иметь как минимум два входа и всегда один выход).
Для логического элемента И-НЕ с 3 входами логическое уравнение выглядит следующим образом: ((A.B.C) ̅) = Y, аналогично для 4 входов и выше.

Таблица правдыдля логического элемента И-НЕ с 3 входами:

Логические ворота NAND с несколькими входами:

Коммерчески доступные логические элементы NAND доступны только с 2, 3 и 4 входами. Если у нас более 4 входов, мы должны каскадировать ворота.
Например, мы можем получить четыре входных логических элемента И-НЕ, каскадируя 5 двух входных элементов И-НЕ следующим образом:

Теперь логическое уравнение для вышеуказанной схемы принимает вид Y = ((A.B.C.D) ̅)

Тем не менее, все упомянутые логические правила применимы к указанной выше схеме.

Если вы собираетесь использовать только 3 входа из вышеуказанных 4 входов логического элемента NAND, мы можем подключить подтягивающий резистор к любому одному выводу, и теперь он становится вентилем NAND с 3 входами.

На основе транзистора два входа логического элемента И-НЕ:

Теперь мы знаем, как работает логический вентиль И-НЕ. Давайте построим вентиль И-НЕ с двумя входами, используя два

Транзисторы NPN. Логические ИС устроены почти так же.
Схема двух транзисторных затворов NAND:

К выходу «Y» можно подключить светодиод, если на выходе высокий уровень, светодиод будет гореть (светодиод + клемма Ve на «Y» с резистором 330 Ом и отрицательная клемма на GND).

Когда мы подаем сигнал высокого уровня на базу двух транзисторов, оба транзистора включаются, сигнал заземления будет доступен на коллекторе T1, таким образом, на выходе будет установлен низкий уровень.

Если какой-либо из транзисторов выключен, то есть подает сигнал «НИЗКИЙ» на базу, сигнал заземления не будет доступен на коллекторе T1, но из-за подтягивающего резистора 1K положительный сигнал будет доступен на выходе, а выход будет вращаться. 'ВЫСОКО'.

Теперь вы знаете, как создать собственный логический элемент И-НЕ.

Различные логические ворота с использованием логического элемента NAND:

Логический вентиль NAND также известен как «универсальный логический вентиль», потому что мы можем создать любую булеву логику с этим единственным вентилем. Это преимущество для изготовления ИС с различными логическими функциями, а изготовление одного затвора является экономичным.

На схемах выше показаны только 3 типа ворот, но мы можем создать любую логическую логику.

Четыре логических элемента NAND IC 7400:

Если вы хотите купить логический вентиль NAND на рынке, вы получите конфигурацию DIP выше.
Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выход изменится с НИЗКОГО на ВЫСОКИЙ и наоборот после подачи входного сигнала.

Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 22 наносекунды.
Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 15 наносекунд.
Доступно несколько других микросхем затвора NAND:

• 74LS00 Quad 2 входа
• 74LS10 Тройной, 3 входа
• 74LS20 Двойной 4 входа
• 74LS30 Одиночный 8 входов
• CD4011 Quad 2 входа
• CD4023 Тройной, 3 входа
• CD4012 Двойной 4 входа

Как работает NOR Gate

Здесь мы собираемся изучить цифровой логический вентиль ИЛИ-НЕ. Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, вентиль ИЛИ-ИЛИ с несколькими входами, мы будем строить вентиль ИЛИ-НЕ с двумя входами, различные логические вентили, используя только вентиль ИЛИ-НЕ, и, наконец, мы рассмотрим вентиль ИЛИ-НЕ. IC 7402.

Что такое логические ворота «NOR»?

Это электронный вентиль, выход которого становится «ВЫСОКИЙ», «1» или «истина» или выдает «положительный сигнал», когда все входы логических элементов ИЛИ-НЕ имеют значение «НИЗКИЙ», или «0», или «ложь», или « отрицательный сигнал ».

Например: скажите вентиль ИЛИ-ИЛИ с числом входов «n», если все входы имеют значение «НИЗКИЙ», выход становится «ВЫСОКИЙ». Даже если один из входов имеет значение «ВЫСОКИЙ», «1», «истинный» или «положительный сигнал», на выходе будет «низкий», «0», «ложный» или «отрицательный сигнал».

Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).
Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация символа логического элемента ИЛИ-НЕ:

Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.

Этот символ - вентиль «ИЛИ» с инверсией «о».

Эквивалентная схема логического «NOR» затвора:

Логический вентиль ИЛИ-НЕ представляет собой комбинацию логического элемента «ИЛИ» и логического элемента «НЕ».

Логическое выражение для логического элемента ИЛИ-ИЛИ: Выход «Y» является дополнительным сложением двух входов «A» и «B». Y = ((A + B) ̅)

Булево сложение обозначается (+), а дополнительное (инверсия) обозначается чертой (-) над буквой.

Если «A» равно «1», а «B» равно «1», выход будет ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = «0» или «LOW».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», вывод будет ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = «0» или «LOW».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», вывод будет ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = «0» или «LOW».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», вывод будет ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = «1» или «HIGH».

Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

3-входные ворота «NOR»:

Иллюстрация трех входов ИЛИ-НЕ:

Логические вентили ИЛИ-НЕ могут иметь n входов, что означает, что у них может быть более двух входов (логические вентили ИЛИ-НЕ будут иметь как минимум два входа и всегда один выход).

Для логического элемента ИЛИ-НЕ с 3 входами логическое уравнение выглядит следующим образом: ((A + B + C) ̅) = Y, аналогично для 4 входов и выше.

Таблица истинности для логического элемента ИЛИ-НЕ с 3 входами:

Логические ворота NOR с несколькими входами:

Имеющиеся в продаже вентили Logic NOR доступны только с 2, 3 и 4 входами. Если у нас более 4 входов, мы должны каскадировать ворота.
Например, мы можем получить четыре входных логических элемента ИЛИ-НЕ, каскадируя 5 двух входных элементов ИЛИ-НЕ следующим образом:

Теперь логическое уравнение для вышеуказанной схемы принимает вид Y = ((A + B + C + D) ̅)

Тем не менее, все упомянутые логические правила применимы к указанной выше схеме.

Если вы собираетесь использовать только 3 входа из вышеупомянутых 4 входов ИЛИ-затвора, мы можем подключить понижающий резистор к любому из контактов, и теперь он станет 3-х входным вентилем ИЛИ-НЕ.

На основе транзистора два входа логического логического элемента ИЛИ:

Теперь, когда мы знаем, как работает логический вентиль ИЛИ-НЕ, давайте построим вентиль ИЛИ-НЕ с двумя входами, используя два NPN-транзистора. Логические ИС устроены практически одинаково.
Схема двух транзисторных затворов ИЛИ:

К выходу «Y» можно подключить светодиод, если на выходе высокий уровень, светодиод будет гореть (светодиод + клемма Ve на «Y» с резистором 330 Ом и отрицательная клемма на GND).

Когда мы подаем сигнал «ВЫСОКИЙ» на базу двух транзисторов, оба транзистора включаются, и сигнал заземления будет доступен на коллекторе транзисторов T1 и T2, таким образом, выходной сигнал станет «низким».

Если мы применим «ВЫСОКИЙ» к любому из транзисторов, отрицательный сигнал все равно будет доступен на выходе, что приведет к «НИЗКОМУ» выходу.

Если мы подадим сигнал «НИЗКИЙ» на базу двух транзисторов, оба отключаются, но из-за подтягивающего резистора выход становится «ВЫСОКИЙ».
Теперь вы знаете, как построить собственный логический вентиль ИЛИ-НЕ.

Различные логические вентили, использующие вентиль ИЛИ:

ПРИМЕЧАНИЕ. И-И и И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И-И ко всему, они известны как универсальные ворота.

Вентиль ИЛИ-НЕ также является «универсальным логическим вентилем», потому что с помощью этого единственного вентиля мы можем создавать любую логику. Это преимущество для изготовления ИС с различными логическими функциями, и изготовление одного затвора является экономичным, то же самое и для затвора NAND.

На схемах выше показано всего 3 типа ворот, но мы можем создать любую логическую логику.
Счетверенный вентиль NOR IC 7402:

Если вы хотите купить логический вентиль NOR на рынке, вы получите конфигурацию DIP выше.
Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выход изменится с НИЗКОГО на ВЫСОКИЙ и наоборот после подачи входного сигнала.

Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 22 наносекунды.
Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 15 наносекунд.
Доступно несколько других ИС затвора NOR:

• 74LS02 Quad 2 входа
• 74LS27 Тройной, 3 входа
• 74LS260 Двойной 4 входа
• CD4001 Quad 2 входа
• CD4025 Тройной, 3 входа
• CD4002 Двойной 4 входа

Логика НЕ ​​ворота

В этом посте мы собираемся изучить логический элемент «НЕ». Мы узнаем о его базовом определении, символе, таблице истинности, эквивалентах затвора NAND и NOR, инверторах Шмитта, генераторе затвора Шмитта NOT, затворе NOT с использованием транзистора и, наконец, мы рассмотрим инвертор логического НЕ затвора IC 7404.

Прежде чем мы начнем подробно рассматривать логический элемент НЕ, который также называется цифровым инвертором, не следует путать с «силовыми инверторами», которые используются в солнечных или резервных источниках питания дома или в офисе.

Что такое логические ворота «НЕ»?

Это логический вентиль с одним входом и одним выходом, выход которого дополняет вход.

Приведенное выше определение гласит, что если на входе «ВЫСОКИЙ» или «1», «истинный» или «положительный сигнал», то на выходе будет «НИЗКИЙ», или «0», или «ложный», или «отрицательный сигнал».

Если на входе «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или «отрицательный сигнал», выход будет инвертирован в «ВЫСОКИЙ», «1», «истинный» или «положительный сигнал».

Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).
Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация логического НЕ шлюза:

Предположим, что «A» - это вход, а «Y» - выход, логическое уравнение для логического элемента НЕ: Ā = Y.

Уравнение утверждает, что выход является инверсией входа.

Таблица истинности для логического НЕ ворот:

Не ворота всегда будут иметь один вход (и всегда один выход), они классифицируются как устройства принятия решений. Символ «о» на вершине треугольника представляет собой дополнение или инверсию.

Этот символ «o» не только ограничен логическим элементом «НЕ», но также может использоваться любыми логическими элементами или любой цифровой схемой. Если на входе стоит «o», это означает, что на входе низкий активный уровень.
Активный-низкий: выход становится активным (активирует транзистор, светодиод или реле и т. Д.), Когда задан вход «НИЗКИЙ».

Эквивалент NAND и NOR Gates:

Элемент «НЕ» может быть построен с использованием логических элементов «И-НЕ» и логического элемента «ИЛИ-ИЛИ» путем объединения всех входных контактов, это относится к элементам с 3, 4 и более входными контактами.

Логический вентиль «НЕ» на базе транзистора:

Логическое «НЕ» может быть построено с помощью транзистора NPN и резистора 1 кОм. Если мы подаем сигнал «ВЫСОКИЙ» на базу транзистора, земля будет подключена к коллектору транзистора, таким образом, выход будет «НИЗКИЙ».

Если мы подадим сигнал «НИЗКИЙ» на базу транзистора, транзистор останется ВЫКЛЮЧЕННЫМ и не будет соединен с землей, но на выходе будет установлен «ВЫСОКИЙ» резистор, подключенный к Vcc. Таким образом, мы можем сделать логический вентиль «НЕ» на транзисторе.

Инверторы Шмитта:

Мы рассмотрим эту концепцию с автоматическим зарядным устройством, чтобы объяснить использование и функционирование инверторов Шмитта. Возьмем для примера процедуру зарядки литий-ионного аккумулятора.

Литий-ионный аккумулятор 3,7 В заряжается, когда напряжение аккумулятора достигает 3 В до 3,2 В, напряжение аккумулятора постепенно повышается во время зарядки, и аккумулятор необходимо отключить при 4,2 В. После зарядки напряжение холостого хода аккумулятора падает примерно на 4,0 В. .

Датчик напряжения измеряет предел отключения и запускает реле, чтобы прекратить зарядку. Но когда напряжение падает ниже 4,2 В, зарядное устройство определяет, что оно не заряжено, и начинает зарядку до 4,2 В и отключение, снова напряжение батареи падает до 4,0 В и снова начинает заряд, и это безумие повторяется снова и снова.

Это быстро убьет батарею, чтобы решить эту проблему, нам нужен более низкий пороговый уровень или «LTV», чтобы батарея не начинала заряжаться, пока батарея не упадет до 3–3,2 В. Верхнее пороговое напряжение или «UTV» равно 4,2 В. в этом примере.

Инвертор Шмитта переключает свое выходное состояние, когда напряжение пересекает верхнее пороговое напряжение, и остается неизменным, пока вход не достигает нижнего порогового напряжения.

Точно так же, как только входное напряжение пересекает нижнее пороговое напряжение, выходное значение остается неизменным, пока входное напряжение не достигнет верхнего порогового напряжения.

Он не меняет своего состояния между LTV и UTV.

Теперь, из-за этого, ВКЛ / ВЫКЛ будет намного более плавным, и нежелательные колебания будут удалены, а также схема станет более устойчивой к электрическим шумам.

Генератор Шмитта НЕ Gate:

Вышеупомянутая схема представляет собой генератор, который генерирует прямоугольную волну при рабочем цикле 33%. Изначально конденсатор находится в разряженном состоянии, и сигнал заземления будет доступен на входе логического элемента НЕ.

Выход становится положительным и заряжает конденсатор через резистор «R», конденсатор заряжается до верхнего порогового напряжения инвертора и меняет состояние, выход дает отрицательный сигнал, и конденсатор начинает разряжаться через резистор «R», пока напряжение на конденсаторе не достигнет нижний пороговый уровень и меняет состояние, выход становится положительным и заряжает конденсатор.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока на схему подается питание.

Частоту указанного генератора можно вычислить: F = 680 / RC.

Где, F - частота.
R - сопротивление в Ом.
C - емкость в фарадах.
Конвертер прямоугольных сигналов:

Вышеупомянутая схема преобразует сигнал синусоидальной волны в прямоугольную волну, фактически она может преобразовывать любые аналоговые волны в прямоугольную волну.

Два резистора R1 и R2 работают как делитель напряжения, он используется для получения точки смещения, а конденсатор блокирует любые сигналы постоянного тока.

Если входной сигнал превышает верхний пороговый уровень или ниже нижнего порогового уровня, выходной сигнал переключается.

LOW или HIGH в зависимости от сигнала, это создает прямоугольную волну.

Инвертор IC 7404 NOT:

IC 7404 - одна из наиболее часто используемых ИС с логическим НЕ затвором. Он имеет 14 контактов, контакт 7 - заземление, а контакт 14 - Vcc. Рабочее напряжение от 4,5В до 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, затрачиваемое вентилем на обработку вывода после подачи ввода.
В логике «НЕ» вентилю требуется около 22 наносекунд, чтобы изменить свое состояние с ВЫСОКОГО на НИЗКОЕ и наоборот.

Существует несколько других логических схем «НЕ затвора»:

• 74LS04 Hex инвертирующий вентиль НЕ

• 74LS14 Hex Шмитт инвертирующий вентиль НЕ

• Шестигранный инвертирующий драйвер 74LS1004

• CD4009 Hex инвертирующий вентиль НЕ

• CD4069 Hex инвертирующий вентиль НЕ

Как работает OR gate

Теперь давайте узнаем о логических логических элементах ИЛИ. Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, логический элемент ИЛИ с несколькими входами, построим логический элемент ИЛИ с двумя входами и, наконец, сделаем обзор логического элемента ИЛИ IC 7432.

Что такое логический вентиль «ИЛИ»?

Это электронный вентиль, выход которого имеет значение «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или выдает «отрицательный сигнал», когда все входы логических элементов ИЛИ имеют «НИЗКИЙ», «0», «ложный» или « отрицательный сигнал ».

Например: скажите логический элемент ИЛИ с числом входов «n», если все входы имеют значение «НИЗКОЕ», выход становится «НИЗКОЕ». Даже если один вход имеет значение «ВЫСОКИЙ», «1», «истина» или «положительный сигнал», на выходе будет «ВЫСОКИЙ», «1», «истина» или «положительный сигнал».

Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).
Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация логического символа логического элемента ИЛИ:

Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.

Логическое выражение для логического элемента ИЛИ: Выход «Y» складывается из двух входов «A» и «B», (A + B) = Y.

Булево сложение обозначается (+)

Если «A» равно «1», а «B» равно «1», выход будет (A + B) = 1 + 1 = «1» или «высокий».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», выход будет (A + B) = 0 + 1 = «1» или «высокий».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», выход будет (A + B) = 1 + 0 = «1» или «высокий».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», выход будет (A + B) = 0 + 0 = «0» или «низкий».

Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

3-входной вентиль «ИЛИ»:

Иллюстрация логического элемента ИЛИ с тремя входами:

Логические элементы ИЛИ могут иметь n входов, что означает, что они могут иметь более двух входов (элементы логического ИЛИ будут иметь как минимум два входа и всегда один выход).

Для логического элемента ИЛИ с 3 входами логическое уравнение выглядит следующим образом: (A + B + C) = Y, аналогично для 4 входов и выше.

Таблица истинности для логического элемента ИЛИ с 3 входами:

Логика с несколькими входами ИЛИ вентили:

Имеющиеся в продаже вентили логического ИЛИ доступны только с 2, 3 и 4 входами. Если у нас более 4 входов, мы должны каскадировать ворота.

У нас может быть шесть входных логических элементов ИЛИ путем каскадирования 2 входных элементов ИЛИ следующим образом:

Теперь логическое уравнение для вышеуказанной схемы принимает вид Y = (A + B) + (C + D) + (E + F).

Тем не менее, все упомянутые логические правила применимы к указанной выше схеме.

Если вы собираетесь использовать только 5 входов из вышеупомянутых 6 входов логического элемента ИЛИ, мы можем подключить понижающий резистор к любому одному выводу, и теперь он становится 5 входным элементом ИЛИ.

На основе транзистора два входа логического ИЛИ:

Теперь, когда мы знаем, как работает логический элемент ИЛИ, давайте построим вентиль ИЛИ с двумя входами, используя два NPN-транзистора. Логические ИС устроены почти так же.

Схема двух транзисторов ИЛИ затвора:

К выходу «Y» вы можете подключить светодиод, если выход высокий, светодиод будет гореть (светодиод + Ve клемма «Y» с резистором 330 Ом и отрицательная клемма на GND).

Когда мы подаем НИЗКИЙ сигнал на базу двух транзисторов, оба транзистора выключаются, сигнал заземления будет доступен на эмиттере T2 / T1 через понижающий резистор 1 кОм, таким образом, на выходе будет НИЗКИЙ уровень.

Если какой-либо из транзисторов включен, положительное напряжение будет доступно на эмиттере T2 / T1, таким образом, выход станет ВЫСОКИМ.

Теперь вы знаете, как построить собственный логический элемент ИЛИ.

Счетверенный вентиль ИЛИ IC 7432:

Если вы хотите купить логический элемент ИЛИ на рынке, вы получите конфигурацию, указанную выше.

Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выходной сигнал изменится с LOW на HIGH и наоборот.
Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 7,4 наносекунды при 25 градусах Цельсия.
Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 7,7 наносекунды при 25 градусах Цельсия.

• 74LS32 Quad 2 входа
• CD4071 Quad 2 входа
• CD4075 Тройной, 3 входа
• CD4072 Двойной 4 входа

Logic Exclusive –OR Gate

В этом посте мы собираемся изучить логические ворота XOR или Exclusive-OR. Мы рассмотрим базовое определение, символ, таблицу истинности, эквивалентную схему XOR, реализацию XOR с использованием логических вентилей NAND и, наконец, мы рассмотрим схему входа Ex-OR с четырьмя 2 входами IC 7486.

В предыдущих постах мы узнали о трех фундаментальных логических элементах «И», «ИЛИ» и «НЕ». Мы также узнали, что, используя эти три основных логических элемента, мы можем построить два новых логических элемента «И-НЕ» и «ИЛИ-ИЛИ».

Есть еще два логических элемента, хотя эти два не являются основными, но они построены комбинацией других логических вентилей, и его логическое уравнение настолько жизненно важно и очень полезно, что его считают отдельными логическими вентилями.

Эти два логических элемента - «Исключающее ИЛИ» и «Исключающее ИЛИ». В этом посте мы собираемся исследовать только логический элемент Exclusive OR.

Что такое ворота «Эксклюзивное ИЛИ»?

Это электронный вентиль, выход которого становится «высоким», «1» или «истинным» или выдает «положительный сигнал», когда два логических входа отличаются друг от друга (это применимо только для двух 2 входов Ex -ИЛИ ворота).

Например: скажем, вентиль «Исключающее ИЛИ» с «двумя» входами, если один из входных контактов A - «HIGH», а входной контакт B - «LOW», тогда выход будет «HIGH», «1» или «true» или «Положительный сигнал».

Если оба входа имеют одинаковый логический уровень, то есть оба контакта «ВЫСОКИЙ» или оба контакта «НИЗКИЙ», выход становится «НИЗКИЙ», или «0», или «ложный», или «отрицательный сигнал».

Примечание:

Термины «высокий», «1», «положительный сигнал», «истина» по существу одинаковы (положительный сигнал - это положительный сигнал батареи или источника питания).

Термины «НИЗКИЙ», «0», «отрицательный сигнал», «ложь» по существу одинаковы (отрицательный сигнал - это отрицательный сигнал батареи или источника питания).

Иллюстрация логического элемента ИЛИ Exclusive:

Здесь «A» и «B» - это два входа, а «Y» - это выход.

Логическое выражение для логического элемента Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Если «A» равно «1», а «B» равно «1», вывод будет (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = «1» или «LOW».
Если «A» равно «0», а «B» равно «1», выходной сигнал будет (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = «1» или «HIGH».
Если «A» равно «1», а «B» равно «0», вывод будет (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = «1» или «HIGH».
Если «A» равно «0», а «B» равно «0», выход будет (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = «0» или «низкий».
Приведенные выше условия упрощены в таблице истинности.

Таблица истинности (два входа):

В вышеупомянутом логическом элементе Ex-OR с двумя входами, если два входа различны, то есть «1» и «0», выход становится «ВЫСОКИМ». Но с 3 или более входными логическими схемами Ex-OR или в целом выход Ex-OR становится «ВЫСОКИМ» только тогда, когда к логическому элементу применяется НЕЧЕТНОЕ число логической «ВЫСОКИЙ».

Например: если у нас есть 3 входных элемента Ex-OR, если мы применим логику «ВЫСОКИЙ» только к одному входу (нечетное число логической «1»), выход станет «ВЫСОКИЙ». Если мы применим логику «ВЫСОКИЙ» к двум входам (это четное число логической «1»), выход станет «НИЗКИЙ» и так далее.

3 входа исключающее ИЛИ ворота:

Иллюстрация трех входов EX-OR:

Таблица истинности для логического элемента EX-OR с 3 входами:

Для логического элемента Ex-OR с 3 входами логическое уравнение принимает вид: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Как мы описали ранее, логический элемент «Ex-OR» - это не основной логический элемент, а комбинация различных логических элементов. Логический элемент Ex-OR может быть реализован с использованием логического элемента «ИЛИ», логического элемента «И» и логического элемента «И-НЕ» следующим образом:

Эквивалентная схема для ворот «Исключающее ИЛИ»:

Вышеупомянутая конструкция имеет серьезный недостаток, нам нужно 3 разных логических элемента, чтобы сделать один вентиль Ex-OR. Но мы можем решить эту проблему, реализовав вентиль Ex-OR только с логическими вентилями NAND, который также экономичен в изготовлении.

Эксклюзивный логический элемент ИЛИ с использованием логического элемента NAND:

Эксклюзивные вентили ИЛИ используются для выполнения сложных вычислительных задач, таких как арифметические операции, полные сумматоры, полусумматоры, а также могут обеспечивать выполнение функций.

Исключающее логическое ИЛИ ИЛИ IC 7486:

Если вы хотите купить логические ворота Ex-OR на рынке, вы получите конфигурацию DIP выше.
Он имеет 14 контактов: контакты №7 и №14 - GND и Vcc соответственно. Работает от 5В.

Задержка распространения:

Задержка распространения - это время, за которое выходной сигнал изменится с LOW на HIGH и наоборот после подачи входного сигнала.
Задержка распространения от LOW до HIGH составляет 23 наносекунды.
Задержка распространения от HIGH к LOW составляет 17 наносекунд.

Обычно доступные ИС затвора «EX-OR»:

• 74LS86 Quad 2 входа
• CD4030 Quad 2 входа

Я надеюсь, что приведенное выше подробное объяснение могло помочь вам понять, что такое логические вентили и как работают логические вентили, если у вас все еще есть вопросы? Пожалуйста, выразите в разделе комментариев, вы можете получить быстрый ответ.