Como funcionam os portões lógicos

Nesta publicação, entenderemos de maneira abrangente o que são portas lógicas e como elas funcionam. Examinaremos a definição básica, o símbolo, a tabela da verdade, as múltiplas portas de entrada, também construiremos equivalentes de porta baseados em transistor e, finalmente, forneceremos uma visão geral de vários ICs CMOS relevantes.

O que são portas lógicas?

Uma porta lógica em um circuito eletrônico pode ser expressa como uma unidade física representada por uma função booleana.

Em outras palavras, um portão lógico é projetado para executar uma função lógica usando uma ou mais entradas binárias e gerar uma única saída binária.

As portas lógicas eletrônicas são configuradas e implementadas principalmente usando blocos ou elementos semicondutores, como diodos ou transistores, que funcionam como chaves ON / OFF que possuem um padrão de comutação bem definido. As portas lógicas facilitam a cascata de portas de uma maneira que compõe facilmente as funções booleanas, permitindo criar modelos físicos de toda a lógica booleana. Isso também permite que algoritmos e matemática sejam escritos usando lógica booleana.

Os circuitos lógicos podem empregar elementos semicondutores na faixa de multiplexadores, registradores, unidades lógicas aritméticas (ALUs), memória de computador e até microprocessadores, envolvendo até 100 milhões de portas lógicas. Na implementação de hoje, você encontrará principalmente transistores de efeito de campo (FETs), que são usados ​​para criar portas lógicas, um bom exemplo é um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido de metal ou MOSFET.

Vamos começar o tutorial com lógica E portas.

Qual é o portão lógico “Y”?

É um portão eletrônico, cuja saída se torna “alta” ou “1” ou “verdadeira” ou emite um “sinal positivo” quando todas as entradas das portas AND são “altas” ou “1” ou “verdadeiro” ou “sinal” positivo “.
Por exemplo: digamos em um portão AND com ‘n' número de entradas, se todas as entradas forem “altas”, a saída se tornará “alta”. Mesmo que uma entrada seja “LOW” ou “0” ou “false” ou “sinal negativo”, a saída se torna “LOW” ou “0” ou “false” ou emite um “sinal negativo”.

Nota:
Os termos “Alto”, “1”, “Sinal positivo”, “Verdadeiro” são essencialmente os mesmos (o sinal positivo é o sinal positivo da bateria ou da fonte de alimentação).
Os termos “LOW”, “0”, “sinal negativo”, “false” são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).

Ilustração do símbolo da lógica e do portão:

AND Gate

Aqui as letras “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é emitido.
A expressão booleana para lógica AND gate: A saída “Y” é a multiplicação das duas entradas “A” e “B”. (A.B) = Y.
A multiplicação booleana é indicada por um ponto (.)
Se “A” for “1” e “B” for “1”, a saída será (A.B) = 1 x 1 = “1” ou “alta”
Se “A” for “0” e “B” for “1”, a saída será (A.B) = 0 x 1 = “0” ou “Baixa”
Se “A” for “1” e “B” for “0”, a saída será (A.B) = 1 x 0 = “0” ou “baixa”
Se “A” for “0” e “B” for “0”, a saída será (A.B) = 0 x 0 = “0” ou “Baixa”

As condições acima são simplificadas na tabela verdade.

Tabela da verdade (duas entradas):

A (entrada)
B (ENTRADA)
Y (saída)
0 0
0 0
0 0
0 0
1
0 0
1
0 0
0 0
1
1
1

Portão de 3 entradas “Y”:

3 entradas e portas

Ilustração de 3 entradas E portão:

As portas lógicas Y podem ter um número ‘n' de entradas, o que significa que pode ter mais de duas entradas (as portas lógicas Y terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída).

Para uma entrada Y de 3 entradas, a equação booleana fica assim: (A.B.C) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.

Tabela de verdade para 3 entradas lógicas E porta:

A (ENTRADA)
B (ENTRADA)
C (ENTRADA)
E (SAIR)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
0 0
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
0 0
0 0
1
0 0
1
0 0
1
1
0 0
0 0
1
1
1
1

Entrada e portões lógicos:

As portas AND comercialmente disponíveis estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, precisamos abrir as portas em cascata.

Podemos ter seis entradas lógicas AND gates, conectando em cascata as 2 entradas AND gates da seguinte maneira:

6 portas lógicas de entrada

Agora a equação booleana para o circuito acima se torna Y = (A.B). (CD). (E.F)

Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.

Se você usar apenas 5 entradas das 6 entradas e portas anteriores, podemos conectar um resistor pull-up em qualquer pino e agora ele se tornará 5 entradas E porta.

Transistor baseado em duas entradas lógicas e de porta:

Agora que sabemos como funciona uma porta AND lógica, vamos construir uma porta AND de 2 entradas usando dois transistores NPN. Os circuitos lógicos integrados são construídos da mesma maneira.

Esquema de dois transistores E porta:

Dois transistores e porta

Na saída “Y” você pode conectar um LED; Se a saída for alta, o LED acenderá (terminal LED + Ve “Y” com resistência de 330 ohm e negativo para GND).

Quando aplicamos um sinal alto na base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS, o sinal de + 5V estará disponível no emissor de T2, para que a saída fique alta.

Se um dos transistores estiver desligado, não haverá tensão positiva disponível no emissor T2, mas devido à resistência ao arrancamento de 1K, a tensão negativa estará disponível na saída, portanto a saída é chamada baixa.

Agora você sabe como construir lógica E seu próprio portão.

Portão Quad Y IC 7408:

Quad e porta IC

Se você deseja comprar lógica E gate do mercado, obterá a configuração acima.
Tem 14 pinos; os pinos 7 e 14 são GND e Vcc, respectivamente. Opera em 5V.

Atraso de propagação:

Atraso na propagação é o tempo que leva para a saída mudar de LOW para HIGH e vice-versa.
O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 27 nanossegundos.
O atraso de propagação de HIGH para LOW é de 19 nanossegundos.
Outros CIs de portas “AND” comumente disponíveis:

• 74LS08 Quad com 2 entradas
• 74LS11 Triplo com 3 entradas
• 74LS21 dupla de 4 entradas
• CD4081 Quad com 2 entradas
• CD4073 Triplo com 3 entradas
• CD4082 Dual 4 entradas

Você sempre pode consultar a folha de dados dos circuitos integrados acima para obter mais informações.

Como a função de porta lógica “NOR Exclusivo” funciona

Neste post, exploraremos o portão lógico “Ex-NOR” ou o portão NOR exclusivo. Examinaremos a definição básica, o símbolo, a tabela da verdade, o circuito equivalente Ex-NOR, a realização Ex-NOR usando portas lógicas NAND e, finalmente, faremos uma visão geral da porta Ex-OR da entrada Quad 2 IC 74266.

O que é a porta “Exclusive NOR”?

É um portão eletrônico cuja saída se torna “alta” ou “1” ou “verdadeira” ou emite um “sinal positivo” quando as entradas são pares de “1s” lógicos (ou “verdadeiro” ou “alto” ou “sinal” positivo “).

Por exemplo: diga um gate NOR exclusivo com o número “n” de entradas, se as entradas forem lógicas “HIGH” com 2 ou 4 ou 6 entradas (incluindo o número de entradas “1s”), a saída se tornará “HIGH”.

Mesmo se não aplicarmos lógica “alta” aos pinos de entrada (ou seja, número zero da lógica “ALTA” e toda a lógica “BAIXA”), “zero” ainda será um número par em que a saída se tornará “ALTA”.
Se o número de “1s” lógicos aplicados for ODD, a saída se tornará “BAIXA” (ou “0” ou “falsa” ou “sinal negativo”).

Isso é oposto ao portão lógico “OU exclusivo”, onde sua saída se torna “ALTA” quando as entradas são o número lógico ODD “1s”.
Nota:

Os termos “Alto”, “1”, “Sinal positivo”, “Verdadeiro” são essencialmente os mesmos (o sinal positivo é o sinal positivo da bateria ou da fonte de alimentação).

Os termos “LOW”, “0”, “sinal negativo”, “false” são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).

Ilustração do portão lógico “Exclusive NOR”:

Portão NOR exclusivo

Circuito equivalente ao portão “NOR exclusivo”:

Circuito equivalente EXNOR

O acima é o circuito equivalente para a lógica Ex-NOR, que é basicamente uma combinação de porta lógica “OU exclusiva” e porta lógica “NÃO”.
Aqui as letras “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é emitido.
A expressão booleana para a porta lógica Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Se “A” for “1” e “B” for “1”, a saída será ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = “1” ou “HIGH”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘1', a saída será ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘1' e ‘B' for ‘0', a saída será ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘0', a saída será ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = ‘1' ou “ALTA”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.

Tabela da verdade (duas entradas):

A (entrada)
B (ENTRADA)
Y (saída)
0 0
0 0
1
0 0
1
0 0
1
0 0
0 0
1
1
1

Portão NOR exclusivo de 3 entradas:

Ilustração do portão Ex-NOR de 3 entradas:

Gateway Ex-NOR de 3 entradas

Tabela de verdade para porta EX-OR lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA)
B (ENTRADA)
C (ENTRADA)
E (SAIR)
0 0
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
0 0
0 0
0 0
1
1
1
1
0 0
0 0
0 0
1
0 0
1
1
1
1
0 0
1
1
1
1
0 0

Para o portão Ex-NOR de 3 entradas, a equação booleana se torna: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
A porta lógica “Ex-NOR” não é uma porta lógica fundamental, mas uma combinação de diferentes portas lógicas. A porta Ex-NOR pode ser executada usando as portas “OU”, “Y” e “NAND” da seguinte maneira:

Circuito equivalente para porta “Exclusive NOR”:

1590351182 503 como funcionam os portoes logicos projetos de circuitos domesticos

O projeto acima tem uma grande desvantagem, precisamos de 3 portas lógicas diferentes para criar uma porta Ex-NOR. Mas podemos superar esse problema implementando uma porta Ex-NOR com apenas portas lógicas “NAND”, que também é econômica de fabricar.

Portão NOR exclusivo com portão NAND:

EXNOR usando NAND Gate

Portas NOR exclusivas são usadas para executar tarefas de computação complicadas, como operações aritméticas, somadores binários, subtração binária, verificadores de paridade e são usados ​​como comparadores digitais.

Porta Lógica-NOR IC 74266 exclusiva:

Pinagem IC 74266

Se você deseja comprar uma porta lógica Ex-NOR do mercado, obterá a configuração DIP acima.
Tem 14 pinos; os pinos 7 e 14 são GND e Vcc, respectivamente. Opera em 5V.

Atraso de propagação:

Atraso na propagação é o tempo que leva para a saída mudar de LOW para HIGH e vice-versa após a entrada.

O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 23 nanossegundos.

O atraso de propagação de ALTO para BAIXO é de 23 nanossegundos.

CIs de portas “EX-NOR” comumente disponíveis:
74LS266 Quad 2 entradas
CD4077 Quad 2 entradas

Como o portão NAND funciona

Na explicação abaixo, exploraremos o portão NAND da lógica digital. Vamos dar uma olhada na definição básica, no símbolo, na tabela de verdade, na porta NAND de múltiplas entradas, construiremos uma porta NAND de 2 entradas baseada em transistor, várias portas lógicas usando uma porta NAND única e, finalmente, teremos uma visão geral do portão. NAND IC 7400.

O que é o portão lógico “NAND”?

É um portão eletrônico, cuja saída se torna “LOW” ou “0” ou “false” ou emite um “sinal negativo” quando todas as entradas dos portões NAND são “altas” ou “1” ou “verdadeiro” ou “sinal” positivo “.

Por exemplo: diga uma porta NAND com o número “n” de entradas, se todas as entradas estiverem “altas”, a saída se tornará “BAIXA”. Mesmo que uma entrada seja “LOW” ou “0” ou “false” ou “sinal negativo”, a saída se torna “HIGH” ou “1” ou “true” ou emite um “sinal positivo”.

Nota:

Os termos “Alto”, “1”, “Sinal positivo”, “Verdadeiro” são essencialmente os mesmos (o sinal positivo é o sinal positivo da bateria ou da fonte de alimentação).
Os termos “LOW”, “0”, “sinal negativo”, “false” são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).

Ilustração do símbolo do portão lógico NAND:

Símbolo do portão NAND

Aqui as letras “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é emitido.

Este símbolo é o portão “AND” com a reversão “ou”.

Lógica “NAND” do circuito equivalente à porta:

1590351183 606 como funcionam os portoes logicos projetos de circuitos domesticos

A porta lógica NAND é a combinação da porta lógica “AND” e a porta lógica “NO”.

A expressão booleana para a porta lógica do NAND: a saída “Y” é a multiplicação complementar das duas entradas “A” e “B”. Y = ((A.B) ̅)

A multiplicação booleana é indicada por um ponto (.) E complementar (inversão) é representado por uma barra (-) sobre uma letra.

Se ‘A' for ‘1' e ‘B' for ‘1', a saída será ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘1', a saída será ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = ‘1' ou “ALTA”
Se ‘A' for ‘1' e ‘B' for ‘0', a saída será ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = ‘1' ou “ALTA”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘0', a saída será ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = ‘1' ou “ALTA”

As condições acima são simplificadas na tabela verdade.

Tabela da verdade (duas entradas):

A (entrada)
B (ENTRADA)
Y (saída)
0 0
0 0
1
0 0
1
1
1
0 0
1
1
1
0 0

Portão “NAND” de 3 entradas:

1590351181 917 como funcionam os portoes logicos projetos de circuitos domesticos

Ilustração do portão NAND de 3 entradas:

Portas NAND lógicas podem ter um número ‘n' de entradas, o que significa que elas podem ter mais de duas entradas

(As portas lógicas NAND terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída.)
Para um portão NAND de 3 entradas, a equação booleana fica assim: ((A.B.C) ̅) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.

Quadro da verdade para porta NAND lógica de 3 entradas:

A (ENTRADA)
B (ENTRADA)
C (ENTRADA)
E (SAIR)
0 0
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
1
0 0
1
1
1
1
0 0
0 0
1
1
0 0
1
1
1
1
0 0
1
1
1
1
0 0

Portas NAND de lógica de entrada múltipla:

As portas Logic NAND disponíveis comercialmente estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, precisamos abrir as portas em cascata.
Por exemplo, podemos ter quatro portas NAND lógicas de entrada em cascata 5 portas NAND de duas entradas da seguinte maneira:

portão NAND lógico em cascata 5 portas NAND de duas entradas

Agora a equação booleana para o circuito acima se torna Y = ((A.B.C.D) ̅)

Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.

Se você usar apenas 3 entradas da porta NAND de 4 entradas acima, podemos conectar um resistor pull-up a qualquer pino e agora ele se tornará a porta NAND de 3 entradas.

Porta NAND lógica de duas entradas baseada em transistor:

Agora sabemos como funciona um portão NAND lógico, vamos construir um portão NAND de 2 entradas usando dois

Transistores NPN. Os circuitos lógicos integrados são construídos da mesma maneira.
Diagrama esquemático de duas portas de transistor NAND:

2 transistores NAND gate

Na saída “Y” você pode conectar um LED; se a saída for alta, o LED acenderá (terminal LED + Ve “Y” com resistência de 330 ohm e negativo para GND).

Quando aplicamos um sinal alto na base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS, o sinal de terra estará disponível no coletor T1, para que a saída se torne “BAIXA”.

Se qualquer um dos transistores estiver desligado, ou seja, aplicando o sinal “LOW” na base, não haverá sinal de terra disponível no coletor T1, mas devido à resistência de tração de 1K, o sinal positivo estará disponível em a saída e a saída mudam. “ALTO”.

Agora você sabe como construir seu próprio portão lógico NAND.

Vários portões lógicos que usam o portão NAND:

A porta NAND também é conhecida como “porta lógica universal” porque podemos fazer qualquer lógica booleana com essa porta exclusiva. Essa é uma vantagem de fabricar circuitos integrados com diferentes funções lógicas e fabricar uma única porta é econômico.

Múltiplas portas lógicas que usam a porta NAND

Nos diagramas anteriores, apenas 3 tipos de portas são mostrados, mas podemos fazer qualquer lógica booleana.

Porta quad NAND IC 7400:

Pinagem IC 7400

Se você deseja comprar uma porta lógica NAND do mercado, obterá a configuração DIP acima.
Tem 14 pinos; os pinos 7 e 14 são GND e Vcc, respectivamente. Opera em 5V.

Atraso de propagação:

Atraso na propagação é o tempo que leva para a saída mudar de LOW para HIGH e vice-versa após fornecer uma entrada.

O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 22 nanossegundos.
O atraso de propagação de ALTO para BAIXO é de 15 nanossegundos.
Existem vários outros ICs de portas NAND disponíveis:

  • 74LS00 Quad 2 entradas
  • 74LS10 triplo de 3 entradas
  • 74LS20 dupla de 4 entradas
  • 74LS30 indivíduo de 8 entradas
  • CD4011 Quad 2 entradas
  • CD4023 Triplo com 3 entradas
  • CD4012 Dual 4 entradas

Como o NOR Gate funciona

Aqui vamos explorar a lógica digital da porta NOR. Vamos dar uma olhada na definição básica, símbolo, tabela verdade, porta NOR de múltiplas entradas, construiremos portas NOR de 2 entradas baseadas em transistor, várias portas lógicas usando uma porta NOR única e, finalmente, teremos uma visão geral da porta NOR IC 7402.

O que é o portão lógico “NOR”?

É um portão eletrônico, cuja saída se torna “ALTA” ou “1” ou “verdadeira” ou emite um “sinal positivo” quando todas as entradas dos portões NOR são “BAIXO” ou “0” ou “falso” ou “sinal” negativo “.

Por exemplo: diga uma porta NOR com ‘n' número de entradas, se todas as entradas forem “LOW”, a saída se tornará “HIGH”. Mesmo que uma entrada seja “HIGH” ou “1” ou “true” ou “sinal positivo”, a saída se torna “LOW” ou “0” ou “false” ou emite um “sinal negativo”.

Nota:

Os termos “Alto”, “1”, “Sinal positivo”, “Verdadeiro” são essencialmente os mesmos (o sinal positivo é o sinal positivo da bateria ou da fonte de alimentação).
Os termos “LOW”, “0”, “sinal negativo”, “false” são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).

Ilustração do símbolo do portão lógico NOR:

portão NOR lógico

Aqui as letras “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é emitido.

Este símbolo é “OU” portão com inversão “ou”.

Circuito equivalente de porta lógica “NOR”:

Circuito equivalente de porta lógica

A porta lógica NOR é a combinação da porta lógica “OU” e a porta lógica “NÃO”.

A expressão booleana para a porta lógica NOR: a saída “Y” é uma adição complementar às duas entradas “A” e “B”. Y = ((A + B) ̅)

A soma booleana é indicada por (+) e a complementar (inversão) é representada por uma barra (-) sobre uma letra.

Se ‘A' for ‘1' e ‘B' for ‘1', a saída será ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘1', a saída será ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘1' e ‘B' for ‘0', a saída será ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = ‘0' ou “LOW”
Se ‘A' for ‘0' e ‘B' for ‘0', a saída será ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = ‘1' ou “ALTA”

As condições acima são simplificadas na tabela verdade.

Tabela da verdade (duas entradas):

A (entrada)
B (ENTRADA)
Y (saída)
0 0
0 0
1
0 0
1
0 0
1
0 0
0 0
1
1
0 0

Porta “NOR” com 3 entradas:

Ilustração do portão NOR de 3 entradas:

3 entradas NOR

As portas NOR lógicas podem ter um número ‘n' de entradas, o que significa que elas podem ter mais de duas entradas (as portas NOR lógicas terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída).

Para uma porta NOR de 3 entradas, a equação booleana fica assim: ((A + B + C) ̅) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.

Tabela de verdade para o portão NOR lógico de 3 entradas:

A (ENTRADA)
B (ENTRADA)
C (ENTRADA)
E (SAIR)
0 0
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
0 0
0 0
1
0 0
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
0 0
0 0
1
0 0
1
0 0
1
1
0 0
0 0
1
1
1
0 0

Portas NOR de lógica de entrada múltipla:

As portas NOR lógicas disponíveis comercialmente estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, precisamos abrir as portas em cascata.
Por exemplo, podemos ter quatro portas NOR lógicas de entrada em cascata 5 portas NOR de duas entradas, da seguinte maneira:

Portas NOR de lógica de entrada múltipla:

Agora a equação booleana para o circuito acima se torna Y = ((A + B + C + D) ̅)

Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.

Se você usar apenas 3 entradas da porta NOR anterior de 4 entradas, podemos conectar um resistor suspenso a qualquer um dos pinos e agora ele se tornará a porta NOR de 3 entradas.

Porta NOR lógica de duas entradas baseada em transistor:

Agora sabemos como funciona uma porta NOR lógica, vamos construir uma porta NOR de 2 entradas usando dois transistores NPN. Os circuitos lógicos integrados são construídos da mesma maneira.
Diagrama esquemático de duas portas de transistor NOR:

Diagrama esquemático de duas portas do transistor NOR

Na saída “Y” você pode conectar um LED; se a saída for alta, o LED acenderá (terminal LED + Ve “Y” com resistência de 330 ohm e negativo para GND).

Quando aplicamos o sinal “ALTO” à base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS e o sinal de terra estará disponível no coletor de T1 e T2, para que a saída se torne “BAIXA”.

Se aplicarmos “HIGH” a qualquer um dos transistores, o sinal negativo ainda estará disponível na saída, tornando a saída “LOW”.

Se aplicarmos o sinal “LOW” na base de dois transistores, ambos serão desligados, mas devido à resistência à tração, a saída se tornará “HIGH”.
Agora você sabe como construir seu próprio portão lógico NOR.

Vários portões lógicos que usam o portão NOR:

NOTA: NAND e NOR são as duas portas, também conhecidas como portas universais.

A porta NOR também é uma “porta lógica universal” porque podemos fazer qualquer lógica booleana com essa porta exclusiva. Essa é uma vantagem para a fabricação de circuitos integrados com diferentes funções lógicas e a fabricação de uma única porta é econômica, e também para a porta NAND.

1590351185 603 como funcionam os portoes logicos projetos de circuitos domesticos

Nos esquemas acima, apenas 3 tipos de portas são mostrados, mas podemos fazer qualquer lógica booleana.
Porta Quad NOR IC 7402:

7402-Quad portas NOR de 2 entradas

Se você deseja comprar uma porta lógica NOR do mercado, obterá a configuração DIP acima.
Tem 14 pinos; os pinos 7 e 14 são GND e Vcc, respectivamente. Opera em 5V.

Atraso de propagação:

Atraso na propagação é o tempo que leva para a saída mudar de LOW para HIGH e vice-versa após fornecer uma entrada.

O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 22 nanossegundos.
O atraso de propagação de ALTO para BAIXO é de 15 nanossegundos.
Existem vários outros ICs de portas NOR disponíveis:

  • 74LS02 Quad 2 entradas
  • 74LS27 triplo de 3 entradas
  • 74LS260 dupla de 4 entradas
  • CD4001 Quad 2 entradas
  • CD4025 Triplo com 3 entradas
  • CD4002 Duas entradas duplas

Porta lógica NÃO

Neste post, vamos explorar o portão lógico “NÃO”. Aprenderemos sobre sua definição básica, símbolo, tabela da verdade, equivalentes de portas NAND e NOR, inversores Schmitt, oscilador de porta Schmitt NOT, porta NÃO usando transistor e, finalmente, analisaremos o inversor da porta lógica IC 7404.

Antes de começar a examinar os detalhes do portão lógico NO, também chamado de inversor digital, ele não deve ser confundido com “inversores de energia” usados ​​em fontes de energia solar ou de backup em casa ou no escritório.

Qual é o portão lógico “NÃO”?

É uma porta lógica de entrada única e saída única cuja saída é complementar à entrada.

A definição acima afirma que, se a entrada for “HIGH” ou “1” ou “true” ou “sinal positivo”, a saída será “LOW” ou “0” ou “false” ou “sinal negativo”.

Se a entrada for “LOW” ou “0” ou “false” ou “sinal negativo”, a saída será revertida para “HIGH” ou “1” ou “1” ou “true” ou “sinal positivo”

Nota:

Os termos “Alto”, “1”, “Sinal positivo”, “Verdadeiro” são essencialmente os mesmos (o sinal positivo é o sinal positivo da bateria ou da fonte de alimentação).
Os termos “LOW”, “0”, “sinal negativo”, “false” são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).

Ilustração da lógica NÃO Gate:

SEM porta

Suponha que “A” seja a entrada e “Y” seja a saída, a equação booleana para a porta lógica NOT é: Ā = Y.

A equação afirma que a saída é a inversão da entrada.

Tabela de verdade para o portão lógico NO:

UMA

(ENTRADA)

E

(SAÍDA)
0 0
1
1
0 0

Gates nem sempre terá uma única entrada (e sempre terá uma única saída), eles são classificados como dispositivos de tomada de decisão. O símbolo “o” na ponta do triângulo representa complementação ou inversão.

Este símbolo “ou” não se limita apenas à porta lógica “NÃO”, mas também pode ser usado por qualquer porta lógica ou qualquer circuito digital. Se o “o” estiver na entrada, isso indica que a entrada está ativa-baixa.
Active-Low: A saída é ativada (ativando um transistor, um LED ou um relé, etc.) quando uma entrada “LOW” é fornecida.

Portões NAND e NOR equivalentes:

NO equivalentes de porta usando portas NAND e NOR

O portão “NO” pode ser construído usando portas lógicas “NAND” e portas lógicas “NOR” unindo todos os pinos de entrada, isso se aplica a portas com pinos de entrada 3, 4 e superiores.

Porta lógica “NO” baseada em transistor:

transistor NÃO equivalente ao portão

A lógica “NO” pode ser construída por um transistor NPN e um resistor de 1K. Se aplicarmos o sinal “ALTO” à base do transistor, o terra será conectado ao coletor do transistor, para que a saída se torne “BAIXA”.

Se aplicarmos o sinal “LOW” na base do transistor, o transistor permanecerá DESLIGADO e não será aterrado, mas a saída do resistor de pull-up será conectada ao Vcc. Portanto, podemos fazer uma porta lógica “NÃO” usando o transistor.

Investidores da Schmitt:

Vamos explorar esse conceito com um carregador de bateria automático para explicar o uso e operação dos inversores Schmitt. Vamos dar o exemplo do procedimento de carregamento da bateria de íon de lítio.

A bateria de íon de lítio de 3,7V é carregada quando a bateria atinge 3V a 3,2V; A tensão da bateria aumenta gradualmente durante o carregamento e a bateria precisa ser cortada para 4,2 V. Após o carregamento, a tensão do circuito aberto da bateria cai em torno de 4,0V.

Um sensor de tensão mede o limite de corte e ativa o relé para parar o carregamento. Mas quando a tensão cai abaixo de 4,2V, o carregador detecta que não está carregado e começa a carregar até 4,2V e é cortado, novamente a tensão da bateria cai para 4,0V e o carregamento começa novamente e essa loucura repete e outra vez.

Isso acabará com a bateria rapidamente. Para superar esse problema, precisamos de um nível limite mais baixo ou “LTV”, para que a bateria não comece a carregar até que a bateria caia de 3V para 3,2V. A tensão limite superior ou “UTV” É 4.2V neste exemplo.

Um inversor Schmitt é obrigado a alterar seu estado de saída quando a tensão cruza a tensão limite superior e permanece a mesma até que a entrada atinja a tensão limite mais baixa.

Da mesma forma, quando a entrada cruza a tensão limite mais baixa, a saída permanece a mesma até que a entrada atinja a tensão limite superior.

Seu status não será alterado entre LTV e UTV.

Agora, por isso, a ativação / desativação será muito mais suave e a oscilação indesejada será eliminada e o circuito ficará mais resistente ao ruído elétrico.

Schmitt NO Door Oscillator:

Schmitt NO Oscilador de portas

O circuito acima é um oscilador que produz uma onda quadrada com um ciclo de trabalho de 33%. Inicialmente, o capacitor é descarregado e o sinal de terra estará disponível na entrada NO do portão.

A saída fica positiva e carrega o capacitor através do resistor “R”, o capacitor carrega na tensão limite superior do inversor e muda de estado, a saída se torna um sinal negativo e o capacitor começa a descarregar através do resistor da resistência “R” até que a tensão do capacitor atinja o nível limite mais baixo e mude de estado, a saída fica positiva e carrega o capacitor.

Este ciclo se repete desde que a fonte de alimentação seja fornecida ao circuito.

A frequência do oscilador acima pode ser calculada: F = 680 / RC

Conversor de onda quadrada

Onde, F é a frequência.
R é resistência em ohms.
C é capacitância em farads.
Conversor de onda quadrada:

O circuito acima converterá o sinal de onda senoidal em onda quadrada; na verdade, você pode converter qualquer onda analógica em onda quadrada.

Os dois resistores R1 e R2 funcionam como divisores de tensão, isto é usado para obter um ponto de polarização e o capacitor bloqueia qualquer sinal de CC.

Si la señal de entrada sube por encima del nivel de umbral superior o por debajo del nivel de umbral inferior, la salida gira

BAJO o ALTO según la señal, esto produce onda cuadrada.

IC 7404 NO inversor de puerta:

IC 7404 NO puerta

El IC 7404 es uno de los IC lógicos de puerta NO más utilizados. Tiene 14 pines, el pin # 7 está conectado a tierra y el pin # 14 es Vcc. El voltaje de funcionamiento es de 4.5V a 5V.

Retardo de propagación:

El retraso de propagación es el tiempo que tarda la puerta en procesar la salida después de proporcionar una entrada.
En lógica, la puerta “NO” toma alrededor de 22 nano segundos para cambiar su estado de ALTO a BAJO y viceversa.

Hay varios otros circuitos lógicos “NO IC de compuerta:

• 74LS04 Hex invertido NO puerta

• 74LS14 Hex Schmitt que invierte la compuerta NO

• Controladores de inversión hexagonales 74LS1004

• Compuerta de inversión hexagonal CD4009 NO

• CD4069 Puerta hexagonal de inversión NO

Cómo funciona la puerta OR

Ahora exploremos acerca de la lógica digital O las puertas. Echaremos un vistazo a la definición básica, el símbolo, la tabla de verdad, la compuerta OR de entrada múltiple, construiremos la compuerta OR de 2 entradas basada en transistores y finalmente haremos una descripción general de la compuerta OR IC 7432.

¿Qué es la puerta lógica “O”?

Es una puerta electrónica, cuya salida se vuelve “BAJA” o “0” o “falsa” o emite una “señal negativa” cuando todas las entradas de las puertas OR son “BAJA” o “0” o “falsa” o ” señal negativa “.

Por ejemplo: diga una puerta OR con ‘n' número de entradas, si todas las entradas son “BAJAS” la salida se vuelve “BAJA”. Incluso si una entrada es “ALTA” o “1” o “verdadera” o “señal positiva”, la salida se vuelve “ALTA” o “1” o “verdadera” o emite una “señal positiva”.

Nota:

El término “Alto”, “1”, “señal positiva”, “verdadero” son esencialmente los mismos (la señal positiva es la señal positiva de la batería o la fuente de alimentación).
El término “BAJO”, “0”, “señal negativa”, “falso” son esencialmente los mismos (la señal negativa es la señal negativa de la batería o la fuente de alimentación).

Ilustración del símbolo de puerta lógica O:

2 entradas o puerta

Aquí las letras “A” y “B” son las dos entradas y se emite la “Y”.

La expresión booleana para la puerta lógica OR: La salida “Y” es la suma de las dos entradas “A” y “B”, (A + B) = Y.

La suma booleana se denota por (+)

Si “A” es “1” y “B” es “1”, la salida es (A + B) = 1 + 1 = “1” o “alta”
Si “A” es “0” y “B” es “1”, la salida es (A + B) = 0 + 1 = “1” o “alto”
Si “A” es “1” y “B” es “0”, la salida es (A + B) = 1 + 0 = “1” o “alta”
Si “A” es “0” y “B” es “0”, la salida es (A + B) = 0 + 0 = “0” o “baja”

Las condiciones anteriores se simplifican en la tabla de verdad.

Tabla de verdad (dos entradas):

A (entrada)
B (INPUT)
Y (Output)
0 0
0 0
0 0
0 0
1
1
1
0 0
1
1
1
1

3-Input “OR” Gate:

Illustration of 3 input OR gate:

3 input OR gate

Logic OR gates can have ‘n’ number of inputs, which means it can have more than two inputs (Logic OR gates will have at-least two input and always one output).

For a 3 input logic OR gate the Boolean equation turns like this: (A + B + C) = Y, similarly for 4 input and above.

Truth Table for 3 input logic OR gate:

A (INPUT)
B (INPUT)
C (INPUT)
Y (OUTPUT)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
1
0 0
1
1
1
1
0 0
0 0
1
1
0 0
1
1
1
1
0 0
1
1
1
1
1

Multi Input Logic OR Gates:

Commercially available Logic OR gates are only available in 2, 3 and 4 inputs. If we have more than 4 input then we have to cascade the gates.

We can have six input logic OR gate by cascading the 2 input OR gates as follows:

Multi Input Logic OR Gates

Now the Boolean equation for the above circuit becomes Y = (A+B)+(C+D)+(E+F)

Still, all the mentioned logical rules apply to the above circuit.

If you are going to use only 5 inputs from the above 6 inputs OR gate, we can connect a pull-down resistor at any one pin and now it becomes 5 input OR gate.

Transistor Based two input Logic OR gate:

Now we know, how a logic OR gate functions, let’s construct a 2 input OR gate using two NPN transistors. The logic ICs are constructed in the almost same the same way.

Two Transistor OR gate Schematic:

Two Transistor OR gate Schematic

At the output “Y” you can connect a LED; if the output is high the LED will glow (LED +Ve terminal at “Y” with 330 ohm resistor and negative to GND).

When we apply LOW signal to the base of the two transistors, both the transistors turns OFF, the ground signal will be available at the emitter of the T2 / T1 via 1k pull-down resistor, thus the output turns LOW.

If any one of the transistor is ON, positive voltage will be available at emitter of T2 / T1, thus the output turns HIGH.

Now you know how to construct logic OR gate of your own.

Quad OR gate IC 7432:

Quad OR gate IC 7432

If you want to buy logic OR gate from the market, you will get in the above configuration.

It has 14 pins; the pin #7 and pin #14 are GND and Vcc respectively. It is operated at 5V.

Propagation delay:

Propagation delay is the time taken for the output to change from LOW to HIGH and vice versa.
The propagation delay from LOW to HIGH is 7.4 nanoseconds at 25 degree Celsius.
The propagation delay from HIGH to LOW is 7.7 nanoseconds at 25 degree Celsius.

• 74LS32 Quad 2-input
• CD4071 Quad 2-input
• CD4075 Triple 3-input
• CD4072 Dual 4-input

Logic Exclusive –OR Gate

In this post we are going to explore about logic XOR gate or Exclusive-OR gate. We will be taking a look at the basic definition, symbol, truth table, XOR equivalent circuit, XOR realization using logic NAND gates and finally, we will be taking overview on quad 2 input Ex-OR gate IC 7486.

In the previous posts, we learned about three fundamental logic gates “AND”, “OR” and “NOT”. We also learned that, using these three fundamental gates we can construct two new logic gates “NAND” and “NOR”.

There are two more logic gates although these two are not basic gates but, it is constructed by the combination of the other logic gates and its Boolean equation is so vital and very useful that it is considered as distinct logic gates.

These two logic gates are “Exclusive OR” gate and “Exclusive NOR”. In this post we are going to only explore about logic Exclusive OR gate.

What is “Exclusive OR” gate?

It is an electronic gate, whose output turns “high” or “1” or “true” or gives out a “positive signal” when the two logic inputs are different with respect to each other (this is applicable only for two 2 input Ex-OR gate).

For example: Say an Exclusive OR gate with ‘two’ inputs, if one of the input pin A is “HIGH” and the input pin B is “LOW” then the output turns “HIGH” or “1” or “true” or “positive signal”.

If the both the inputs are same logic level i.e. both pins “HIGH” or both pins “LOW” the output turns “LOW” or “0” or “false” or “negative signal”.

Nota:

The term “High”, “1”, “positive signal”, “true” are essentially the same (Positive signal is the battery’s or power supply’s positive signal).

The term “LOW”, “0”, “negative signal”, “false” are essentially the same (Negative signal is the battery’s or power supply’s negative signal).

Illustration of Logic Exclusive OR gate:

Exclusive OR gate

Here the “A” and “B” are the two inputs and the “Y” is output.

The Boolean expression for logic Ex-OR gate: Y = (A.) ̅B+A.B ̅

If ‘A’ is ‘1’ and ‘B’ is ‘1’ the output is (A ̅.B+A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = ‘1’ or “LOW”
If ‘A’ is ‘0’ and ‘B’ is ‘1’ the output is (A ̅.B+A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = ‘1’ or “HIGH”
If ‘A’ is ‘1’ and ‘B’ is ‘0’ the output is (A ̅.B+A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1= ‘1’ or “HIGH”
If ‘A’ is ‘0’ and ‘B’ is ‘0’ the output is (A ̅.B+A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = ‘0’ or “Low”
The above conditions are simplified in the truth table.

Truth Table (Two Input):

A (Input)
B (INPUT)
Y (Output)
0 0
0 0
0 0
0 0
1
1
1
0 0
1
1
1
0 0

In the above two input logic Ex-OR gate, if the two inputs are different i.e. “1” and “0” the output turns “HIGH”. But with 3 or more input logic Ex-OR or in general the Ex-OR’s output turns “HIGH” only when the ODD number of logic “HIGH” is applied to the gate.

For example: If we have 3 input Ex-OR gate, if we apply logic “HIGH” to only one input (odd number of logic “1”) the output turns “HIGH”. If we apply logic “HIGH” to two inputs (this is even number of logic “1”) the output turns “LOW” and so on.

3 Input Exclusive OR Gate:

Illustration of 3 input EX-OR gate:

3 input Ex OR Gate

Truth Table for 3 input logic EX-OR gate:

A (INPUT)
B (INPUT)
C (INPUT)
Y (OUTPUT)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
1
0 0
1
1
0 0
1
0 0
0 0
1
1
0 0
1
0 0
1
1
0 0
0 0
1
1
1
1

For the 3 input Ex-OR gate the Boolean equation becomes: A(BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

As we described before, the logic “Ex-OR” gate is not a fundamental logic gate but, combination of different logic gates. The Ex-OR gate can be realized using logic “OR” gate, logic “AND” gate and logic “NAND” gate as follows:

Equivalent circuit for “Exclusive OR” gate:

Equivalent circuit for “Exclusive OR” gate

The above design has major drawback, we need 3 different logic gates to make one Ex-OR gate.  But we can overcome this problem by implementing Ex-OR gate with only logic NAND gates, this is also economical to fabricate.

Exclusive OR gate using NAND gate:

Exclusive OR gate using NAND gate

Exclusive OR gates are used to perform complicated computing tasks such as arithmetic operations, full adders, half-adders, it can also deliver carry out functionality.

Logic Exclusive OR Gate IC 7486:

IC 7486 pinouts

If you want to buy logic Ex-OR gate from the market, you will get in the above DIP configuration.
It has 14 pins; the pin #7 and pin #14 are GND and Vcc respectively. It is operated at 5V.

Propagation delay:

Propagation delay is the time taken for the output to change from LOW to HIGH and vice versa after giving input.
The propagation delay from LOW to HIGH is 23 nanoseconds.
The propagation delay from HIGH to LOW is 17 nanoseconds.

Commonly available “EX-OR” gate ICs:

  • 74LS86 Quad 2-input
  • CD4030 Quad 2-input

I hope the above detailed explanation might have helped you to understand regarding what logic gates are and how logic gates work, if you still have any questions? Please express in the comment section, you may get a quick reply.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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