آموزش الکترونیکپروژه الکترونیک

گیت NAND چیست؟ مدار NAND با ترانزیستور

در دنیای الکترونیک دیجیتال و مدارهای منطقی، گیت های NAND به عنوان سنگ بنای اصلی درنظر گرفته میشوند. این گیت دارای قدرت فوق العاده بالایی در پردازش اطلاعات است. گیت NAND که همان نقیض گیت AND است، یک عملگر منطقی به حساب می آید. خروجی این گیت تنها زمانی HIGH میشود که همه ورودی ها LOW باشند.

در این مطلب، به ساخت مدار گیت NAND با استفاده از ترانزیستور میپردازیم.

ترانزیستورها بلوک های سازنده گیت های منطقی مانند گیت های NAND، AND، OR، XOR و دیگر گیت ها هستند. این گیت ها خود جزئی از مدارهای مجتمع هستند. در مدارهای الکترونیکی پیشین، گیت های XOR، NAND، NOT، NOR، AND، OR و XNOR را پیاده سازی کرده ایم.

با قراردادن ترانزیستورها در یک آرایش مشخص، میتوانیم گیت های منطقی مختلفی که در الکترونیک کاربرد دارند را بسازیم.

انواع ترانزیستور، هم BJT و هم FET میتوانند در ساخت گیت های منطقی به کارگرفته شوند. در این مطلب برای ساخت گیت NAND، از ترانزیستور NPN BJT استفاده خواهیم کرد. ترانزیستور 2N2222 یک ترانزیستور BJT از نوع NPN است. این ترانزیستور بسیار متداول و همچنین دردسترس بوده و میتواند به عنوان یک سوئیچ یا یک تقویت کننده مورد استفاده قرار بگیرد.

گیت منطقی NAND چیست؟

گیت NAND دو ورودی، گیتی است که اگر هر دو ورودی آن HIGH باشند، خروجی آن LOW و در غیراین صورت، خروجی آن HIGH میشود.

ساخت یک گیت NAND دو ورودی تنها با استفاده از 2 ترانزیستور، کاری تقریبا ساده است.

نماد گیت NAND

گیت های منطقی NAND با استفاده از مدارهای دیجیتال ساخته شده تا تابع منطقی دلخواه را تولید کنند. این گیت با نماد بالا نشان داده میشود. همانگونه که مشاهده میکنید نماد این گیت، همان نماد استاندارد گیت AND است که در قسمت خروجی یک دایره نیز به آن اضافه شده است. معمولا به این دایره، حباب وارونگی میگوییم. این حباب بیانگر گیت NOT است.

جدول درستی گیت NAND

خروجی

ورودی

Y

B

A

1

اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

 

عبارت بولی این گیت به صورت زیر است:

Y = A.B

همانگونه که میتوان از جدول درستی بالا دریافت، خروجی گیت NAND همواره HIGH است است مگر زمانیکه هر دو ورودی “1” باشند. دراین وضعیت است که خروجی این گیت LOW یا “0” خواهد بود.

قطعات مورد نیاز برای ساخت گیت NAND

میتوانیم تنها با استفاده از چند قطعه ساده، مدار یک گیت NAND را بسازیم.

  • 2 عدد ترانزیستور 2N2222 NPN
  • 2 عدد مقاومت 10 کیلویی
  • 2 عدد مقاومت 220 اهمی
  • 1 عدد مقاومت 470 اهمی
  • 2 عدد کلید فشاری
  • یک بردبورد
  • یک باتری 9 ولتی
  • لامپ های LED و سیم های اتصال
قطعات مورد نیاز را از
فروشگاه قطعات آیرنکس تهیه کنید.

مدار گیت NAND با ترانزیستور

مدار اتصال زیر، مدار یک گیت NAND ساخته شده با استفاده از دو عدد ترانزیستور NPN را نشان میدهد. I1 و I2 بیانگر دو ورودی و O1 بیانگر خروجی گیت است.

حال بیایید در پروسه ساخت گیت NAND با استفاده از دو ترانزیستور NPN عمیق تر شویم.

ابتدا کلکتور ترانزیستور NPN اول (Q1) را به کمک مقاومت RS به VCC (ولتاژ مثبت) متصل کنید. با اینکار، تغذیه Q1 را برقرار میکنیم.

امیتر Q1 را به کلکتور ترانزیستور NPN دوم (Q2) متصل کنید. با اینکار بین دو ترانزیستور ارتباط برقرارکرده و هسته گیت NAND خود را شکل میدهیم.

کلکتور Q1 را به ترمینال خروجی Y که همان خروجی نهایی گیت است متصل کنید.

در ادامه، مقاومت R1 را بین بیس Q1 و ترمینال ورودی A متصل کنید. این مقاومت، جریان گذرنده از بیس Q1 را محدود میکند.

مقاومت R2 را بین بیس Q2 و ترمینال ورودی B متصل کنید. مقاومت R2 نیز مشابه R1 جریان ورودی به بیس Q2 را کنترل میکند.

یک گیت NAND دو ورودی ساده میتواند با استفاده از کلیدهای مقاومت-ترانزیستوری RTL که مطابق تصویر زیر به هم متصل شده اند، ساخته شود. در تصویر زیر ورودی ها به طور مستقیم به بیس ترانزیستورها اعمال میشوند. هر یک از ترانزیستورها برای روشن کردن LED باید در محل Y در ناحیه قطع خود قرار گرفته و خاموش باشند.

مدار گیت NAND تقریبا مشابه مدار گیت AND است. تنها تفاوت کلیدی بین این دو مدار این است که به جای اتصال خروجی به امیتر ترانزیستور دوم، خروجی را از کلکتور ترانزیستور اول میگیریم.

زمانیکه هر دو ورودی HIGH باشند، هر دو ترانزیستور از مسیر کلکتور-امیتر خود هدایت کرده و یک اتصال کوتاه به زمین ایجاد میکنند. این اتفاق باعث میشود که جریان از مسیر خروجی منحرف شده و درنتیجه عبور نکردن جریان ازاین مسیر، خروجی LOW شود.

متقابلا، اگر هرکدام از ترانزیستورها خاموش باشند، جریان دیگر نمیتواند از طریق ترانزیستورها به زمین منتقل شود. در عوض جریان از مدارخروجی (لامپ LED) عبور کرده و خروجی را HIGH میکند.

در نتیجه اگر هر یک از ورودی ها “0” یا LOW باشد، خروجی HIGH میشود.

کاربردها

گیت NAND یک گیت همه کاره بوده که با توانایی خود در ساده سازی عبارات منطقی، کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف دارد.

چند مورد از کاربردهای گیت NAND شامل مدارهای منطقی دیجیتالی، گیت universal، ذخیره سازی داده ها، تشخیص و تصحیح خطا، PLC یا کنترلگر منطقی برنامه پذیر، نمایشگرهای منطقی و عملیات ریاضی و محاسباتی است. این موارد تنها چند نمونه از کاربردهای گسترده گیت NAND هستند. تطبیق پذیری، کارایی و توانایی این گیت در ساده سازی عبارات منطقی پیچیده، آن را به یک قطعه ضروری در طراحی و پیاده سازی سیستم های دیجیتالی در صنایع متعدد تبدیل میکند.

2.5 (2 نفر)

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام ما را دنبال کنید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید قرار بدهم. سوالات مربوط به این مطلب را در قسمت نظرات همین مطلب اعلام کنید. سعی میکنم در اسرع وقت به نظرات شما پاسخ بدهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *