Les portes lògiques són un dels temes més importants de l'electrònica, especialment l'electrònica digital. El concepte de portes lògiques es basa en el concepte de funcions booleanes. Les portes lògiques prenen un o diversos valors binaris com a entrada i retornen un valor binari com a sortida després de fer-hi el càlcul lògic. Hi ha diversos tipus de PORTES disponibles a Digital Electronics, algunes d'elles es coneixen com a portes bàsiques i algunes d'elles es coneixen com a portes universals.

A Porta NAND entra dins de la categoria de portes universals perquè la porta NAND pot implementar qualsevol funció booleana sense l'ajuda de portes bàsiques i també calcular els resultats de les entrades lògiques sense l'ajuda de cap altra porta lògica.

Taula de contingut

• Què és una porta lògica?
• 
  Símbol de la porta AND
• Taula de veritat de la porta AND
• Porta NAND en termes de transistor
• Aplicacions de NAND Gate
• Avantatges de NAND Gate
• Desavantatges de NAND Gate

Què és NAND Gate?

Les portes lògiques són un petit circuit de commutació digital que determina la sortida de dues o més funcions booleanes introduïdes en format binari. L'1 lògic significa vertadera o alta per naturalesa, mentre que 0 lògic significa fals o baixa per naturalesa. En funció de diferents operacions lògiques, la sortida és diferent. Hi pot haver moltes entrades en una porta lògica, però només hi haurà una sortida. Cada porta lògica té la seva pròpia taula de veritat que representa totes les combinacions d'entrada i sortida.

La porta NAND, també coneguda com a porta Not-AND, fa exactament el contrari o complement de la porta AND.

Funcionament de la porta AND

NAND Gate pren valors booleans com a entrada i retorna:

• Retorna 1, si totes les entrades són 0 o alternativa (és a dir, una és 0 i l'altra és 1 o viceversa).
• Retorna 0, si totes les entrades són 1

El Expressió booleana de NAND Gate és el següent:

Suposem que tenim dues entrades, A i B i la sortida s'anomena X, llavors l'expressió és -

X = (A. B)’

variables globals js

Tipus de portes NAND

Hi ha dos tipus de portes NAND, segons el nombre d'entrades

• Porta NAND de 2 entrades
• Porta NAND de 3 entrades

Porta NAND de 2 entrades

És la forma més senzilla de porta NAND que pren dues entrades i retorna la sortida. N'hi ha 2²= 4 combinacions d'entrada i sortida.

Porta NAND de tres entrades

Com el seu nom indica, té tres entrades i només una sortida. N'hi ha 2³= 8 combinacions d'entrada i sortida.

Símbol de la porta AND

A continuació es mostra el símbol de la porta NAND, A i B representen les dues entrades. La porta NAND realitza l'operació NAND lògica a les entrades. La sortida es representa per la línia que s'estén des de la part inferior del símbol de la porta NAND.

El taula de veritat de la porta NAND de dues entrades és la següent:

Porta NAND

Taula de veritat de la porta AND

A la taula de veritat donada, retorna 1, si totes les entrades són 0 o alternatives (és a dir, una és 0 i l'altra és 1 o viceversa). en cas contrari retorna 0, si totes les entrades són 1.

Porta NAND de 3 entrades

Porta NAND en termes de transistor

La porta NAND és un dels principals blocs de construcció dels circuits lògics digitals. El seu funcionament també es pot explicar mitjançant el concepte de transistors. Els transistors són un tipus de semiconductor dispositiu que s'utilitzen principalment per amplificar o canviar senyals electrònics.

Porta NAND en termes de transistor

Funcionament del Circuit

Aquí, al diagrama anterior, hi ha dos transistors anomenats Q1 i Q2, que estan connectats en una configuració en sèrie. El terminal del col·lector de Q1 està connectat amb Vcc i també amb el terminal de sortida. L'emissor de Q1 està connectat amb el col·lector de Q2, que fa la connexió en una configuració en sèrie. L'emissor de Q2 està connectat amb el terra que completa tot el circuit.

Prenem un cas quan les entrades A i B són 0. En aquest cas, el transistor actuarà com un interruptor i finalitzarà la connexió entre el col·lector i l'emissor. Quan el subministrament de 5 V està ON, arriba directament al terminal del col·lector del primer transistor. El terminal del col·lector està connectat amb la sortida, de manera que el subministrament de 5 V va directament a la sortida. Per tant, la sortida serà ALTA.

Aplicacions de NAND Gate

• Porta universal: La porta NAND s'anomena porta universal perquè totes les portes lògiques bàsiques es poden formar utilitzant-les.
• S'utilitza per emmagatzemar dades: Les portes NAND s'utilitzen per crear elements com Flip-Flops i Latches, que és un component clau per emmagatzemar dades.
• Lògica aritmètica: Les portes NAND s'utilitzen àmpliament a les unitats aritmètiques i lògiques (ALU) d'un dispositiu informàtic per realitzar operacions com sumes, restes, etc.
• S'utilitza en descodificador i codificador: Les portes NAND també s'utilitzen en circuits descodificador i codificador per convertir un codi binari en un conjunt de senyals digitals i viceversa.
• S'utilitza en multiplexadors i demultiplexors: Les portes NAND s'utilitzen als multiplexadors per decidir quina ruta hauria de prendre un senyal per arribar a una única sortida. El demultiplexor fa exactament el contrari d'això.
• Generadors de rellotges: Portes NAND utilitzades en generadors de rellotge per generar senyals de rellotge que sincronitzen diverses operacions al circuit digital.
• Operacions lògiques: Les portes NAND també s'utilitzen per implementar diverses operacions lògiques.

Avantatges de NAND Gate

• És una porta universal: La porta NAND és una porta universal, de manera que es pot utilitzar per construir qualsevol porta lògica bàsica sense utilitzar cap altra porta. A més, pot resoldre problemes lògics complexos.
• Simplifica les expressions lògiques: Utilitzant només la porta NAND, podem simplificar qualsevol circuit lògic complex i representar-los d'una manera més senzilla.
• Components baixos necessaris: La porta NAND pot representar qualsevol altra porta lògica, podem utilitzar portes NAND per resoldre expressions lògiques complexes i, com a resultat, es requereix un petit nombre de portes NAND.
• Menys consum d'energia: La implementació de funcions lògiques utilitzant una porta NAND consumeix molt menys energia que altres portes.

Desavantatges de NAND Gate

• Falta de flexibilitat: Tot i que NAND és una porta universal, la implementació de tots els circuits lògics amb una porta NAND pot no sempre donar el resultat més optimitzat.
• Velocitat: En alguns casos, l'ús de la porta NAND pot provocar un retard de propagació, aquestes expressions lògiques poden necessitar algunes portes dedicades per resoldre's.

Exemple resolt de la porta NAND

Implementeu el circuit donat utilitzant la porta NAND.

Tenim 4 entrades anomenades A, B, C i D. Aquí realitzarem la funcionalitat de la porta NAND utilitzant la porta 2 AND i la porta 1 OR.

I a la secció resultant, utilitzarem 2 portes NAND i 1 porta OR per conèixer la diferència entre la funcionalitat de AND ate i la porta NAND.

Esquema de connexions

Solució:

Convertint la porta AND i OR en porta NAND i mantenint l'expressió booleana igual.

Implementeu el circuit donat utilitzant la porta NAND

Com a resultat, obtenim una sortida: A'B' + C'D'

NAND Gate - Preguntes freqüents

Per què la porta NAND es diu Porta universal?

La porta NAND s'anomena porta universal perquè es pot utilitzar per formar qualsevol altra porta lògica bàsica com AND OR NOT sense l'ajuda d'una altra porta.

En què és diferent una porta NAND d'una porta AND?

Quan invertim la sortida de la porta AND obtenim la porta NAND. Significa que el resultat de la porta AND només s'invertirà en el cas de la porta NAND. És la forma abreujada de la porta NOT-AND.

Com s'aconsegueix l'operació NOT lògic a la porta NAND?

L'operació NOT lògica es realitza a la sortida de la porta AND. La porta NAND és una combinació de la porta AND i NOT, on dues o més entrades entren al AND get i produeixen una única sortida que després s'introdueix a la porta NOT que produeix el complement de la sortida.