Neste post vamos entender de forma abrangente o que são as portas lógicas e seu funcionamento. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela de verdade, portas de entrada múltipla, estaremos também construindo equivalentes de porta baseada em transistores e, finalmente, daremos 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, uma porta lógica é projetada para executar uma função lógica usando uma ou mais entradas binárias e para gerar uma única saída binária.
As portas lógicas eletrônicas são fundamentalmente configuradas e implementadas usando blocos semicondutores ou elementos como diodos ou transistores que funcionam como chaves liga / desliga com um padrão de comutação bem definido. As portas lógicas facilitam o cascateamento das portas de forma que permite facilmente a composição das funções booleanas, tornando possível criar modelos físicos de toda a lógica booleana. Isso permite ainda mais a escrita de algoritmos e matemática usando a lógica booleana.
Os circuitos lógicos podem empregar elementos semicondutores na faixa de multiplexadores, registradores, unidades lógicas aritméticas (ALUs) e memória de computador, e até mesmo microprocessadores, envolvendo até centenas de milhões de portas lógicas. Na implementação de hoje, você encontrará principalmente transistores de efeito de campo (FETs), sendo usados para a fabricação de portas lógicas, um bom exemplo sendo transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor ou MOSFETs.
Vamos começar o tutorial com portas lógicas AND.
O que é Logic “AND” Gate?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica '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 que em uma porta AND com número ‘n’ de entradas, se todas as entradas forem 'altas', a saída ficará 'alta'. Mesmo se uma entrada for “BAIXA” ou “0” ou “falso” ou “sinal negativo”, a saída torna-se “BAIXA” ou “0” ou “falso” 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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do símbolo lógico E do portão:
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
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 denotada por um ponto (.)
Se 'A' é '1' e 'B' é '1', a saída é (A.B) = 1 x 1 = '1' ou 'alto'
Se 'A' é '0' e 'B' é '1', a saída é (A.B) = 0 x 1 = '0' ou 'Baixo'
Se ‘A’ for ‘1’ e ‘B’ for ‘0’ a saída será (A.B) = 1 x 0 = ‘0’ ou “Low”
Se ‘A’ for ‘0’ e ‘B’ for ‘0’ a saída será (A.B) = 0 x 0 = ‘0’ ou “Low”
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 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Porta “AND” de 3 entradas:
Ilustração de 3 entradas e portas:
As portas lógicas AND podem ter um número 'n' de entradas, o que significa que podem ter mais de duas entradas (as portas lógicas AND terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída).
Para uma porta AND de 3 entradas, a equação booleana gira assim: (A.B.C) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.
Tabela da verdade para lógica E porta de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Lógica de múltiplas entradas e portas:
As portas lógicas AND comercialmente disponíveis estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, temos que colocar as portas em cascata.
Podemos ter seis portas AND lógicas de entrada em cascata as 2 portas AND de entrada da seguinte forma:
Agora, a equação booleana para o circuito acima torna-se Y = (A.B). (C.D). (E.F)
Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.
Se você for usar apenas 5 entradas das 6 entradas E portas acima, podemos conectar um resistor pull-up em qualquer pino e agora ele se torna 5 entradas E portas.
Porta E lógica de duas entradas baseadas em transistor:
Agora que sabemos como uma porta lógica AND funciona, vamos construir uma porta AND de 2 entradas usando dois transistores NPN. Os ICs lógicos são construídos quase da mesma maneira.
Esquemático de dois transistores e portas:
Na saída “Y” você pode conectar um LED se a saída for alta o LED acenderá (LED + terminal Ve em “Y” com resistor de 330 ohm e negativo para GND).
Quando aplicamos sinal alto na base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS, o sinal de + 5V estará disponível no emissor do T2, assim a saída fica alta.
Se qualquer um dos transistores estiver DESLIGADO, nenhuma tensão positiva estará disponível no emissor de T2, mas devido ao resistor pull down de 1K, a tensão negativa estará disponível na saída, então a saída é referida como baixa.
Agora você sabe como construir sua própria porta lógica AND.
Quad AND gate IC 7408:
Se você quiser comprar uma porta lógica AND do mercado, obterá a configuração acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO 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 ICs de porta “AND” comumente disponíveis:
• 74LS08 Quad 2-entrada
• 74LS11 Triplo de 3 entradas
• 74LS21 Dual 4 entradas
• CD4081 Quad 2 entrada
• CD4073 Triplo 3 entradas
• CD4082 Dual 4 entradas
Você sempre pode consultar a folha de dados dos CIs acima para obter mais informações.
Como a lógica “NOR Exclusivo” funciona
Neste artigo vamos explorar a porta lógica “Ex-NOR” ou porta NOR Exclusiva. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela verdade, circuito equivalente Ex-NOR, realização Ex-NOR usando portas lógicas NAND e, por fim, teremos uma visão geral do IC 74266 da porta Ex-OR quad 2 de entrada.
O que é portão “NOR exclusivo”?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica 'alta' ou '1' ou 'verdadeira' ou emite um 'sinal positivo' quando as entradas são de número par lógico '1s' (ou 'verdadeiro' ou 'alto' ou ' sinal positivo ”).
Por exemplo: Digamos uma porta NOR exclusiva com número 'n' de entradas, se as entradas forem lógicas 'ALTO' com 2 ou 4 ou 6 entradas (número par de entrada '1s'), a saída ficará 'ALTA'.
Mesmo se não aplicarmos nenhuma lógica 'alta' aos pinos de entrada (ou seja, número zero da lógica 'ALTA' e toda lógica 'BAIXA'), ainda 'zero' é um número par, a saída torna-se 'ALTA'.
Se o número de “1s” lógicos aplicados for ODD, a saída torna-se “LOW” (ou “0” ou “falso” ou “sinal negativo”).
Isso é o oposto da porta lógica “OU exclusiva”, onde sua saída torna-se “ALTA” quando as entradas têm um número ODD de “1s” lógico.
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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do portão lógico “NOR exclusivo”:
Circuito equivalente de portão “NOR exclusivo”:
O acima é o circuito equivalente para Ex-NOR lógico, que é basicamente uma combinação de porta lógica “OU exclusiva” e porta lógica “NÃO”.
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
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’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ‘0’ ou “LOW”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = ‘1’ ou “HIGH”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.
Tabela da verdade (duas entradas):
| A (entrada) | B (ENTRADA) | Y (saída) |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Porta NOR exclusiva de 3 entradas:
Ilustração da porta Ex-NOR de 3 entradas:
Tabela verdade para porta EX-OR lógica de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Para a porta Ex-NOR de 3 entradas, a equação booleana torna-se: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
A porta lógica “Ex-NOR” não é uma porta lógica fundamental, mas uma combinação de portas lógicas diferentes. A porta Ex-NOR pode ser realizada usando portas lógicas 'OU', porta lógica 'AND' e porta lógica 'NAND' da seguinte forma:
Circuito equivalente para porta “NOR Exclusivo”:
O projeto acima tem uma grande desvantagem, precisamos de 3 portas lógicas diferentes para fazer uma porta Ex-NOR. Mas podemos superar esse problema implementando a porta Ex-NOR apenas com portas lógicas “NAND”, isso também é econômico de fabricar.
Porta NOR exclusiva usando porta NAND:
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.
Logic Exclusive-NOR Gate IC 74266:
Se você quiser comprar uma porta lógica Ex-NOR do mercado, terá a configuração DIP acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO e vice-versa após fornecer a entrada.
O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 23 nanossegundos.
O atraso de propagação de HIGH para LOW é de 23 nanossegundos.
ICs de porta “EX-NOR” comumente disponíveis:
74LS266 Quad 2-input
CD4077 Quad 2-input
Como funciona o NAND Gate
Na explicação abaixo, vamos explorar a porta lógica digital NAND. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela de verdade, porta NAND de múltiplas entradas, estaremos construindo porta NAND de 2 entradas baseadas em transistores, várias portas lógicas usando apenas porta NAND e, finalmente, daremos uma visão geral da porta NAND IC 7400.
O que é Logic “NAND” Gate?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica “BAIXA” ou “0” ou “falsa” ou emite um “sinal negativo” quando todas as entradas das portas NAND são “altas” ou “1” ou “verdadeiro” ou “ sinal positivo ”.
Por exemplo: diga uma porta NAND com número 'n' de entradas, se todas as entradas forem 'altas', a saída será 'BAIXA'. Mesmo se uma entrada for “BAIXA” ou “0” ou “falso” ou “sinal negativo”, a saída torna-se “ALTA” ou “1” ou “verdadeiro” 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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do símbolo da porta Logic NAND:
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
Este símbolo é a porta “AND” com inversão “o”.
Circuito Lógico de Gate Equivalente “NAND”:
A porta lógica NAND é a combinação da porta lógica “AND” e da porta lógica “NÃO”.
A expressão booleana para a porta lógica NAND: A saída ‘Y’ é a multiplicação complementar das duas entradas ‘A’ e ‘B’. Y = ((A.B) ̅)
A multiplicação booleana é denotada por um ponto (.) 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 x 1) ̅ = ‘0’ ou “LOW”
Se 'A' é '0' e 'B' é '1', a saída é ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = '1' ou 'ALTO'
Se 'A' é '1' e 'B' é '0', a saída é ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = '1' ou 'ALTO'
Se ‘A’ for ‘0’ e ‘B’ for ‘0’ a saída será ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = ‘1’ ou “HIGH”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.
Tabela da verdade (duas entradas):
| A (entrada) | B (ENTRADA) | Y (saída) |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Porta “NAND” de 3 entradas:
Ilustração de 3 portas NAND de entrada:
As portas lógicas NAND podem ter um número 'n' de entradas, o que significa que pode ter mais de duas entradas
(As portas lógicas NAND terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída).
Para uma porta NAND de 3 entradas, a equação booleana gira assim: ((A.B.C) ̅) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.
Mesa da Verdadepara porta NAND lógica de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Portas NAND lógicas de múltiplas entradas:
As portas lógicas NAND disponíveis comercialmente estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, temos que colocar as portas em cascata.
Por exemplo, podemos ter quatro portas NAND lógicas de entrada em cascata 5 duas portas NAND de entrada como segue:
Agora, a equação booleana para o circuito acima torna-se Y = ((A.B.C.D) ̅)
Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.
Se você for usar apenas 3 entradas da porta NAND de 4 entradas acima, podemos conectar um resistor pull-up a qualquer pino e agora ele se torna a porta NAND de 3 entradas.
Porta lógica NAND de duas entradas baseada em transistor:
Agora que sabemos como funciona uma porta lógica NAND, vamos construir uma porta NAND de 2 entradas usando duas
Transistores NPN. Os ICs lógicos são construídos quase da mesma maneira.
Esquema de duas portas NAND do transistor:
Na saída “Y” você pode conectar um LED se a saída for alta, o LED acenderá (LED + terminal Ve em “Y” com resistor de 330 ohm e negativo para GND).
Quando aplicamos sinal alto na base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS, o sinal de terra estará disponível no coletor do T1, assim a saída fica “BAIXA”.
Se qualquer um dos transistores estiver DESLIGADO, ou seja, aplicando o sinal “LOW” à base, nenhum sinal de aterramento estará disponível no coletor de T1, mas devido ao resistor pull up de 1K, o sinal positivo estará disponível na saída e a saída será girada 'ALTO'.
Agora você sabe como construir sua própria porta lógica NAND.
Várias portas lógicas usando a porta NAND:
A porta NAND também é conhecida como “porta lógica universal” porque podemos fazer qualquer lógica booleana com esta porta única. Esta é uma vantagem para fabricar CIs com diferentes funções lógicas e fabricar uma única porta é econômico.
Nos esquemas acima, apenas 3 tipos de portas são mostrados, mas podemos fazer qualquer lógica booleana.
Quad NAND gate IC 7400:
Se você quiser comprar uma porta lógica NAND do mercado, terá a configuração DIP acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO e vice-versa após fornecer uma entrada.
O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 22 nanossegundos.
O atraso de propagação de HIGH para LOW é de 15 nanossegundos.
Existem vários outros ICs de porta NAND disponíveis:
- 74LS00 Quad 2 entradas
- 74LS10 Triplo 3 entradas
- 74LS20 Dual 4 entradas
- 74LS30 8 entradas simples
- CD4011 Quad 2-input
- CD4023 Triplo 3 entradas
- CD4012 Dual 4 entradas
Como funciona a porta NOR
Aqui, vamos explorar a porta NOR lógica digital. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela de verdade, porta NOR de múltiplas entradas, estaremos construindo porta NOR de 2 entradas baseadas em transistores, várias portas lógicas usando apenas porta NOR e, finalmente, daremos uma visão geral da porta NOR IC 7402.
O que é o Logic “NOR” Gate?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica “ALTA” ou “1” ou “verdadeiro” ou emite um “sinal positivo” quando todas as entradas das portas NOR são “BAIXAS” ou “0” ou “falso” ou “ sinal negativo ”.
Por exemplo: diga uma porta NOR com número 'n' de entradas, se todas as entradas forem 'BAIXAS', a saída ficará 'ALTA'. Mesmo se uma entrada for “ALTA” ou “1” ou “verdadeiro” ou “sinal positivo”, a saída torna-se “BAIXA” ou “0” ou “falso” 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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do símbolo da porta Logic NOR:
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
Este símbolo é a porta “OU” com inversão “o”.
Circuito equivalente de porta lógica “NOR”:
A porta lógica NOR é a combinação da porta lógica “OU” e da porta lógica “NÃO”.
A expressão booleana para porta NOR lógica: a saída 'Y' é a adição complementar das duas entradas 'A' e 'B'. Y = ((A + B) ̅)
A adição booleana é denotada por (+) e a complementar (inversão) é representada por uma barra (-) sobre uma letra.
Se ‘A’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘1’ a saída é ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = ‘0’ ou “LOW”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘1’ a saída é ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = ‘0’ ou “LOW”
Se ‘A’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = ‘0’ ou “LOW”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = ‘1’ ou “HIGH”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.
Tabela da verdade (duas entradas):
| A (entrada) | B (ENTRADA) | Y (saída) |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Gate “NOR” de 3 entradas:
Ilustração de porta NOR de 3 entradas:
As portas NOR lógicas podem ter um número 'n' de entradas, o que significa que 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 gira assim: ((A + B + C) ̅) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.
Tabela verdade para porta NOR lógica de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Portas NOR de várias entradas lógicas:
As portas lógicas NOR disponíveis comercialmente estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, temos que colocar as portas em cascata.
Por exemplo, podemos ter quatro portas NOR lógicas de entrada em cascata 5 duas portas NOR de entrada da seguinte forma:
Agora, a equação booleana para o circuito acima torna-se Y = ((A + B + C + D) ̅)
Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.
Se você for usar apenas 3 entradas da porta NOR de 4 entradas acima, podemos conectar um resistor pull-down a qualquer um dos pinos e agora ele se torna a porta NOR de 3 entradas.
Porta Lógica NOR baseada em transistor de duas entradas:
Agora que sabemos como funciona uma porta NOR lógica, vamos construir uma porta NOR de 2 entradas usando dois transistores NPN. Os ICs lógicos são construídos quase da mesma maneira.
Esquemático de duas portas NOR do transistor:
Na saída “Y” você pode conectar um LED se a saída for alta, o LED acenderá (LED + terminal Ve em “Y” com resistor de 330 ohm e negativo para GND).
Quando aplicamos o sinal “HIGH” na base dos dois transistores, ambos os transistores são LIGADOS e o sinal de terra estará disponível no coletor do T1 e T2, assim a saída fica “LOW”.
Se aplicarmos “HIGH” a qualquer um dos transistores, ainda assim o sinal negativo ficará disponível na saída, fazendo com que a saída vá para “LOW”.
Se aplicarmos o sinal “LOW” à base de dois transistores, ambos serão desligados, mas devido ao resistor pull-up a saída ficará “HIGH”.
Agora você sabe como construir sua própria porta NOR lógica.
Várias portas lógicas usando a porta 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 esta porta única. Esta é uma vantagem para fabricar CIs com diferentes funções lógicas e fabricar uma única porta é econômico, o mesmo para a porta NAND.
Nos esquemas acima, apenas 3 tipos de portas são exibidos, mas podemos fazer qualquer lógica booleana.
Quad NOR gate IC 7402:
Se você quiser comprar uma porta NOR lógica do mercado, obterá a configuração DIP acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO e vice-versa após fornecer uma entrada.
O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 22 nanossegundos.
O atraso de propagação de HIGH para LOW é de 15 nanossegundos.
Existem vários outros ICs de porta NOR disponíveis:
- 74LS02 Quad 2 entrada
- 74LS27 tripla 3 entradas
- 74LS260 Dual 4 entradas
- CD4001 Quad 2 entrada
- CD4025 Triplo 3 entradas
- CD4002 Dual 4 entradas
Logic NOT Gate
Neste artigo vamos explorar a porta lógica “NÃO”. Estaremos aprendendo sobre sua definição básica, símbolo, tabela de verdade, equivalentes de porta NAND e NOR, inversores Schmitt, oscilador de porta NÃO Schmitt, porta NÃO usando transistor e, finalmente, daremos uma olhada no inversor de porta lógica NOT IC 7404.
Antes de começarmos a examinar os detalhes da porta lógica NOT, também chamada de inversor digital, não se deve confundir com os “Inversores de energia” usados em fontes de energia solar ou de reserva em casa ou no escritório.
O que é Logic “NÃO” Gate?
É uma porta lógica de entrada única e saída única, cuja saída é um complemento da entrada.
A definição acima afirma que se a entrada for “ALTA” ou “1” ou “verdadeiro” ou “sinal positivo”, a saída será “BAIXA” ou “0” ou “falso” ou “sinal negativo”.
Se a entrada for 'LOW' ou '0' ou 'false' ou 'sinal negativo', a saída será invertida para 'HIGH' 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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do Logic NOT Gate:
Vamos supor que “A” é a entrada e “Y” é a saída, a equação booleana para a porta lógica NÃO é: Ā = Y.
A equação afirma que a saída é a inversão da entrada.
Tabela da verdade para porta lógica NÃO:
| PARA (ENTRADA) | Y (RESULTADO) |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
As portas not sempre terão uma única entrada (e sempre terão uma única saída), sendo categorizadas como dispositivos de tomada de decisão. O símbolo “o” na ponta do triângulo representa complementação ou inversão.
Este símbolo “o” 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.
Ativo-Baixo: A saída torna-se ativa (ativando um transistor, um LED ou um relé, etc.) quando a entrada “BAIXA” é fornecida.
Portões NAND e NOR equivalentes:
A porta “NOT” pode ser construída usando portas lógicas “NAND” e portas lógicas “NOR” juntando todos os pinos de entrada, isto se aplica a portas com 3, 4 e pinos de entrada maiores.
Porta lógica baseada em transistor “NÃO”:
A lógica “NÃO” pode ser construída por um transistor NPN e um resistor de 1K. Se aplicarmos o sinal “HIGH” na base do transistor, o terra fica conectado ao coletor do transistor, assim a saída fica “LOW”.
Se aplicarmos o sinal “LOW” à base do transistor, o transistor permanecerá DESLIGADO e não será conectado ao aterramento, mas a saída será puxada para “HIGH” pelo resistor pull-up conectado ao Vcc. Assim, podemos fazer uma porta lógica “NÃO” usando transistor.
Inversores Schmitt:
Exploraremos esse conceito com um carregador automático de bateria para explicar a utilização e o funcionamento dos inversores Schmitt. Vejamos o exemplo do procedimento de carregamento de bateria de íon-lítio.
A bateria de íons de lítio de 3,7 V é carregada quando a bateria atinge 3 V para 3,2 V, a tensão da bateria aumenta gradualmente durante o carregamento e a bateria precisa ser desligada em 4,2 V. Após o carregamento, a tensão de circuito aberto da bateria cai cerca de 4,0 V .
Um sensor de tensão mede o limite de corte e aciona o relé para interromper o carregamento. Mas quando a voltagem cai abaixo de 4,2 V, o carregador detecta como não carregado e começa a carga até 4,2 V e o desligamento, novamente a voltagem da bateria cai para 4,0 V e começa a carga novamente e essa loucura continua repetidamente.
Isso acabará com a bateria rapidamente; para superar esse problema, precisamos de um nível de limite inferior ou 'LTV' para que a bateria não comece a carregar até que caia para 3 V para 3,2 V. A tensão de limite superior ou 'UTV' é 4,2 V neste exemplo.
Um inversor Schmitt é feito para mudar seu estado de saída quando a tensão cruza a tensão de limite superior e permanece o mesmo até que a entrada alcance a tensão de limite inferior.
Da mesma forma, uma vez que a entrada cruza a tensão de limite inferior, a saída permanece a mesma até que a entrada alcance a tensão de limite superior.
Não mudará seu estado entre o LTV e o UTV.
Agora, por causa disso, o ON / OFF será muito mais suave e as oscilações indesejadas serão removidas e também o circuito ficará mais resistente a ruídos elétricos.
Schmitt NOT Gate Oscillator:
O circuito acima é um oscilador que produz onda quadrada com ciclo de trabalho de 33%. Inicialmente, o capacitor está no estado descarregado e o sinal de aterramento estará disponível na entrada da porta NOT.
A saída torna-se positiva e carrega o capacitor via resistor 'R', o capacitor carrega até a tensão de limite superior do inversor e muda o estado, a saída torna-se sinal negativo e o capacitor começa a descarregar via resistor 'R' até que a tensão do capacitor atinge o nível de limite inferior e muda o estado, a saída torna-se positiva e carrega o capacitor.
Este ciclo se repete enquanto a fonte de alimentação é fornecida ao circuito.
A frequência do oscilador acima pode ser calculada: F = 680 / RC
Onde, F é a frequência.
R é a resistência em ohms.
C é a capacitância em farad.
Conversor de onda quadrada:
O circuito acima irá converter o sinal de onda senoidal em onda quadrada, na verdade ele pode converter qualquer onda analógica em onda quadrada.
Os dois resistores R1 e R2 funcionam como divisor de tensão, este é utilizado para obter um ponto de polarização e o capacitor bloqueia quaisquer sinais DC.
Se o sinal de entrada ficar acima do nível de limite superior ou abaixo do nível de limite inferior, a saída muda
LOW ou HIGH de acordo com o sinal, isso produz uma onda quadrada.
IC 7404 NÃO Inversor de porta:
O IC 7404 é um dos IC de porta NÃO lógicos mais comumente usados. Ele tem 14 pinos, o pino nº 7 é aterrado e o pino nº 14 é Vcc. A tensão de operação é de 4,5 V a 5 V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que a porta leva para processar a saída após fornecer uma entrada.
Na lógica, a porta “NÃO” leva cerca de 22 nanossegundos para mudar seu estado de HIGH para LOW e vice-versa.
Existem vários outros ICs lógicos “NÃO de porta:
• 74LS04 Hex invertendo NOT Gate
• 74LS14 Hex Schmitt Invertendo NÃO Gate
• Drivers de inversão 74LS1004 Hex
• CD4009 Hex invertendo NOT Gate
• CD4069 Hex invertendo NÃO Gate
Como funciona o portão OR
Agora vamos explorar as portas OU lógicas digitais. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela verdade, porta OR de entrada múltipla, estaremos construindo porta OR de 2 entradas baseadas em transistores e, finalmente, daremos uma visão geral da porta OR IC 7432.
O que é Logic “OR” Gate?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica 'BAIXA' ou '0' ou 'falsa' ou emite um 'sinal negativo' quando todas as entradas das portas OR são 'BAIXA' ou '0' ou 'falsa' ou ' sinal negativo ”.
Por exemplo: diga uma porta OR com número ‘n’ de entradas, se todas as entradas forem 'BAIXAS', a saída ficará 'BAIXA'. Mesmo se uma entrada for “HIGH” ou “1” ou “verdadeiro” ou “sinal positivo”, a saída torna-se “HIGH” ou “1” ou “verdadeiro” 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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração do símbolo do portão lógico OU:
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
A expressão booleana para porta OR lógica: a saída ‘Y’ é a adição das duas entradas ‘A’ e ‘B’, (A + B) = Y.
A adição booleana é denotada por (+)
Se ‘A’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘1’ a saída é (A + B) = 1 + 1 = ‘1’ ou “alto”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘1’ a saída é (A + B) = 0 + 1 = ‘1’ ou “alto”
Se ‘A’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é (A + B) = 1 + 0 = ‘1’ ou “alto”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é (A + B) = 0 + 0 = ‘0’ ou “Low”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.
Tabela da verdade (duas entradas):
| A (entrada) | B (ENTRADA) | Y (saída) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Porta “OU” de 3 entradas:
Ilustração de 3 entradas OU portas:
As portas OR lógicas podem ter um número 'n' de entradas, o que significa que podem ter mais de duas entradas (as portas OR lógicas terão pelo menos duas entradas e sempre uma saída).
Para uma porta OR lógica de 3 entradas, a equação booleana gira assim: (A + B + C) = Y, da mesma forma para 4 entradas e acima.
Tabela da verdade para porta OU lógica de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Lógica de multi entrada OU Gates
As portas lógicas OR disponíveis comercialmente estão disponíveis apenas em 2, 3 e 4 entradas. Se tivermos mais de 4 entradas, temos que colocar as portas em cascata.
Podemos ter seis portas OU lógicas de entrada em cascata as 2 portas OU de entrada da seguinte maneira:
Agora, a equação booleana para o circuito acima torna-se Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)
Ainda assim, todas as regras lógicas mencionadas se aplicam ao circuito acima.
Se você for usar apenas 5 entradas das 6 entradas acima ou porta, podemos conectar um resistor pull-down em qualquer pino e agora se torna 5 entradas OU porta.
Porta OR lógica de duas entradas baseada em transistor:
Agora que sabemos como funciona uma porta OU lógica, vamos construir uma porta OU de 2 entradas usando dois transistores NPN. Os ICs lógicos são construídos quase da mesma maneira.
Esquemático de dois transistores OU portas:
Na saída “Y” você pode conectar um LED se a saída for alta o LED acenderá (LED + terminal Ve em “Y” com resistor de 330 ohm e negativo para GND).
Quando aplicamos o sinal LOW na base dos dois transistores, ambos os transistores são desligados, o sinal de aterramento estará disponível no emissor do T2 / T1 via resistor pull-down de 1k, portanto, a saída fica LOW.
Se qualquer um dos transistores estiver LIGADO, a tensão positiva estará disponível no emissor de T2 / T1, portanto, a saída fica ALTA.
Agora você sabe como construir sua própria porta lógica OU.
Quad OR gate IC 7432:
Se você quiser comprar porta lógica OU do mercado, você obterá a configuração acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO e vice-versa.
O atraso de propagação de BAIXO para ALTO é de 7,4 nanossegundos a 25 graus Celsius.
O atraso de propagação de ALTO para BAIXO é de 7,7 nanossegundos a 25 graus Celsius.
• 74LS32 Quad 2 entrada
• CD4071 Quad 2 entrada
• CD4075 Triplo 3 entradas
• CD4072 Dual 4 entradas
Logic Exclusive –OR Gate
Neste artigo, vamos explorar a porta lógica XOR ou porta OU Exclusiva. Estaremos dando uma olhada na definição básica, símbolo, tabela verdade, circuito equivalente XOR, realização XOR usando portas lógicas NAND e, finalmente, teremos uma visão geral da porta Ex-OR IC 7486 de entrada quad 2.
Nos posts anteriores, aprendemos sobre três portas lógicas fundamentais “AND”, “OR” e “NOT”. Também aprendemos que, usando essas três portas fundamentais, podemos construir duas novas portas lógicas “NAND” e “NOR”.
Existem mais duas portas lógicas, embora essas duas não sejam portas básicas, mas são construídas pela combinação das outras portas lógicas e sua equação booleana é tão vital e muito útil que é considerada como portas lógicas distintas.
Essas duas portas lógicas são a porta “OU exclusiva” e “NOR exclusiva”. Neste artigo, vamos explorar apenas a porta lógica OU Exclusiva.
O que é o portão “OU exclusivo”?
É uma porta eletrônica, cuja saída fica 'alta' ou '1' ou 'verdadeira' ou emite um 'sinal positivo' quando as duas entradas lógicas são diferentes uma em relação à outra (isto é aplicável apenas para dois Ex de 2 entradas -OU portão).
Por exemplo: Digamos que uma porta OU exclusiva com 'duas' entradas, se um dos pinos de entrada A for 'HIGH' e o pino de entrada B for 'LOW', a saída será 'HIGH' ou '1' ou 'true' ou “Sinal positivo”.
Se ambas as entradas têm o mesmo nível lógico, ou seja, ambos os pinos 'HIGH' ou ambos os pinos 'LOW', a saída fica 'LOW' ou '0' ou 'falso' ou '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).
O termo 'BAIXO', '0', 'sinal negativo', 'falso' são essencialmente os mesmos (o sinal negativo é o sinal negativo da bateria ou da fonte de alimentação).
Ilustração da porta OU Logic Exclusive:
Aqui o “A” e “B” são as duas entradas e o “Y” é a saída.
A expressão booleana para a porta lógica Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅
Se ‘A’ for ‘1’ e ‘B’ for ‘1’, a saída é (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = ‘1’ ou “LOW”
Se ‘A’ for ‘0’ e ‘B’ for ‘1’ a saída será (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = ‘1’ ou “HIGH”
Se ‘A’ é ‘1’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = ‘1’ ou “HIGH”
Se ‘A’ é ‘0’ e ‘B’ é ‘0’ a saída é (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = ‘0’ ou “Low”
As condições acima são simplificadas na tabela verdade.
Tabela da verdade (duas entradas):
| A (entrada) | B (ENTRADA) | Y (saída) |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Na porta Ex-OR lógica de duas entradas acima, se as duas entradas forem diferentes, ou seja, '1' e '0', a saída torna-se 'ALTA'. Mas com 3 ou mais lógica de entrada Ex-OR ou em geral a saída Ex-OR torna-se 'HIGH' apenas quando o número ODD da lógica 'HIGH' é aplicado à porta.
Por exemplo: Se tivermos porta Ex-OR de 3 entradas, se aplicarmos a lógica “HIGH” a apenas uma entrada (número ímpar da lógica “1”), a saída ficará “HIGH”. Se aplicarmos a lógica “HIGH” a duas entradas (este é o número par da lógica “1”), a saída torna-se “LOW” e assim por diante.
Porta OR exclusiva de 3 entradas:
Ilustração da porta EX-OR de 3 entradas:
Tabela verdade para porta EX-OR lógica de 3 entradas:
| A (ENTRADA) | B (ENTRADA) | C (ENTRADA) | Y (SAÍDA) |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Para a porta Ex-OR de 3 entradas, a equação booleana torna-se: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC
Como descrevemos antes, a porta lógica “Ex-OR” não é uma porta lógica fundamental, mas uma combinação de portas lógicas diferentes. A porta Ex-OR pode ser realizada usando a porta lógica 'OU', a porta lógica 'AND' e a porta lógica 'NAND' da seguinte forma:
Circuito equivalente para porta “OU Exclusivo”:
O projeto acima tem uma grande desvantagem, precisamos de 3 portas lógicas diferentes para fazer uma porta Ex-OR. Mas podemos superar esse problema implementando a porta Ex-OR apenas com portas lógicas NAND; isso também é econômico de fabricar.
Porta OR exclusiva usando porta NAND:
As portas OR exclusivas são usadas para realizar tarefas de computação complicadas, como operações aritméticas, somadores completos, meio-somadores, e também podem fornecer funcionalidade de realização.
Logic Exclusive OR Gate IC 7486:
Se você quiser comprar uma porta lógica Ex-OR do mercado, terá a configuração DIP acima.
Possui 14 pinos, o pino nº 7 e o pino nº 14 são GND e Vcc, respectivamente. É operado a 5V.
Atraso de propagação:
O atraso de propagação é o tempo que leva para a saída mudar de BAIXO para ALTO e vice-versa após fornecer a entrada.
O atraso de propagação de LOW para HIGH é de 23 nanossegundos.
O atraso de propagação de HIGH para LOW é de 17 nanossegundos.
ICs de porta “EX-OR” comumente disponíveis:
- 74LS86 Quad 2-input
- CD4030 Quad 2 entrada
Espero que a explicação detalhada acima possa ter ajudado a entender sobre o que são portas lógicas e como funcionam as portas lógicas, se você ainda tem alguma dúvida? Por favor, expresse na seção de comentários, você pode obter uma resposta rápida.
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