Le porte logiche sono piccoli circuiti di commutazione digitale che determinano l'uscita di due o più funzioni immesse in formato binario. Il '1' logico significa di natura 'Vero' o 'Alto', mentre lo '0' logico significa di natura 'Falso' o 'Basso'. In base alle diverse operazioni logiche, l'output differisce. Possono esserci molti ingressi in una porta logica ma ci sarà solo un'uscita. Ogni porta logica ha la propria tavola di verità che rappresenta tutte le combinazioni di input e output.

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Tabella dei contenuti

• E Cancello
• Operazione
• Tipi
• Simbolo
• Tavola della verità
• Porta AND in termini di transistor
• Applicazioni
• Vantaggi
• Svantaggi
• Esempio risolto

Cos'è una porta AND?

AND gate è il fondamentale porta logica che esegue la moltiplicazione logica dell'input binario. L'operazione AND viene eseguita allo stesso modo delle moltiplicazioni standard di 1 e 0. Una porta AND è un circuito logico che esegue operazioni AND sull'ingresso del circuito. Quando tutti gli ingressi sono 1, il gate AND emette 1, altrimenti emette 0. Un punto (.) indica l'operazione AND.

Funzionamento del cancello AND

AND Gate accetta valori come input e restituisce –

Restituisce 1, se tutti gli input sono 1.

Restituisce 0, se tutti gli input non sono 1.

L'espressione di AND Gate è la seguente:

Supponiamo di avere due input, A e B e che l'output si chiami X, quindi l'espressione è:

X = (A.B)

Tipi di porte AND

Esistono due tipi di porte AND, in base al numero di ingressi

Cancello AND a 2 ingressi

Sono necessari 2 input e la tabella della verità ne avrà 2²= 4 combinazioni possibili. La tabella di verità della porta AND a 2 ingressi è la seguente:

X= UN ⋅ B

Cancello AND a 3 ingressi

Ha tre ingressi e una sola uscita. Ce ne sono 2³= 8 combinazioni di ingresso e uscita.

mappa vs set

X= UN ⋅ B ⋅ C

Simbolo di porta AND

Di seguito è riportato il simbolo della porta AND, A e B rappresentano i due ingressi. La porta AND esegue l'operazione logica AND sugli ingressi. L'uscita è rappresentata dalla linea che si estende dalla parte inferiore del simbolo della porta AND.

AND Gate con tabella della verità

Tabella della verità della porta AND

Nella tabella della verità data Quando entrambi gli ingressi A e B sono 0, l'uscita è 0. Se uno degli ingressi A o B è 0 mentre l'altro è 1, l'uscita è 0. Solo quando entrambi gli ingressi A e B sono 1, l'uscita è 1. Questo comportamento riflette l'operazione logica della porta AND, dove l'output è vero (1) solo quando tutti gli input sono veri (1).

3 ingressi AND cancello

Porta AND in termini di transistor

La porta AND è uno degli elementi costitutivi principali dei circuiti logici digitali. Il suo funzionamento può essere spiegato anche attraverso il concetto di transistor

Rappresentazione della porta AND in termini di transistor

Nel diagramma sopra, transistor fungerà da interruttore. Quando applichiamo la tensione attraverso un terminale del collettore, la tensione raggiunge il terminale dell'emettitore quando la tensione del terminale di base è compresa tra 0 e la tensione del collettore.

Unità logica aritmetica

Facciamo un esempio quando entrambi gli ingressi sono 0. Quando la tensione viene fornita attraverso il terminale del collettore del transistor Q1, il terminale dell'emettitore non riceve alcun valore di ingresso perché il valore del terminale di base è 0. Allo stesso modo, l'emettitore di Q1 è collegato al collettore di transistor Q2, non fornisce corrente o tensione. Quindi l'uscita dell'emettitore del transistor 2 è 0 e di conseguenza anche l'uscita finale (Q) è 0.

Applicazioni di AND Gate

• Viene utilizzato per progettare circuiti complessi come sommatori , moltiplicatori, ecc.
• Viene utilizzato nel controllo del sistema semaforico. Ad esempio: la luce verde dovrebbe essere attivata quando tutte le strade sono libere.
• Può essere utilizzato nel sistema di sicurezza, dove il cancello AND può essere utilizzato per attivare un allarme quando ce ne sono molti sensore sono gestiti.
• Può essere utilizzato nella tecnica di rilevamento e correzione degli errori.

Vantaggi di AND Gate

• Esegue l'operazione di congiunzione logica. Significa che produce un output '1' quando tutti i suoi input sono '1'.
• Consuma poca energia rispetto a qualsiasi altra porta logica complessa.
• È molto facile da implementare utilizzando CMOS , TTL e molti altri.

Svantaggi del cancello AND

• Il gate AND ha un intervallo di uscita limitato. Ciò significa che darà un output elevato quando tutti gli input sono alti, altrimenti darà un output basso.
• Introduce il ritardo di propagazione che potrebbe portare a problemi di sincronizzazione.

Esempio risolto

Una persona vuole costruire il sistema di sicurezza domestica. La logica è che quando la porta è aperta e il movimento viene rilevato dal sensore di movimento, l'allarme dovrebbe iniziare a emettere un segnale acustico. Quale logica dovrebbe costruire e quale porta logica può usare?

Soluzione: Costruiamo la tabella della verità:

Supponiamo che lo stato della porta sia '1' quando aperta e '0' quando chiusa.

Inoltre, lo stato del sensore di movimento è '1' quando viene rilevato un movimento altrimenti '0'.

Secondo la domanda, si presuppone che l'allarme debba essere attivato quando la porta è aperta e viene rilevato un movimento. Quindi questo può essere implementato utilizzando la porta AND come mostrato nella tabella sopra.

Shloka Mehta

Poiché quando la porta è aperta e non viene rilevato alcun movimento, l'allarme non dovrebbe essere attivato e di conseguenza il resto dei casi.

Conclusione

In questo articolo abbiamo esaminato la porta AND, abbiamo visto le sue operazioni con i suoi tipi, abbiamo anche esaminato i suoi simboli e le tabelle di verità, inoltre abbiamo esaminato i suoi vantaggi e svantaggi, applicazioni con esempi risolti.

Porta AND – Domande frequenti

È possibile utilizzare una porta AND per eseguire altre operazioni logiche come OR o NOT?

No, la porta AND da sola non può eseguire le operazioni della porta OR o NOT. Può essere utilizzato in combinazione con altri cancelli per eseguire l'operazione.

Una porta AND può avere livelli di tensione diversi per i suoi ingressi?

No, il gate AND non può avere un livello di tensione diverso. Dovrebbe avere un'adeguata tensione alta o bassa. Se non è presente, il cancello AND non funzionerà correttamente.

È possibile utilizzare una porta AND per simulare la moltiplicazione nell'aritmetica binaria?

Sì, è possibile eseguire la moltiplicazione binaria con l'aiuto della porta AND. La logica può essere creata utilizzando il concetto di moltiplicazione effettiva.