Logikgatter sind eines der wichtigsten Themen in der Elektronik, insbesondere der digitalen Elektronik. Das Konzept der Logikgatter basiert auf dem Konzept der Booleschen Funktionen. Logikgatter nehmen einen oder mehrere Binärwerte als Eingabe und geben einen Binärwert als Ausgabe zurück, nachdem sie die logische Berechnung durchgeführt haben. In der digitalen Elektronik stehen verschiedene Arten von GATEs zur Verfügung. Einige davon werden als Basis-Gates und andere als Universal-Gates bezeichnet.

A NAND-Gatter fällt in die Kategorie der universellen Gatter, da das NAND-Gatter jede boolesche Funktion ohne die Hilfe grundlegender Gatter implementieren und auch die Ergebnisse logischer Eingaben ohne die Hilfe eines anderen Logikgatters berechnen kann.

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Inhaltsverzeichnis

• Was ist ein Logikgatter?
• 
  Symbol des UND-Gatters
• Wahrheitstabelle des UND-Gatters
• NAND-Gatter in Bezug auf Transistoren
• Anwendungen von NAND-Gattern
• Vorteile des NAND-Gatters
• Nachteile des NAND-Gatters

Was ist ein NAND-Gate?

Logikgatter sind kleine digitale Schaltkreise, die die Ausgabe von zwei oder mehr eingegebenen booleschen Funktionen im Binärformat bestimmen. Logisch 1 bedeutet von Natur aus Wahr oder Hoch, während Logisch 0 von Natur aus Falsch oder Niedrig bedeutet. Basierend auf unterschiedlichen logischen Operationen unterscheidet sich die Ausgabe. Ein Logikgatter kann viele Eingänge haben, es gibt jedoch nur einen Ausgang. Jedes Logikgatter verfügt über eine eigene Wahrheitstabelle, die alle Kombinationen von Ein- und Ausgängen darstellt.

Das NAND-Gatter, auch als Nicht-UND-Gatter bekannt, bewirkt das genaue Gegenteil oder Komplement des UND-Gatters.

Betrieb des UND-Gatters

Das NAND-Gate verwendet boolesche Werte als Eingabe und gibt Folgendes zurück:

• Gibt 1 zurück, wenn alle Eingaben 0 oder alternativ sind (d. h. eine ist 0 und die andere ist 1 oder umgekehrt).
• Gibt 0 zurück, wenn alle Eingaben 1 sind

Der Boolescher Ausdruck des NAND-Gatters ist wie folgt –

Angenommen, wir haben zwei Eingaben, A und B, und die Ausgabe heißt X, dann lautet der Ausdruck –

X = (A . B)‘

string.compare c#

Arten von NAND-Gattern

Basierend auf der Anzahl der Eingänge gibt es zwei Arten von NAND-Gattern

• NAND-Gatter mit 2 Eingängen
• NAND-Gatter mit 3 Eingängen

NAND-Gatter mit 2 Eingängen

Es ist die einfachste Form eines NAND-Gatters, das zwei Eingänge entgegennimmt und den Ausgang zurückgibt. Da sind 2²= 4 Kombinationen von Ein- und Ausgang.

NAND-Gatter mit drei Eingängen

Wie der Name schon sagt, verfügt es über drei Eingänge und nur einen Ausgang. Da sind 2³= 8 Kombinationen von Ein- und Ausgang.

Symbol des UND-Gatters

Unten ist das Symbol des NAND-Gatters angegeben, A und B repräsentieren die beiden Eingänge. Das NAND-Gatter führt die logische NAND-Verknüpfung an den Eingängen durch. Die Ausgabe wird durch die Linie dargestellt, die sich vom unteren Rand des NAND-Gatter-Symbols erstreckt.

Der Wahrheitstabelle des NAND-Gatters mit zwei Eingängen ist wie folgt:

NAND-Gate

Wahrheitstabelle des UND-Gatters

In der gegebenen Wahrheitstabelle wird 1 zurückgegeben, wenn alle Eingaben 0 oder alternativ sind (was bedeutet, dass eine 0 und die andere 1 ist oder umgekehrt). Andernfalls wird 0 zurückgegeben, wenn alle Eingaben 1 sind.

NAND-Gate mit 3 Eingängen

NAND-Gatter in Bezug auf Transistoren

Das NAND-Gatter ist einer der Hauptbausteine ​​digitaler Logikschaltungen. Seine Funktionsweise lässt sich auch mit dem Konzept der Transistoren erklären. Transistoren sind eine Art von Halbleiter Geräte, die hauptsächlich zum Verstärken oder Schalten elektronischer Signale dienen.

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NAND-Gatter in Bezug auf Transistor

Funktionsweise der Schaltung

Hier im obigen Diagramm gibt es zwei Transistoren mit den Namen Q1 und Q2, die in Reihe geschaltet sind. Der Kollektoranschluss von Q1 ist mit Vcc und auch mit dem Ausgangsanschluss verbunden. Der Emitter von Q1 ist mit dem Kollektor von Q2 verbunden, wodurch die Verbindung in Reihe erfolgt. Der Emitter von Q2 ist mit Masse verbunden, wodurch der gesamte Stromkreis geschlossen ist.

Nehmen wir einen Fall, in dem die Eingänge A und B 0 sind. In diesem Fall fungiert der Transistor wie ein Schalter und beendet die Verbindung zwischen Kollektor und Emitter. Wenn die 5-V-Versorgung eingeschaltet ist, erreicht sie direkt den Kollektoranschluss des ersten Transistors. Der Kollektoranschluss ist mit dem Ausgang verbunden, sodass die 5-V-Versorgung direkt zum Ausgang geht. Daher ist der Ausgang HIGH.

Anwendungen von NAND-Gattern

• Universelles Tor: Das NAND-Gatter wird Universal Gate genannt, da mit ihm alle grundlegenden Logikgatter gebildet werden können.
• Wird zum Speichern von Daten verwendet: NAND-Gatter werden zum Erstellen von Elementen wie Flip-Flops und Latches verwendet, die eine Schlüsselkomponente zum Speichern von Daten darstellen.
• Arithmetische Logik: NAND-Gatter werden häufig in den Arithmetik- und Logikeinheiten (ALUs) eines Computergeräts verwendet, um Operationen wie Addition, Subtraktion usw. durchzuführen.
• Wird im Decoder und Encoder verwendet: NAND-Gatter werden auch in Decoder- und Encoder-Schaltkreisen verwendet, um einen Binärcode in einen Satz digitaler Signale umzuwandeln und umgekehrt.
• Wird in Multiplexern und Demultiplexern verwendet: NAND-Gatter werden in Multiplexern verwendet, um zu entscheiden, welchen Weg ein Signal nehmen soll, um einen einzelnen Ausgang zu erreichen. Der Demultiplexer macht genau das Gegenteil davon.
• Taktgeneratoren: NAND-Gatter werden in Taktgeneratoren verwendet, um Taktsignale zu erzeugen, die verschiedene Vorgänge in digitalen Schaltkreisen synchronisieren.
• Logische Operationen: NAND-Gatter werden auch zur Implementierung verschiedener logischer Operationen verwendet.

Vorteile des NAND-Gatters

• Es ist ein universelles Tor: Das NAND-Gatter ist ein universelles Gatter und kann daher zum Aufbau jedes grundlegenden Logikgatters verwendet werden, ohne dass ein anderes Gatter verwendet werden muss. Außerdem können damit komplexe logische Probleme gelöst werden.
• Logische Ausdrücke vereinfachen: Indem wir nur das NAND-Gatter verwenden, können wir alle komplexen logischen Schaltkreise vereinfachen und auf einfachere Weise darstellen.
• Geringer Komponentenbedarf: Das NAND-Gatter kann jedes andere Logikgatter darstellen. Wir können NAND-Gatter zur Lösung komplexer logischer Ausdrücke verwenden. Daher ist eine kleine Anzahl von NAND-Gattern erforderlich.
• Weniger Stromverbrauch: Die Implementierung logischer Funktionen mithilfe eines NAND-Gatters verbraucht viel weniger Strom als andere Gatter.

Nachteile des NAND-Gatters

• Mangelnde Flexibilität: Obwohl es sich bei NAND um ein Universal-Gate handelt, führt die Implementierung aller Logikschaltungen mithilfe eines NAND-Gatters möglicherweise nicht immer zum bestmöglichen Ergebnis.
• Geschwindigkeit: In einigen Fällen kann die Verwendung des NAND-Gatters zu einer Ausbreitungsverzögerung führen. Für die Auflösung dieser logischen Ausdrücke sind möglicherweise einige dedizierte Gatter erforderlich.

Gelöstes Beispiel eines NAND-Gatters

Implementieren Sie die gegebene Schaltung mit einem NAND-Gatter.

Wir haben 4 Eingänge mit den Namen A, B, C und D. Hier werden wir die Funktionalität eines NAND-Gatters ausführen, indem wir 2 UND-Gatter und 1 ODER-Gatter verwenden.

Und im resultierenden Abschnitt werden wir 2 NAND-Gatter und 1 ODER-Gatter verwenden, um den Unterschied zwischen der Funktionalität von UND-Gattern und NAND-Gattern zu erkennen.

Schaltplan

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Lösung:

Konvertieren des UND- und ODER-Gatters in ein NAND-Gatter und Beibehaltung des booleschen Ausdrucks.

Implementieren Sie die gegebene Schaltung mit einem NAND-Gatter

Als Ergebnis erhalten wir die Ausgabe: A’B’ + C’D’

NAND-Gate – FAQs

Warum heißt das NAND-Gate Universal Gate?

Das NAND-Gatter wird als Universal-Gatter bezeichnet, da es zur Bildung anderer grundlegender Logikgatter wie UND ODER NICHT verwendet werden kann, ohne die Hilfe eines anderen Gatters in Anspruch nehmen zu müssen.

Wie unterscheidet sich ein NAND-Gatter von einem UND-Gatter?

Wenn wir den Ausgang des UND-Gatters umkehren, erhalten wir das NAND-Gatter. Bedeutet, dass das Ergebnis des UND-Gatters im Falle eines NAND-Gatters gerade umgekehrt wird. Es ist eine Kurzform des NICHT-UND-Gatters.

Wie wird die logische NICHT-Operation im NAND-Gatter erreicht?

Die logische NICHT-Operation wird am Ausgang des UND-Gatters ausgeführt. Das NAND-Gatter ist eine Kombination aus UND- und NICHT-Gatter, wobei zwei oder mehr Eingänge in das UND-Get eingehen und einen einzelnen Ausgang ergeben, der dann in das NICHT-Gatter eingespeist wird, das das Komplement des Ausgangs ergibt.