گیت NOT منطقی از اساسی‌ترین گیت‌های منطقی است و معمولا به عنوان یک بافر معکوس‌کننده یا به سادگی بصورت یک معکوس‌کننده عنوان می‌شود.
فهرست مطالب
گیت NOT
گیت‌های NOT معکوس قطعات ورودی واحد هستند که دارای سطح خروجی هستند که به طور معمول در سطح منطقی “1” قرار دارند و هنگامی که ورودی واحد آن در سطح منطق “1” باشد به “پایین” به سطح منطقی “0” می‌روند، به عبارت دیگر آن سیگنال ورودی خود را “معکوس” (مکمل) می‌کند. خروجی از یک گیت NOT فقط هنگامی که “ورودی” آن در سطح منطقی “0” باشد به “بالا” بر می‌گردد که به ما بیان بولی را ارائه می‌دهد.
سپس می‌توانیم عملیات یک گیت NOT منطقی دیجتال ورودی واحد را بصورت زیر تعریف کنیم:
“اگر A صحیح نباشد، سپس Q صحیح است.”
گیت NOT منطقی ترانزیستور
یک گیت NOT منطقی دو ورودی می‌تواند با استفاده از یک سوئیچ ترانزیستور- مقاومتی RTL که در زیر نیز نشان داده شده با ورودی که مستقیما به بیس ترانزیستور وصل شده ساخته شود. ترانزیستور باید به “روشن” برای یک خروجی “خاموش” معکوس شده در Q اشباع شود.
گیت NOT منطقی با استفاده از مدارهای دیجیتال برای تولید تابع منطقی مطلوب موجود هستند. گیت NOT استاندارد با یک نماد که شکل آن یک مثلث که به راست با یک دایره در انتهای خود اشاره دارد، ارائه شده است.
این دایره بصورت یک “حباب معکوس” شناخته می‌شود و در نمادهای NOT,NAND و NOR در خروجی خود برای نمایش عملیات منطقی تابع NOT بکار می‌رود. این حباب نشانگر وارونگی سیگنال (مکمل) سیگنال است و می‌تواند در هر دو یا خروجی و یا پایانه‌های ورودی حضور داشته باشد.
جدول درستی گیت NOT منطقی
گیت‌های NOT منطقی مکمل سیگنال ورودی خود را ارائه می‌دهند و معروف هستند زیرا وقتی سیگنال ورودی آنها “HIGH” باشد، وضعیت خروجی آنها “HIGH” نخواهد بود. به همین ترتیب، هنگامی که سیگنال ورودی آنها “LOW” است، وضعیت خروجی آنها “LOW” نخواهد بود.
از آنجا که اینها یک قطعه ورودی واحد هستند، گیت‌های NOT منطقی به طور معمول به عنوان قطعات تصمیم‌گیری یا حتی به عنوان یک گیت مانند گیت‌های AND یا OR که دو یا چند ورودی منطقی دارند، طبقه‌بندی نمی‌شوند. آی‌سی‌های گیت NOT موجود تجاری در گیت‌های مستقل 4 یا 6 تایی در یک بسته آی‌سی واحد موجود هستند.
“حباب” (o) موجود در انتهای نماد گیت NOT در بالا نشان‌دهنده وارونگی سیگنال (مکمل) سیگنال خروجی است. اما این حباب همچنین می‌تواند در ورودی گیت‌ها نیز حضور داشته باشد تا یک ورودی -LOW فعال را نشان دهد.
این وارونگی سیگنال ورودی فقط به گیت NOT محدود نمی‌شود بلکه از آن می‌توان در هر مدار دیجیتال یا گیت استفاده کرد همانطور که با عملکرد وارونگی نشان داده شده دقیقاً مشابه با همان در ترمینال ورودی یا خروجی است. ساده‌ترین راه این است که حباب را به سادگی یک معکوس‌کننده فرض کنید.
معکوس سیگنال با استفاده از حباب ورودی پایین-فعال
معادل های گیت NOR و NAND
یک معکوس‌کننده یا گیت NOT منطقی نیز می‌تواند با استفاده از گیت‌های استاندارد NAND و NOR با اتصال همه ورودی‌های خود به یک سیگنال ورودی مشترک ساخته شود.
یک معکوس‌کننده بسیار ساده همچنین می‌تواند با استفاده از فقط یک مدار سوئیچینگ ترانزیستور تک مرحله‌ای همانطور که نشان داده شده، ساخته شود. هنگامی که ورودی بیس ترانزیستور در “A” بالا باشد، ترانزیستور هدایت می‌کند و جریان‌های کلکتور جاری می‌شود و افت ولتاژ در دو سر مقاومت R تولید می‌کند و بدین ترتیب نقطه خروجی را در “Q” به زمین وصل می‌کند و در نتیجه خروجی ولتاژ صفر در “Q” حاصل می‌شود.
به همین ترتیب، وقتی ورودی بیس ترانزیستورها در “A” پایین باشد (0 ولت)، اکنون ترانزیستور به “خاموش” تغییر می‌کند و هیچ جریان کلکتوری از مقاومت شارش نمی‌یابد که منجر به یک ولتاژ خروجی بالا در “Q” در یک مقداری نزدیک به +Vcc می‌شود.
سپس، با یک ولتاژ ورودی بالا در “A”، و خروجی در “Q” پایین و ولتاژ ورودی در “A” پایین خواهد بود که ولتاژ خروجی حاصل در “Q” بالا است که یک معکوس یا متمم سیگنال ورودی را تولید می‌کند.
معکوس کننده های هگز اشمیت
یک معکوس‌کننده استاندارد یا گیت NOT منطقی معمولاً از مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور ساخته شده است که فوراً از یک حالت به حالت دیگر سوئیچ نمی‌شوند، و همیشه در عمل تغییر تاخیر وجود خواهد داشت.
همچنین به عنوان یک ترانزیستور تقویت‌کننده جریان اصلی، آن می‌تواند در یک حالت خطی کار کند و هر تغییر کوچکی در سطح ورودی آن باعث تغییر در سطح خروجی آن می‌شود یا حتی در صورت وجود نویز در مدار آن می‌تواند چندین بار به “روشن” و “خاموش” تغییر یابد. یکی از راه‌های رفع این مشکلات استفاده از معکوس‌کننده اشمیت یا معکوس‌کننده هگز است.
ما از صفحات قبلی می‌دانیم که تمام گیت‌های دیجیتال فقط از دو حالت ولتاژ منطقی استفاده می‌کنند و معمولاً به آنها منطق “1” و منطق “0” گفته می‌شود، هر ورودی ولتاژ TTL بین 2 ولت و 5 ولت به عنوان یک منطق “1” شناخته می‌شود و هر ورودی ولتاژ زیر 8/0 ولت به عنوان منطق “0” شناخته می‌شود.
یک معکوس‌کننده اشمیت برای عمل‌کردن و تغییر وضعیت وقتی که سیگنال ورودی آن به بالای “ولتاژ آستانه بالا” یا حد UTV عبور می‌کند، طراحی شده است که در این حالت خروجی تغییر می‌کند و به “پایین” می‌رود و در آن حالت باقی می‌ماند تا زمانی که سیگنال ورودی پایین‌تر از “ولتاژ آستانه پایین” یا سطح LTV شود که در این حالت سیگنال خروجی به “بالا” می‌رود. دربیان دیگر یک معکوس‌کننده اشمیت دارای بعضی اشکال هیسترزیس که در مدار سوئیچینگ آن ساخته شده، است.
این عمل سوئیچینگ بین حد آستانه بالا و پایین، یک سیگنال خروجی سوئیچینگ “روشن / خاموش” سریع‌تر و شفاف‌تر را فراهم می‌کند و معکوس‌کننده اشمیت را برای تغییر هرگونه سیگنال رو به بالا آهسته یا سیگنال ورودی پایین‌رونده آهسته ایده‌آل می‌کند و به همین ترتیب می‌توانیم از اشمیت‌تریگر برای تبدیل این سیگنال‌های آنالوگ به سیگنال‌های دیجیتال همانطور که نشان داده شده، استفاده کنیم.
معکوس کننده اشمیت
کاربرد بسیار مفیدی از معکوس‌کننده‌های اشمیت زمانی است که از آنها به عنوان نوسانگر یا مبدل موج سینوسی به مربعی برای استفاده به عنوان سیگنال‌های ساعت موج مربع استفاده می‌شود.
نوسان کننده معکوس کننده گیت NOT منطقی اشمیت
مدار اول یک نوسان‌ساز نوع RC با قدرت پایین بسیار ساده با استفاده از یک معکوس‌کننده اشمیت برای تولید یک شکل موج خروجی موج مربع را نشان می‌دهد. در ابتدا خازن C کاملاً تخلیه می‌شود بنابراین ورودی به معکوس‌کننده “پایین” است و منجر به یک خروجی معکوس می‌شود که “HIGH” است. از آنجا که خروجی از معکوس‌کننده به ورودی خود باز می‌گردد و خازن از طریق مقاومت R خازن شروع به شارژ می‌کند.
هنگامی که ولتاژ شارژ خازن‌ها به حد آستانه فوقانی معکوس‌کننده برسد، معکوس‌کننده حالت را تغییر می‌دهد، خروجی “LOW” می‌شود و خازن شروع به تخلیه از طریق مقاومت می‌کند تا اینکه به حد آستانه پایین‌تر برسد که در این حالت معکوس‌کننده دوباره وضعیت را تغییر می‌دهد. این سوئیچینگ به جلو و عقب توسط معکوس‌کننده سیگنال خروجی موج مربع را با چرخه کار 33٪ تولید می‌کند و فرکانس آن به صورت f=680/RC است.
مدار دوم یک ورودی موج سینوسی (یا هر ورودی نوسان‌کننده برای آن ماهیت را) را به یک خروجی موج مربع تبدیل می‌کند. ورودی به معکوس‌کننده به محل اتصال شبکه تقسیم‌کننده پتانسیل که برای تنظیم نقطه ساکن مدار استفاده می‌شود، متصل می‌شود. خازن ورودی هر مؤلفه DC موجود در سیگنال ورودی را مسدود می‌کند و فقط اجازه عبور سیگنال موج سینوسی را می‌دهد.
هرچه این سیگنال از نقاط آستانه بالا و پایین معکوس‌کننده عبور کند، خروجی نیز از “HIGH” به “LOW” تغییر می‌یابد و به همین ترتیب شکل موج خروجی موج مربع را تولید می‌کند. این مدار یک پالس خروجی در لبه مثبت بالا‌رونده موج ورودی ایجاد می‌کند، اما با اتصال یک معکوس‌کننده اشمیت دوم به خروجی اولین مدار اصلی، مدار اصلی می‌تواند برای تولید یک پالس خروجی در لبه پایین‌رونده منفی سیگنال ورودی اصلاح شود.
گیت NOT منطقی موجود رایج و آی‌سی‌های معکوس‌کننده شامل:
گیت NOT منطقی TTL
گیت NOT معکوس‌کننده هگز 74LS04
گیت NOT معکوس‌کننده اشمیت هگز 74LS14
راه‌اندازهای معکوس‌کننده هگز 74LS1004
گیت NOT منطقی CMOS
گیت NOT معکوس‌کننده هگز CD4009
گیت NOT معکوس‌کننده هگز CD4069
معکوس‌کننده یا گیت NOT 7404
در آموزش بعدی درباره گیت‌های منطقی دیجیتال، بر عملکرد گیت NAND منطقی دیجیتال را که در مدارهای منطقی TTL و CMOS و همچنین جداول درستی و جبر بولی استفاده می‌شود، خواهیم پرداخت.
