AND Gate (AND கேட்) -செயல்பாடும் பயன்பாடும்

AND Gate (AND கேட்)

அறிமுகம்

முடிவெடுக்கும் தர்க்க (Decision-Making Logic) சுற்றுகளில் நாம் முதலில் ஆழமாகப் படிக்கப் போகும் முக்கியமான லாஜிக் கேட் AND Gate ஆகும். இந்த பதிவில் AND Gate-இன் அனைத்து அம்சங்களையும் விரிவாகப் பார்ப்போம்.
AND Gate-இன் அடிப்படை அமைப்பு முதல் அதன் செயல்பாட்டு கொள்கை வரை அனைத்தையும் எளிய மின்சுற்றுகளின் உதவியுடன் விளக்குவதன் மூலம் கருத்தை மிகவும் தெளிவாகப் புரிந்துகொள்ள முயல்கிறோம்.

சுவிட்சுகளின் லாஜிக் செயல்பாடு

AND கேட் செயல்பாட்டை எளிய முறையில் நாம் தினமும் பயன்படுத்தும் ஒரு எளிய செயல் மூலம் தெரிந்துகொள்வோம்.

ஓர் அறையில்  உள்ள எலக்ட்ரிக் விளக்கை எரிய விட வேண்டுமென்றால் இரண்டு நிபந்தனைகள் பூர்த்தியாகி இருக்க வேண்டும். ஒன்று முதலில் கரண்ட் (மின்சாரம்)  இருக்கவேண்டும். இரண்டாவது அந்த விளக்குக்கான சரியான சுவிட்ச் ஆண் செய்யப்படவேண்டும். இந்த இரண்டு கண்டிஷன்களும் பூர்த்தியானால் மட்டுமே அறையில் விளக்கு எரியும். அதைப் போலவே AND கேட்டும் இயங்க அதற்கு இரண்டு இன்புட்டுகளும் ஆன் ஆனா தன்மையில் இருக்கவேண்டும். இது மிகவும் எளிய எல்லோராலும் சுலபமாகத் தெரிந்துகொள்ள உதவும் உதாரணம் ஆகும்.

AND Gate-இன் லாஜிக் செயல்பாட்டை சரியாகப் புரிந்துகொள்ள, அதற்கு ஒத்த (Analogy) ஒரு எளிய மின்சுற்றைப் பயன்படுத்துவது மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

முதலில், ஒரு விளக்கு (Lamp), ஒரு பேட்டரி (Battery) மற்றும் இரண்டு இயந்திர சுவிட்சுகள் (Mechanical Switches) கொண்ட ஒரு எளிய மின்சுற்றைக் கவனிப்போம்.
சுற்று வரைபடத்தைப் பார்த்தால், S1 மற்றும் S2 என்ற இரண்டு சுவிட்சுகளும் விளக்கு மற்றும் பேட்டரியுடன் தொடராக (Series) இணைக்கப்பட்டுள்ளன என்பது தெளிவாகிறது.

நிலை 1
S1 மற்றும் S2 ஆகிய இரண்டு சுவிட்சுகளும் OFF நிலையில் இருக்கும்போது, விளக்கு அணைந்த நிலையில் இருக்கும்.
ஏனெனில், சுவிட்சுகள் தொடராக இணைக்கப்பட்டிருப்பதால், மின்னோட்டப் பாதை (Current Path) S1 மற்றும் S2 இடங்களில் துண்டிக்கப்பட்டிருக்கும்.
S1 மற்றும் S2 OFF = விளக்கு அணைந்திருக்கும்

நிலை 2

இப்போது S1 சுவிட்ச் மட்டும் ON நிலையில் (Closed) இருக்கிறது என்றும், அதே நேரத்தில் S2 OFF நிலையில் (Open) இருக்கிறது என்றும் வைத்துக்கொள்வோம்.
இந்த நிலையிலும் விளக்கு அணைந்தே இருக்கும்.
ஏனெனில், மின்னோட்டம் S1 வழியாகச் சென்றாலும், S2 திறந்த நிலையில் இருப்பதால் மின்னோட்டம் தடுக்கப்படுகிறது.
S1 ON மற்றும் S2 OFF = விளக்கு அணைந்திருக்கும்

நிலை 3

இப்போது S1 OFF நிலையில் (Open) இருக்கிறது என்றும், S2 ON நிலையில் (Closed) இருக்கிறது என்றும் வைத்துக்கொள்வோம்.
இந்த நிலையிலும் விளக்கு அணைந்தே இருக்கும்.
ஏனெனில், S1 திறந்த நிலையில் இருப்பதால் மின்சுற்று முழுமையடையாது.
S1 OFF மற்றும் S2 ON = விளக்கு அணைந்திருக்கும்

நிலை 4

இப்போது இரண்டு சுவிட்சுகளும் ON நிலையில் (Closed) இருக்கின்றன என்று வைத்துக்கொள்வோம். இந்த நிலையில் மின்சுற்று முழுமையடைகிறது. இதனால் விளக்கு எரிகிறது.
S1 மற்றும் S2 இரண்டும் ON = விளக்கு எரியும்

செயல்பாட்டு உண்மை அட்டவணை (Functional Truth Table)
மேலே பார்த்த அனைத்து சுவிட்ச் நிலைகளையும் அட்டவணையாக அமைத்தால், AND செயல்பாட்டை மிகவும் எளிதாகப் புரிந்துகொள்ள முடியும்.
இந்த அட்டவணை Functional Truth Table என அழைக்கப்படுகிறது.

Switch S1                Switch S2                     Lamp
Open                           Open                    Extinguished
Closed                         Open                   Extinguished
Open                           Closed                 Extinguished
Closed                         Closed                 Lighted

பைனரி எண்களுடன் தொடர்புபடுத்துதல்

சுவிட்சுகளுக்கும் விளக்கிற்கும் இரண்டு நிலைகள் மட்டுமே உள்ளன.
சுவிட்ச் திறந்த (Open) நிலை அல்லது மூடிய (Closed) நிலை
விளக்கு அணைந்த (Extinguished) நிலை அல்லது எரியும் (Lighted) நிலை
இவை பைனரி எண் அமைப்பிற்கு மிகவும் பொருத்தமானவை.
எனவே, கீழ்கண்டபடி 0 மற்றும் 1 மதிப்புகளை ஒதுக்கலாம்:
Switch Open = 0
Switch Closed = 1
Lamp Extinguished = 0
Lamp Lighted = 1

பைனரி உண்மை அட்டவணை (Binary Truth Table)

A                    B                    OUT
0                    0                       0
0                     1                       0
1                     0                       0
1                     1                        1

இந்த உண்மை அட்டவணை (Truth Table) இரண்டு நிபந்தனைகளும் AND உறவால் இணைக்கப்பட்டிருப்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது.
அதாவது,
Switch S1 AND Switch S2 Closed → Lamp Lighted
இதுவே AND Gate-இன் அடிப்படை செயல்பாடு ஆகும்.

AND Gate

AND Gate-இன் குறியீடு (Symbol)
A மற்றும் B என்பது உள்ளீடுகள் (Inputs) ஆகும்.
Y என்பது வெளியீடு (Output) ஆகும்.
AND Gate என்பது இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட உள்ளீடுகளையும் ஒரு வெளியீட்டையும் கொண்ட லாஜிக் சுற்று ஆகும்.

AND Gate-இன் செயல்பாடு

AND Gate-இன் வெளியீடு (Output) அனைத்து உள்ளீடுகளும் Binary 1 ஆக இருக்கும்போது மட்டுமே Binary 1 ஆகும்.
அதாவது,
ஒரு உள்ளீடாவது 0 ஆக இருந்தால் வெளியீடும் 0 ஆக இருக்கும்.

இயந்திர ஒப்புமை (Mechanical Analogy)

கீழே காட்டப்பட்டுள்ள சுவிட்ச் மின்சுற்றின் மூலம் AND Gate-இன் செயல்பாட்டை விளக்கலாம்.
கீழ்கண்ட ஒதுக்கீடுகளை எடுத்துக்கொள்வோம்:
Open Switch = Binary 0
Closed Switch = Binary 1
Output Voltage இல்லை = Binary 0
Output Voltage உள்ளது = Binary 1
இவ்வாறு அனைத்து உள்ளீட்டு சேர்க்கைகளுக்கும் (Input Combinations) ஏற்ப கிடைக்கும் வெளியீடுகளை ஒரு அட்டவணையில் காட்டலாம்.
இந்த அட்டவணை Truth Table என அழைக்கப்படுகிறது.
சுற்று வரைபடங்களில் AND Gate கீழ்க்கண்ட குறியீட்டால் (Symbol) குறிக்கப்படுகிறது.

கணித வடிவில்:
Y = A . B
(அதாவது, Y என்பது A AND B ஆகும்)

AND Gate உண்மை அட்டவணை (Switch Analogy)

Input A                  Input B                       Output Y
Open                           Open                           0 Volt
Closed                        Open                            0 Volt
Open                          Closed                          0 Volt
Closed                        Closed                          E Volts

நடைமுறை டிஜிட்டல் AND Gate
உண்மையான டிஜிட்டல் லாஜிக் சுற்றுகளில் பொதுவாக 5V மின்வழங்கல் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
அங்கு:
Logic 0 = 0 Volt
Logic 1 = 5 Volts

AND Gate Truth Table (5V Logic)

Input Voltage A            Input Voltage B                        Output Y
0 V                                            0 V                                        0 V
5 V                                            0 V                                         0 V
0 V                                            5 V                                         0 V
5 V                                            5 V                                          5 V

IC 7408

AND கேட்டின் தத்துவப்படி இயங்கும் ஐ. ஸி. IC7408 ஆகும்.  இந்த 2 -இன்புட் AND கேட் IC ல் 4 AND கேட்டுகள் உள்ளன.  இந்த ஐ.ஸி. டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் லாப் பரிசோதனைகளில் டெஸ்டிங் செய்வதற்காக பயன்படுத்தபடுகிறது. நாமும் இந்த ஐ.ஸி. வைத்துகொண்டு நம் பிராக்டிகல் பகுதியில் பரிசோதனைகளை செய்ய உள்ளோம். பரிசோதனைகள் பற்றி விவரங்கள் தனியாக ஒரு போஸ்டில் விரிவாக அலசி ஆராயப்படும்.

பயன்பாடுகள்

AND கேட்டுகள் பயன்படுத்தப்படும் இடங்களைப் பற்றி தெரிந்துகொள்வோம்.

1. செக்கியூரிட்டி அமைப்புகள்: உதாரணமாக பாங்கில் உள்ள லாக்கர்கள் ஓபன் செய்ய இரண்டு சாவிகள் தேவைப்படும். ஒரு சாவி பாங்க் மேனேஜர் போட்டு இயக்குவது. இரண்டாவது நம் சாவி போட்டு லாக்கரைத் திறப்பது. ஆக இரண்டு இன்புட்டுகள் ஆன் ஆகி இருந்தால் மட்டுமே  கதவு திறக்கும்.
2. தொழிற்சாலையில் ஆபத்தான ஒரு இயந்திரத்தை இயக்க: முதலில் இயந்திரம் இயங்க பவர் ஆன்  செய்திருக்கவேண்டும். இரண்டாவதாக அந்த இயந்திரத்தின் கட்டுபாட்டு சேஃப்டி  சுவிட்ச் (பாதுகாப்பு சுவிட்ச்) ஆன் செய்யப்படவேண்டும். இரண்டு சுவிட்சுகளும் ஆன் ஆகி இருந்தால்தான் இயந்திரம் இயங்க ஆரம்பிக்கும்.

AND கேட்டின் முக்கிய அம்சம்

• முதன்மையான ஒரு அடிப்படை லாஜிக் கேட்
• எல்லா இன்புட்களும் 1 என்றால் மட்டுமே அவுட்புட் 1 ஆக இருக்கும்
• இன்புட் ஏதாவது ஒன்றில் 0 ஆக இருந்தால் அவுட்புட் 0 தான்
• இரண்டு இன்புட்டும் 0 என்றாலும் அவுட்புட் 0 தான்
• முடிவெடுக்கும் செயலில் அதாவது டிசிசன் மேகிங் சர்க்யூட்டில் பயன்படுத்தபடுகிறது

எனவே டிஜிட்டல், அரித்மெடிக், செக்யூரிட்டி, கண்ட்ரோல் மற்றும் ஆட்டோமேஷன் டிஜிட்டல் சர்க்யூட்டிகளில் அதிகம் பயன்படுத்தபடுகிறது

முடிவுரை

AND Gate பற்றி விரிவாக விவாதித்த பிறகு, இந்த லாஜிக் கேட் உண்மை அட்டவணை (Truth Table) சரியானதா என்பதை ஒரு எளிய பரிசோதனை அமைப்பின் (Experimental Setup) மூலம் நடைமுறையில் நிரூபிக்கப் போகிறோம்.
அதற்கான செய்முறை (Practical) விளக்கம் Practical பிரிவில் வழங்கப்படும்.
அங்கு சில எளிய பரிசோதனைகளை செய்து, Truth Table-இல் கூறப்பட்டுள்ள உண்மைகளை நேரடியாகக் காணலாம்.
எதிர்காலத்தில் டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் சுற்றுகளை உருவாக்குவதற்கு உதவும் நடைமுறை அறிவைப் பெற, அடுத்த செய்முறை பதிவுகளையும் தொடர்ந்து ஆர்வத்துடன் பின்தொடருங்கள்.