ஒரே ஒரு Logic Gate-ஐ பயன்படுத்தி AND, OR, NOT, XOR, XNOR போன்ற பல Logic Gate-களையும் உருவாக்க முடியும் என்பது உங்களுக்குத் தெரியுமா? அதனால்தான் NAND Gate-ஐ Digital Electronics உலகின் “Universal Gate” என்று அழைக்கிறார்கள். இந்த கட்டுரையில் NAND Gate எப்படி செயல்படுகிறது, அதன் Truth Table என்ன, IC 7400 எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதனை படிப்படியாக எளிய தமிழில் அறிந்துகொள்வோம்.
Digital Electronics கற்கும் ஒவ்வொருவரும் முதலில் நன்றாகப் புரிந்துகொள்ள வேண்டிய Logic Gate-களில் மிக முக்கியமானது NAND Gate. மாணவர்கள், Beginners மற்றும் Electronics ஆர்வலர்கள் எளிதில் புரிந்துகொள்ளும் வகையில் அனைத்து முக்கிய தகவல்களும் இங்கே தொகுக்கப்பட்டுள்ளன.
அறிமுகம்
டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் (Digital Electronics) பற்றிய முந்தைய பாடங்களில், பைனரி எண் முறையின் (Binary Number System) மூன்று அடிப்படை லாஜிக் செயல்பாடுகளான AND, OR, மற்றும் NOT செயல்பாடுகளை விரிவாகப் பார்த்தோம். இந்த பதிவில், NAND Gate பற்றிய செயல்பாடு, அமைப்பு, உண்மை அட்டவணை (Truth Table), அதன் பயன்பாடுகள் மற்றும் IC 7400 பற்றிய விவரங்களை ஆழமாகக் கற்றுக்கொள்ளப் போகிறோம்.
இயற்கையில் காணப்படும் ஒப்புமைகள் (Analogies) மற்றும் மின்னணு சுற்றுகள் (Electronic Circuits) மூலம் இந்த லாஜிக் செயல்பாடுகளை எவ்வாறு புரிந்துகொள்ளலாம் என்பதையும் முன்பு அறிந்தோம். இந்தப் பதிவு, இதுவரை கற்றுக்கொண்ட லாஜிக் கேட்கள் (Logic Gates), அவற்றின் Truth Table மற்றும் செயல்பாடுகளை மீண்டும் நினைவூட்டுவதோடு, டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் கற்றலை மேலும் வலுப்படுத்தும்.
நாம் முன்பு பார்த்தது போல, Truth Table என்பது ஒவ்வொரு இன்புட் (Input) சேர்க்கைக்கும் ஏற்ப அவுட்புட் (Output) எவ்வாறு மாறுகிறது என்பதைத் துல்லியமாகக் காட்டுகிறது. Universal Gate-களில் மிகவும் முக்கியமான இடத்தைப் பெறுவது NAND Gate ஆகும். காரணம், டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸில் பயன்படும் பல லாஜிக் கேட்களையும் NAND Gate மட்டும் பயன்படுத்தி உருவாக்க முடியும்.
எனவே, டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் கற்கும் மாணவர்கள், தொடக்கநிலை பயிலர்கள் (Beginners), ஹாபியிஸ்ட்டுகள் (Hobbyists) அனைவரும் NAND Gate பற்றிய அறிவை நன்கு புரிந்துகொள்வது மிகவும் அவசியம்.
ஏன் NAND Gate-ஐ Universal Gate என்று அழைக்கிறார்கள்?
NAND Gate-ஐ மட்டும் பயன்படுத்தி கீழ்க்கண்ட அடிப்படை லாஜிக் கேட்களை உருவாக்க முடியும்.
NOT Gate, NOR Gate, XOR Gate, XNOR Gate ஆகியவைகள். அதாவது, பல்வேறு லாஜிக் கேட்களின் செயல்பாடுகளையும் NAND Gate ஒன்றின் உதவியால் அமைக்க முடிவதால், இதனை Universal Gate (யுனிவர்சல் கேட்) என்று அழைக்கப்படுகிறது.
NAND Gate என்றால் என்ன?
NAND என்பது NOT மற்றும் AND ஆகிய இரண்டு லாஜிக் கேட்களின் இணைப்பாகும்.
“NAND” என்ற பெயர் NOT-AND என்ற சொல்லின் சுருக்கமாக உருவானது.
அதாவது, NAND = NOT + AND
ஒரு NAND Gate என்பது, முதலில் ஒரு AND Gate அதன் அவுட்புட்டை (Output) தொடர்ந்து ஒரு NOT Gate (Inverter) இணைக்கப்பட்ட அமைப்பாகும்.
NOT Gate-ஐ Inverter என்றும் அழைப்பதை நீங்கள் ஏற்கனவே அறிந்திருக்கிறீர்கள்.
AND Gate மற்றும் NOT Gate ஆகிய இரண்டும் தொடர்ச்சியாக இணைக்கப்பட்டால், கிடைக்கும் இறுதி லாஜிக் செயல்பாடே NAND Gate ஆகும்.
இதனை புரிந்துகொள்ள, முதலில் AND Gate-இன் செயல்பாட்டையும், பின்னர் NOT Gate-இன் செயல்பாட்டையும் நினைவில் கொள்ள வேண்டும். AND Gate-இல் உள்ள A மற்றும் B என்ற இரண்டு இன்புட்டின் அவுட்புட் பின்னர் Inverter-க்கு வழங்கப்படுகிறது. Inverter அந்த அவுட்புட்டை தலைகீழாக (Inverse) மாற்றுகிறது. இதன் விளைவாக கிடைப்பதே NAND Gate Output ஆகும்.
இந்த செயல்முறையை படத்தில் படிப்படியாக தெளிவாகக் காணலாம். கவனமாகப் பார்த்து தெரிந்துகொள்ளவும்.
NAND Gate-இன் அடிப்படை விதி
ஒரு NAND Gate-இன் அனைத்து இன்புட்டுகளும் (Inputs) Binary 1 (HIGH) ஆக இருக்கும் போது மட்டுமே அதன் அவுட்புட் Binary 0 (LOW) ஆகும். NAND Gate செயல்பாடு இரண்டு கட்டங்களாக நடைபெறுகிறது.
முதல் கட்டம்: AND Gate செயல்பாடு நடைபெறும்.
இரண்டாம் கட்டம்: அந்த அவுட்புட் NOT Gate மூலம் தலைகீழாக மாற்றப்படும்.
இதன் அடிப்படை விதி:
அனைத்து இன்புட்டுகளும் HIGH (1) ஆக இருந்தால் மட்டுமே அவுட்புட் LOW (0) ஆகும்.
மற்ற அனைத்து இன்புட் சேர்க்கைகளிலும் அவுட்புட் HIGH (1) ஆக இருக்கும்.
கணித வடிவம் (Boolean Expression)
NAND Gate-இன் லாஜிக் செயல்பாடு:
Q = (A · B)’
அதாவது,
Q = A AND B-இன் NOT
NAND Gate குறியீடு (Symbol) மற்றும் செயல்பாடு
NAND Gate-இன் லாஜிக் குறியீட்டில்,
A
B
என்பவை இரண்டு இன்புட்டுகள் (Inputs).
Q என்பது அவுட்புட் (Output).
இதன் அடிப்படை செயல்பாடு:
AND + NOT = NAND
IC 7400 – Quad 2-Input NAND Gates
முக்கிய அம்சங்கள் (Features)
- ஒரே IC-யில் நான்கு (4) இரண்டு-இன்புட் (2-Input) NAND Gate-கள் உள்ளன.
- கல்வி நிறுவன ஆய்வக (Laboratory) பரிசோதனைகளுக்கு மிகவும் ஏற்றது.
- பெரும்பாலான TTL Logic அமைப்புகளுடன் இணக்கமானது.
- கல்வி சார்ந்த டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் திட்டங்களில் (Educational Projects) மிகவும் பிரபலமான IC ஆகும்.
IC 7400 பற்றிய விளக்கம்
IC 7400-இல் ஒரே தொகுப்பில் (Single Package) நான்கு ஒரே மாதிரியான (Identical) 2-Input NAND Gate-கள் உள்ளன. இதன் Pin Configuration படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.
Pin 14 → +5V மின் வழங்கல் (Positive Supply)
Pin 7 → Ground
இந்த நான்கு கேட்களும் தனித்தனியாக செயல்படும்.
அவை பொதுவாக (Common) மின் வழங்கல் (Power Supply) மட்டுமே பகிர்ந்து கொள்கின்றன.
சர்க்யூட் அமைப்பில் (Circuit Configuration), T1 Input Transistor இரண்டு Emitters கொண்டதாக அமைக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த இரண்டு Emitters மூலம் A மற்றும் B என்ற இரண்டு தனித்தனி உள்ளீடுகள் பெறப்படுகின்றன. ஒவ்வொரு பயன்பாட்டிலும் நான்கு கேட்களையும் பயன்படுத்த வேண்டிய அவசியமில்லை. பயன்படுத்தப்படாத Gate-களை புறக்கணிக்கலாம்.
பவர் சப்ளை (Power Supply )
IC 7400, +5V Regulated Power Supply-இல் செயல்படுகிறது.
இது 14-Pin DIL (Dual In-Line Package) IC ஆகும்.
இந்த IC, பெரும்பாலான மின்னணு உதிரிப்பாகங்கள் விற்கப்படும் கடைகளில் (Electronics Mart) எளிதாகக் கிடைக்கிறது.
இந்த IC-ஐ பயன்படுத்தி அதன் லாஜிக் செயல்பாட்டை நடைமுறை ஆய்வக பரிசோதனை (Practical Lab Experiment) மூலம் நிரூபிக்கும் ஒரு தனிப்பட்ட செய்முறைப் பரிசோதனையை நாம் பின்னர் காணப்போகிறோம். இதன் காரணமாக, டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் கற்பிக்கும் பெரும்பாலான தொழில்நுட்பக் கல்வி நிறுவனங்களில், குறிப்பாக தொடக்கநிலை மாணவர்களுக்கான ஆய்வகப் பயிற்சிகளில் IC 7400 மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
NAND Gate உண்மை அட்டவணை (Truth Table)
கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள Truth Table, NAND Gate-இன் லாஜிக் செயல்பாட்டை தெளிவாக விளக்குகிறது.
A
B
என்பவை இன்புட்டுகள்.
Q என்பது அவுட்புட்.
இந்த செயல்பாட்டை மேலும் எளிதாகப் புரிந்துகொள்ள, முதலில் AND Gate-இன் வெளியீட்டை எடுத்துக்கொண்டு, அதன் பின்னர் அந்த வெளியீட்டை NOT செய்வதன் மூலம் NAND Gate-இன் இறுதி வெளியீட்டை பெறலாம்.
NAND gate Truth Table
| Input | Output | |
|---|---|---|
| A | B | Q |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
AND+NOT =NAND Truth Table
| INPUT | AND Output | NAND Output | |
|---|---|---|---|
| A | B | Y | Q |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Truth Table விளக்கம்
இரண்டு இன்புட்டுகளும் Binary 0 ஆக இருந்தால், அவுட்புட் Binary 1 ஆகும்.
இரண்டு இன்புட்டுகளில் ஏதேனும் ஒன்று மட்டும் Binary 1 ஆக இருந்தாலும், அவுட்புட் Binary 1 ஆகவே இருக்கும்.
இரண்டு இன்புட்டுகளும் Binary 1 ஆக இருந்தால் மட்டும் அவுட்புட் Binary 0 ஆகும்.
இதிலிருந்து நாம் பெறும் முக்கியமான லாஜிக் விதி:
ஒரு NAND Gate-இன் அனைத்து இன்புட்டுகளும் Binary 1 ஆக இருக்கும் போது மட்டுமே அதன் அவுட்புட் Binary 0 ஆகும்.
நடைமுறை (Real-Life) உதாரணம்
சில தொழிற்சாலைகளில் பயன்படுத்தப்படும் அதிநவீன இயந்திரங்கள், இரண்டு பாதுகாப்பு சுவிட்ச்களும் (Safety Switches) ஒரே நேரத்தில் இயக்கப்பட்டால் மட்டுமே நிறுத்தப்படும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.
ஒரே ஒரு சுவிட்ச் மட்டும் அழுத்தப்பட்டு, மற்றொன்று அழுத்தப்படவில்லை என்றால், இயந்திரம் தொடர்ந்து இயங்கும். அதாவது,
இரண்டு இன்புட்டுகளும் ஒரே நேரத்தில் செயல்பட்டால் மட்டுமே அவுட்புட் LOW ஆக வேண்டும்.
இந்த செயல்பாடு, NAND Gate-இன் லாஜிக் செயல்பாட்டுடன் முழுமையாக ஒத்திருக்கிறது.
இதனால், தொழிற்சாலைகளில் பாதுகாப்பான மற்றும் திறமையான செயல்பாட்டிற்காக NAND Gate பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
NAND Gate-இன் நன்மைகள் (Advantages)
- NAND Gate-ஐ பயன்படுத்தி மற்ற அனைத்து முக்கிய லாஜிக் கேட்களையும் உருவாக்கலாம்.
- தேவையான IC-களின் எண்ணிக்கை குறைவதால் செலவு குறையும்.
- டிஜிட்டல் சர்க்யூட் டுகளை (Digital Circuits) வடிவமைப்பது எளிமையாகிறது.
- அதிக நம்பகத்தன்மையுடன் (High Reliability) செயல்படுகிறது.
- அதிவேக (High-Speed) டிஜிட்டல் செயல்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.
முடிவுரை
இந்த பதிவில், NAND Gate-இன் அமைப்பு, செயல்பாடு, லாஜிக் விதி, Universal Gate என்ற சிறப்பு, Truth Table, IC 7400 மற்றும் அதன் பயன்பாடுகள் ஆகியவற்றை விளக்கப்படங்களுடன் விரிவாகக் கற்றுக்கொண்டோம். NAND Gate என்பது, AND Gate மற்றும் NOT Gate (Inverter) ஆகியவற்றின் இணைப்பாக அமைந்த மிக முக்கியமான லாஜிக் கேட் ஆகும். டிஜிட்டல் எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் பல்வேறு மின்னணு திட்டங்களை (Electronics Projects) உருவாக்குவதில் இதன் பங்கு மிகவும் முக்கியமானது.
எங்கள் நடைமுறை (Practical) பாடங்களில், IC 7400-ஐ பயன்படுத்தி NAND Gate-இன் லாஜிக் செயல்பாட்டை ஆய்வகப் பரிசோதனை மூலம் நிரூபிக்கும் செய்முறைப் பதிவையும் விரைவில் காணப்போகிறோம். அதனால், எங்கள் Practicals பிரிவில் வெளியாகும் அந்த பரிசோதனைப் பதிவையும் தவறாமல் தொடர்ந்து படியுங்கள்.
