NAND Gate-ன் Output ஏன் சில நேரங்களில் High-ஆகவும், இரண்டு Inputs-ம் High ஆனவுடன் மட்டும் Low-ஆகவும் மாறுகிறது? Theory-யில் படித்த NAND Gate Logic Function-ஐ இப்போது IC 7400 மூலம் Practical-ஆக செய்து பார்த்து நிரூபிப்போம்! இந்த Experiment 4-ல் Circuit Connections முதல் Input/Output Observation மற்றும் Truth Table வரை அனைத்தையும் எளிதாகப் புரிந்துகொள்ளலாம்.
அறிமுகம்
இந்தப் பதிவில், NAND Gate-ன் Logic Function-ஐ நிரூபிக்கும் பரிசோதனையை மேற்கொள்ளப் போகிறோம். நமது Practical Series-ல் இது 4-வது பரிசோதனை (Experiment 4) ஆகும்.
ஒவ்வொரு பரிசோதனையாக, Logic Gates-ன் Logic Functions-ஐ ஒன்றன்பின் ஒன்றாக நடைமுறையில் செய்து நிரூபித்து வருகிறோம்.
எப்போதும் Theory மற்றும் Practice ஆகிய இரண்டும் இணைந்தே இருக்க வேண்டும். அப்போதுதான் Digital Techniques தொடர்பான நமது அறிவையும் திறமையையும் முழுமையாக வளர்த்துக்கொள்ள முடியும்.
AIM
NAND Gate Logic Function-ஐ கற்றறிதல்
Objective
TTL NAND Gate-ன் செயல்பாடுகள் (Operations) மற்றும் பண்புகளை (Characteristics) கற்று நிரூபித்தல்.
NAND Gate-ன் Functions-க்கான Truth Table-ஐ உருவாக்குதல்.
பரிசோதனை
நாம் மேற்கொள்ளப் போகும் இந்தப் பரிசோதனையின் நோக்கம் NAND Gate Logic Function-ஐ நிரூபிப்பதாகும். இதற்காக முதலில் NAND Gate என்றால் என்ன, அதன் Logical Function என்ன என்பதைத் தெரிந்துகொள்ள வேண்டும்.
நமது Learning Tutorial பகுதியில் NAND Gate-ன் Characteristics மற்றும் Logic Functions பற்றி விரிவாகப் பார்த்துள்ளோம். எனவே, இங்கு அதன் முக்கியமான அம்சங்களைச் சுருக்கமாகப் பார்ப்போம்.
NAND Gate என்றால் என்ன?
NAND என்ற சொல் NOT-AND என்ற சொல்லின் சுருக்கமாகும். எனவே, இது NAND என்று அழைக்கப்படுகிறது.
ஒரு NAND Gate என்பது, ஒரு AND Gate-க்குப் பின்னால் ஒரு Inverter இணைக்கப்பட்ட அமைப்பாகும்.
Inverter என்பது NOT Gate என்றும் அழைக்கப்படுகிறது என்பதை நீங்கள் அறிவீர்கள்.
AND Gate மற்றும் NOT Gate ஆகிய இரண்டின் Logic Symbol-ஐப் பற்றி நீங்கள் நன்கு அறிந்திருப்பீர்கள். மேலே கொடுக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் காட்டியுள்ளபடி, இந்த இரண்டு Gates-ம் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்படும்போது கிடைக்கும் Resultant Function தான் NAND Gate ஆகும்.
இங்கு AND Gate மற்றும் NOT Gate-ன் Logical Functions-ஐ நினைவில் வைத்துக்கொள்ளுங்கள்.
AND Gate-ன் output, Inverter-ன் input-ஆக வழங்கப்படுகிறது. A மற்றும் B ஆகிய இரண்டு inputs AND Gate-க்கு வழங்கப்படுகின்றன. AND Gate-ல் கிடைக்கும் output, Inverter-க்கு வழங்கப்படுகிறது. Inverter அந்த output-ஐ inverse செய்கிறது. அதனால் கிடைக்கும் output தான் NAND Gate-ன் output ஆகும்.
மேலே கொடுக்கப்பட்டுள்ள figure, இந்த ஒவ்வொரு படிநிலையையும் தெளிவாக விளக்குகிறது.
NAND Gate-ன் அனைத்து inputs-களும் binary 1 ஆக இருக்கும்போது மட்டுமே அதன் output binary 0 ஆக இருக்கும்.
கணித ரீதியாக, NAND Function பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படுகிறது:
Q = NOT (A AND B)
பரிசோதனைக்குத் தேவையான பொருட்கள் (Materials Required)
இந்தப் பரிசோதனையை மேற்கொள்ள தேவையான பொருட்கள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.
| S.No | Items | Quantity |
|---|---|---|
| 1 | IC 7400 Quad 2-input NAND Gate | 1 |
| 2 | LED Red | 1 |
| 3 | 330 Ohm resistor | 1 |
| 4 | DC volt meter (0-20v range) | 1 |
| 5 | SPDT switches | 2 |
| 6 | 5V Regulated Power Supply | 1 |
| 7 | Electronic Breadboard | 1 |
| 8 | Jumper wires | A Few |
செய்முறை (Procedure)
முதலில், NAND Gate-ன் Logic Function-ஐ நிரூபிக்க நாம் மேற்கொள்ளும் பரிசோதனைக்கான Circuit Design-ஐ கவனமாகப் பாருங்கள். இந்த Circuit-ல் Quad 2-input NAND Gate IC 7400-ல் உள்ள ஒரு NAND Gate மட்டுமே பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது.
உண்மையில், இந்த IC-ன் ஒரே Package-க்குள் நான்கு NAND Gates உள்ளன.
மேலும் ஒரு முக்கியமான விஷயத்தைக் கவனிக்க வேண்டும். IC-ன் Pin 14, Positive 5V Power Supply-க்கு இணைக்கப்பட்டுள்ளது. அதேபோல், Pin 7 Ground-க்கு இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
இந்த Power Supply Connections figure-ல் காட்டப்படவில்லை. Digital Gate Circuits-ல் Power Supply Pins காட்டப்படாமல் இருப்பது வழக்கமான நடைமுறையாகும்.
கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ள பரிசோதனைக்கான Circuit Details-ஐ கவனமாகப் பாருங்கள். NAND Gates-ன் ஒரு set-உடன் தொடர்புடைய Components எவ்வாறு Wiring செய்யப்பட்டுள்ளன என்பதைப் புரிந்துகொள்ளுங்கள். பரிசோதனையை மேற்கொள்ளும்போது, ஒவ்வொரு Action-ன் போதும் கிடைக்கும் Findings-ஐ கவனித்து பதிவு செய்யுங்கள்.
Figure 2
Sw1 மற்றும் Sw2 ஆகிய இரண்டு Switch-களும் OFF நிலையில் இருக்கும்போது, அதாவது அவை Earth (Ground)-க்கு connected ஆக இருக்கும்போது, Gate-ன் Pin 1 மற்றும் Pin 2-க்கு இணைக்கப்பட்டுள்ள இரண்டு Inputs A மற்றும் B ஆகியவை 0 Volt பெறுகின்றன. இந்த நிலையில் Output Condition, அதாவது Output Voltage மற்றும் LED-ன் Status ஆகியவற்றைக் கவனித்து, கிடைத்த Observation-ஐ பதிவு செய்யுங்கள்.
Figure 3
Sw1 ON நிலையிலும், Sw2 OFF நிலையிலும் இருக்கும்போது, அதாவது Sw2 Earth-க்கு connected ஆக இருக்கும்போது, Pin 1-ல் உள்ள Input A +5V DC Supply-ஐப் பெறுகிறது. அதே நேரத்தில், Pin 2-ல் உள்ள Input B 0 Volt பெறுகிறது. இந்த நிலையில் Output Condition-ஐ — அதாவது Output Voltage மற்றும் LED Status — கவனித்து, கிடைத்த Observation-ஐ பதிவு செய்யுங்கள்.
Figure 4
Sw1 OFF நிலையிலும், Sw2 ON நிலையிலும் இருக்கும்போது, Pin 1-ல் உள்ள Input A 0V DC பெறுகிறது.
அதே நேரத்தில், Pin 2-ல் உள்ள Input B +5V பெறுகிறது. இந்த நிலையில் Output Condition-ஐ — அதாவது Output Voltage மற்றும் LED Status — கவனித்து, கிடைத்த Observation-ஐ பதிவு செய்யுங்கள்.
Figure 5
Sw1 மற்றும் Sw2 ஆகிய இரண்டு Switch-களும் ON நிலையில் இருக்கும்போது, அதாவது அவை இரண்டும் Positive Power Supply-க்கு connected ஆகும்போது, Gate-ன் Pin 1 மற்றும் Pin 2-க்கு இணைக்கப்பட்டுள்ள இரண்டு Inputs A மற்றும் B ஆகியவை +5V பெறுகின்றன.
இந்த நிலையில் Output Condition-ஐ — அதாவது Output Voltage மற்றும் LED Status — கவனித்து, கிடைத்த Observation-ஐ பதிவு செய்யுங்கள்.
இப்போது, பரிசோதனையின் ஒவ்வொரு நிலையிலும் நாம் பதிவு செய்த தகவல்களை கவனமாகப் பார்ப்பதற்கான நேரம் இது. பரிசோதனையின் போது கிடைத்த Findings, தெளிவாகப் புரிந்துகொள்ளவும் விவாதிக்கவும் கீழே Table வடிவில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.
Observation and Recording of the experiment
| Input voltage | Input level | Output level | Voltage Recorded | LED Status Observed | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pin1 | Pin2 | Pin1 | Pin2 | Pin3 | Voltmeter Reading | LED Status |
| 0v | 0v | 0 | 0 | 1 | +5V | Extinguished |
| +5V | 0v | 1 | 0 | 1 | +5V | Extinguished |
| 0v | +5V | 0 | 1 | 1 | +5V | Extinguished |
| +5v | +5V | 1 | 1 | 0 | 0V | Lighted |
Gate-ன் Output Level Y, பின்வரும் Input Levels-ல் “High” ஆகிறது:
A மற்றும் B ஆகிய இரண்டு Inputs-ம் Low ஆக இருக்கும்போது.
Input A High ஆகவும் B Low ஆகவும் இருக்கும்போது.
Input A Low ஆகவும் B High ஆகவும் இருக்கும்போது.
Gate-ன் Output Level Y, “Low” ஆகும் நிலை:
A மற்றும் B ஆகிய இரண்டு Inputs-ம் High ஆக இருக்கும்போது.
Results of the experiment
| Input voltage | Input level | Output level | ||
|---|---|---|---|---|
| Pin1 | Pin2 | Pin1 | Pin2 | Pin3 |
| 0v | 0v | 0 | 0 | 1 |
| +5V | 0v | 1 | 0 | 1 |
| 0v | +5V | 0 | 1 | 1 |
| +5v | +5V | 1 | 1 | 0 |
பரிசோதனையை மேற்கொள்ளும்போது கிடைத்த Observations-ன் அடிப்படையில் Results Table-ஐ வெற்றிகரமாக உருவாக்கியுள்ளோம். இந்த Results, NAND Gate-ன் உண்மையான செயல்பாட்டைச் சோதித்தபோது கிடைக்கும் அதன் Definite Logic Function-ஐ தெளிவாகக் காட்டுகின்றன.
இதன் மூலம் NAND Gate-க்கான பின்வரும் Truth Table-ஐ உருவாக்கலாம்.
Truth Table of NAND gate
| Input | Output | |
|---|---|---|
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
இதன் மூலம், NAND Gate-ன் Logic Function-ஐ வெற்றிகரமாக நிரூபித்துள்ளோம்.
அதாவது:
NAND Gate-ன் அனைத்து Inputs-களும் Binary 1 ஆக இருக்கும்போது மட்டுமே அதன் Output Binary 0 ஆக இருக்கும்.
FAQ
1. NAND Gate என்றால் என்ன?
NAND என்பது NOT-AND என்பதன் சுருக்கமாகும். ஒரு AND Gate-ன் Output-ஐ NOT அல்லது Inverter மூலம் inverse செய்தால் கிடைப்பது NAND Gate ஆகும்.
2. NAND Gate-ன் Logic Function என்ன?
NAND Gate-ன் Logic Function:
Y = NOT (A AND B)
அல்லது,
Y = (A · B)̅
3. NAND Gate-ன் Output எப்போது Low ஆகும்?
NAND Gate-ன் அனைத்து Inputs-களும் High (1) ஆக இருக்கும்போது மட்டுமே Output Low (0) ஆகும்.
4. IC 7400-ல் எத்தனை NAND Gates உள்ளன?
IC 7400 என்பது ஒரு Quad 2-input NAND Gate IC ஆகும். இதில் ஒரே Package-க்குள் நான்கு 2-input NAND Gates உள்ளன.
5. IC 7400-ன் Power Supply Pins எவை?
IC 7400-ல் Pin 14 Positive Power Supply-க்கும், Pin 7 Ground-க்கும் இணைக்கப்படுகிறது.
6. NAND Gate-ன் Truth Table என்ன?
A B Output Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
7. NAND Gate-ஐ எப்படி Practical-ஆக சோதிக்கலாம்?
IC 7400-ன் ஒரு NAND Gate-ஐப் பயன்படுத்தி, இரண்டு Switch-கள் மூலம் A மற்றும் B Inputs-ஐ மாற்றலாம். ஒவ்வொரு Input Combination-க்கும் கிடைக்கும் Output-ஐ LED அல்லது அளவீட்டு கருவி மூலம் கவனித்து Truth Table-உடன் ஒப்பிடலாம்.
8. இந்த NAND Gate Experiment மாணவர்களுக்கு ஏன் முக்கியமானது?
இந்த Practical மூலம் Theory-யில் கற்ற NAND Gate Logic Function-ஐ நேரடியாக Circuit-ல் சோதித்து அறிய முடியும். குறிப்பாக Digital Electronics Beginners மற்றும் Polytechnic Students-க்கு இது பயனுள்ளதாக இருக்கும்.
Conclusion
இந்த Experiment 4 மூலம், NAND Gate-ன் Logic Function-ஐ நடைமுறையில் பரிசோதனை செய்து தெளிவாக நிரூபித்துள்ளோம். Theory-யை மட்டும் படிப்பதைவிட, அதை Practical-ஆக செய்து பார்ப்பதன் மூலம் Digital Electronics கற்றுக்கொள்பவர்களின் திறன் மேலும் மேம்படும் என்று நம்புகிறோம். குறிப்பாக, Digital Electronics-ஐ புதிதாகக் கற்றுக்கொள்ளும் Novices மற்றும் Students ஆகியோருக்கு இந்த Learning by Doing முறையிலான பரிசோதனை மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.
