أسباب تسرب المياه من الثلاجة

تعد البوابات المنطقية Logic Gates من وحدات البناء الرئيسة للأنظمة الرقمية، ولأنها تستخدم النظام الثنائي فإنها تسمى البوابات المنطقية الثنائية.
أما الفولتيات المستخدمة في البوابات المنطقية فقد تكون عالية HIGH وتمثل بالرقم الثنائي (1)، وقد تكون منخفضة (LOW) وتمثل بالرقم الثنائي (0)، ولما كانت البوابات المنطقية تمثل دارات إلكترونية، فإنها تستجيب فقط للفولتية العالية (1) والفولتية المنخفضة (0).

ماهي البوابات المنطقية Logic Gates

تعرف البوابة المنطقية بأنها عبارة عن دائرة إلكترونية لها مداخل عديدة، ولكن لها مخرج واحد فقط، وتتعامل فقط مع الحالات المنطقية 0 و1 فنجد عندما تكون الدائرة المنطقية في حالة تشغيل ON يعطي لها الرمز 1 وهذا يعني 5 فولت، بينما عندما تكون الدائرة المنطقية في حالة إيقاف OFF يعطي لها الرمز المنطقي 0 وهذا يعني 0 فولت.

أنواع البوابات المنطقية 

تنقسم البوابات المنطقية إلى قسمان هما:

1. البوابات المنطقية الأساسية
2. البوابات المنطقية المشتقة

أولا: البوابات المنطقية الأساسية 

إن البوابات المنطقية الأساسية هي العنصر الرئيسي لبناء أي دائرة منطقية ومن ثم أي نظام رقمي، وكلمة منطق تعني اتخاذ القرار أو صنع القرار لذلك فإن البوابة المنطقية تعطي مخرج واحد فقط (0 أو 1) عندما تحقق شروط معينة عند مدخلات هذه البوابة.

أنواع البوابات المنطقية الأساسية

تنقسم البوابات المنطقية الأساسية إلى ثلاث بوابات هي بوابة NOT وبوابة AND و بوابة OR ومن خلال هذه البوابات الاساسية يمكننا الحصول على البوابات الأخرى المشتقة منها.

بوابة NOT Gate

يطلق على هذه البوابة اسم بوابة النفي أو بوابة العكس وسميت كذلك لأنها تقوم بعكس الدخل أي أنه إذا كان الدخل 1 يكون الخرج 0 والعكس صحيح، وتتميز هذه البوابة بوجود مدخل واحد ومخرج واحد فقط.

بوابة NOT Gate

ونلاحظ من الشكل السابق أنه عندما كان الدخل(Input) يساوي صفر(0) يصبح الترانزستور في حالة Cut OFF وأصبح الترانزستور كأنه مفتاح مفتوح ولذلك يمر التيار من المصدر إلى الخرج ونلاحظ على الخرج Output أصبح واحد (1)، أما في حالة أن الدخل كان واحد(1) يصبح الترانزستور في حالة Saturation وفي هذه الحالة كأن الترانزستور تحول إلى سلك وبالتالي ينتقل الصفر من الأرضي إلى الخرج ولذلك نحصل على Output يساوي صفر(0).

وللتعرف عليها بشكل تفصيلي يمكنك زيارة موضوع بوابة NOT المنطقية

بوابة AND Gate

وهي بوابة لها مدخلان أو أكثر ولكن لها مخرج واحد فقط، حيث يكون مخرج البوابة يساوي واحد (1) إذا كانت جميع مداخل البوابة تساوي واحد (1)، ويكون مخرج البوابة يساوي صفر(0) إذا كان جميع مداخل البوابة يساوي صفر(0)، تمثل هذه البوابة عملية الضرب المنطقي.

بوابة AND Gate

ونلاحظ من الشكل السابق أن في بوابة AND Gate يوجد لدينا ترانزستورين لكل منهما مدخل فأصبح لدينا مدخلين A و B ولكن لدينا خرج واحد فقط، وللحصول على خرج Output يساوي (1) لابد من ان يكون المدخلين A و B يساويان (1) حتى يكون الترانزستوران في حالة Saturation مما يسمح بمرور ال 5 فولت إلى الخرج وبالتالي الحصول على خرج قيمته (1)، بينما في حالة ان كان المدخلين A و B يساويان (0) يصبح الترانزستوران في حالة Cut OFF مما يعيق مرور التيار إلى الخرج فيصبح الخرج يساوي (0).

وللتعرف عليها بشكل تفصيلي يمكنك زيارة موضوع بوابة AND المنطقية

بوابة OR Gate

وهي بوابة لها مدخلان أو أكثر ولكن لها مخرج واحد فقط، حيث يكون مخرج البوابة يساوي واحد(1) إذا كان أحد مداخل البوابة يساوي واحد (1)، ويكون مخرج البوابة يساوي صفر(0) إذا كان جميع مداخل البوابة يساوي صفر(0)، تمثل هذه البوابة عملية الجمع المنطقي.

بوابة OR Gate

من الشكل السابق يتضح لنا أن بوابة OR Gate بها ترانزستورين لكل منهما مدخل فأصبح لدينا مدخلين A و B ولكن لدينا خرج واحد فقط، وللحصول على خرج Output يساوي (1) لابد من ان يكون أحد المدخلين A و B يساويان (1) حتى يكون أحد الترانزستورين في حالة Saturation مما يسمح بمرور ال 5 فولت إلى الخرج وبالتالي الحصول على خرج قيمته (1)، بينما في حالة ان كان المدخلين A و B يساويان (0) يصبح الترانزستوران في حالة Cut OFF مما يعيق مرور التيار إلى الخرج فيصبح الخرج يساوي (0).

وللتعرف عليها بشكل تفصيلي يمكنك زيارة موضوع بوابة OR المنطقية

ثانيا: البوابات المنطقية المشتقة

وهي البوابات التي تم اشتقاقها من البوابات المنطقية الأساسية مثل:

1.  بوابة NAND
2. بوابة NOR
3.  بوابة XOR
4. بوابة XNOR

ويمكنك التعرف عليها بشكل مفصل من خلال مقالنا البوابات المنطقية المشتقة

أنواع الترانزسورات المستخدمة في البوابات المنطقية 

هناك عائلتان من الترانزستورات المستخدمة في البوابات المنطقية هما:

1. عائلة TTL
2. عائلة CMOS

عائلة TTL

• هي إختصار ل Transistor-Transistor Logic وتكون البوابات مصنعة من ترانزستورات BJT
• لا تتعامل إلا مع 5 فولت فقط.
• أسرع من عائلة CMOS عند الترددات الكبيرة.
• تستهلك طاقة أكبر من عائلة CMOS حيث أن المقاومة تستهلك دائما تيار.
• غير حساسة للكهرباء الاستاتيكية.
• يرمز لها بالأرقام التالية 74XXX.

عائلة CMOS

• وهى إختصار ل Complementary Metal Oxide Semiconductor وتكون البوابات مصنعة من ترانزستورات MOSFET.
• يمكنها أن تتعامل مع أي جهود من الممكن أن تصل إلى 15 فولت.
• صعوبة في التعامل مع الترددات الكبيرة لوجود المكثف عند الموسفت الذي يعمل على بطء الموسفت عند الترددات الكبيرة.
• تستهلك طاقة أقل حيث ان البوابة في الموسفت لا تستهلك أي تيار.
• حساسة للكهرباء الاستاتيكية مما يعرض الموسفت للتلف.
• يرمز لها بالأرقام التالية 4XXX.

يمكنك التعرف على سلاسل وأرقام عوائل TLL و CMOS بشكل تفصيلي من خلال مقالنا شرح سلاسل و أرقام عوائل TTL و CMOS

 
الخلاصة

يمكننا القول ان البوابات المنطقية Logic Gates من وحدات البناء الرئيسة للأنظمة الرقمية، وتنقسم البوابات المنطقية إلى نوعان هما البوابات المنطقية الأساسية والبوابات المنطقية المشتقة من البوابات الأساسية، والترانزستورات المستخدمة في البوابات المنطقية هما عوائل TLL و CMOS.

المراجع

دورة الالكترونيات الرقمية للمهندس وليد عيسى
مراجع أخرى