เกตตรรกะดิจิทัลเป็นหน่วยพื้นฐานในวงจรดิจิทัลที่ใช้สำหรับดำเนินการตรรกะกับอินพุตไบนารี (ศูนย์และหนึ่ง) เพื่อสร้างเอาต์พุตไบนารี เกตเหล่านี้ใช้งานฟังก์ชันบูลีนและใช้วงจรดิจิทัลที่ซับซ้อนกว่า เกตเหล่านี้สามารถเชื่อมต่อกันได้หลายวิธีเพื่อดำเนินการเลขคณิต การควบคุม และฟังก์ชันหน่วยความจำ ช่วยให้สร้างโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ และอุปกรณ์ดิจิทัลอื่นๆ ได้ นอกจากนี้ อ่านเกี่ยวกับ ทรานซิสเตอร์ ที่ใช้ในการสร้างเกตตรรกะเหล่านี้

มีเกตตรรกะหลายประเภทดังรายการในบทความต่อไปนี้:

เกตตรรกะพื้นฐาน

เกตตรรกะพื้นฐานมีดังนี้:

1. NOT gate
2. AND gate
3. OR gate
4. XOR gate

NOT gate

เกต NOT หรือที่เรียกอีกอย่างว่าอินเวอร์เตอร์ เป็นเกตตรรกะดิจิทัลพื้นฐานที่ทำการปฏิเสธอินพุตโดยตรรกะ กล่าวอย่างง่ายๆ ก็คือ เกตนี้จะรับสัญญาณอินพุตแล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ตรงข้าม (เสริมกัน) กับสัญญาณอินพุต

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตไปยังเกต NOT เป็นลอจิกสูง (1) เอาต์พุตจะเป็นลอจิกต่ำ (0)
2. หากอินพุตไปยังเกต NOT เป็นตรรกะต่ำ (0) เอาต์พุตจะเป็นสูง (1)

สัญลักษณ์ของเกต NOT มักจะมีลักษณะเป็นสามเหลี่ยมที่มีวงกลมเล็กๆ อยู่ที่ด้านอินพุต ซึ่งแสดงถึงการปฏิเสธ เกตนี้มีความสำคัญในการออกแบบวงจรดิจิทัล เนื่องจากช่วยให้สามารถดำเนินการทางตรรกะ เช่น การกลับด้าน ซึ่งมีความสำคัญในการสร้างวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้น

AND gate

เกท AND เป็นเกทตรรกะดิจิทัลพื้นฐานอีกตัวหนึ่งที่สร้างสัญญาณเอาต์พุตเมื่ออินพุตทั้งหมดเป็นค่าสูง (1 หรือ True) เท่านั้น

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตทั้งสองของเกต AND เป็นค่าสูง (1) เอาต์พุตจะเป็นค่าสูง (1)
2. หากอินพุตใดๆ ไปยังเกต AND มีค่าต่ำ (0) เอาต์พุตก็จะมีค่าต่ำ (0)

สัญลักษณ์ของเกต AND มักประกอบด้วยรูปร่างที่มีอินพุต 2 ตัวและเอาต์พุต 1 ตัว โดยมักจะมีลักษณะเป็นรูปตัว D หรือลิ่ม ในการออกแบบวงจรดิจิทัล เกต AND มีความจำเป็นสำหรับการรวมสัญญาณหลายสัญญาณเข้าด้วยกันเพื่อให้เอาต์พุตมีค่าลอจิกสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดมีค่าลอจิกสูง เกต AND มีความสำคัญพื้นฐานในการสร้างการทำงานเชิงตรรกะและวงจรประมวลผลข้อมูล

NAND gate

เกท NAND คือเกทลอจิกดิจิทัลที่ควบคุม NAND แบบลอจิก OTและANDโดยจะให้ผลลัพธ์ที่ตรงกันข้ามกับการดำเนินการ AND กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ เกท NAND จะให้ผลลัพธ์สูง (1) เฉพาะเมื่ออินพุตอย่างน้อยหนึ่งตัวมีค่าต่ำ (0) เท่านั้น

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตทั้งสองของเกต NAND เป็นค่าสูง (1) เอาต์พุตจะเป็นค่าต่ำ (0)
2. หากอินพุตใดๆ ไปยังเกต NAND มีค่าต่ำ (0) เอาต์พุตจะมีค่าสูง (1)

สัญลักษณ์ของเกต NAND คล้ายกับเกต AND แต่มีวงกลมเล็กๆ (แทนการทำงานของ NOT) ที่เอาต์พุต โดยปกติจะมีขั้วอินพุต 2 ขั้วและขั้วเอาต์พุต 1 ขั้ว

เกท NAND ถือเป็นพื้นฐานในการออกแบบวงจรดิจิทัล และมักใช้ในการสร้างฟังก์ชันลอจิกที่ซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากมีความคล่องตัว ในความเป็นจริง ฟังก์ชันลอจิกอื่นๆ สามารถนำไปใช้ได้โดยใช้เกท NAND เท่านั้น ทำให้เกท NAND กลายเป็นรากฐานสำคัญในการออกแบบลอจิกดิจิทัล

OR gate

เกต OR คือเกตตรรกะดิจิทัลพื้นฐานที่ดำเนินการตรรกะ OR โดยเกตนี้จะสร้างสัญญาณเอาต์พุตเมื่ออินพุตอย่างน้อยหนึ่งตัวมีค่าสูง (1)

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตใดอินพุตหนึ่งหรือทั้งสองอินพุตของเกต OR เป็นค่าสูง (1) เอาต์พุตจะเป็นค่าสูง (1)
2. เอาท์พุตจะเป็นค่าต่ำ (0) เฉพาะเมื่ออินพุตทั้งสองเป็นค่าต่ำ (0) เท่านั้น

สัญลักษณ์ของเกต OR มักประกอบด้วยรูปร่างที่มีอินพุต 2 ตัวและเอาต์พุต 1 ตัว คล้ายกับเกต AND อย่างไรก็ตาม รูปร่างโดยทั่วไปจะมีเส้นโค้งแทนที่จะเป็นเส้นตรง ซึ่งแสดงถึงการดำเนินการ OR

เกต OR มีความจำเป็นในการออกแบบวงจรดิจิทัลเพื่อรวมสัญญาณหลายสัญญาณเข้าด้วยกันในลักษณะที่เอาต์พุตเป็นจริงหากอินพุตอย่างน้อยหนึ่งสัญญาณเป็นจริง เกต OR ใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ รวมถึงในลอจิกเลขคณิต การประมวลผลข้อมูล และระบบควบคุม

NOR gate

เกต NOR เป็นเกตตรรกะดิจิทัลพื้นฐานที่ดำเนินการตรรกะ NOR (NOT-OR) เกตนี้จะสร้างสัญญาณเอาต์พุตเมื่ออินพุตทั้งสองมีค่าต่ำ (0) เท่านั้น

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตทั้งสองของเกต NOR มีค่าต่ำ (0) เอาต์พุตจะมีค่าสูง (1)
2. หากอินพุตใดอินพุตหนึ่งหรือทั้งสองอินพุตของเกต NOR เป็นค่าสูง (1) เอาต์พุตจะเป็นค่าต่ำ (0)

สัญลักษณ์สำหรับเกท NOR โดยทั่วไปจะมีลักษณะเป็นเกท OR ที่มีวงกลมเล็กๆ อยู่ที่เอาต์พุต ซึ่งบ่งบอกถึงการดำเนินการปฏิเสธ

เนื่องจากเกต NOR มีความหลากหลาย จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบวงจรดิจิทัล โดยมักจะใช้ร่วมกับเกตอื่นๆ สามารถใช้สร้างฟังก์ชันลอจิกต่างๆ ได้ และมีประโยชน์อย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ต้องพิจารณาอินพุตหลายตัวพร้อมกัน

XNOR gate

เกต XNOR หรือเกต NOR เฉพาะ คือเกตลอจิกดิจิทัลที่สร้างเอาต์พุตสูงเมื่ออินพุตทั้งสองมีค่าเท่ากัน (สูงหรือต่ำทั้งคู่) สำหรับเกต XNOR อินพุตมากกว่าสองตัว หากอินพุตมีค่าสูงเป็นจำนวนคู่ เอาต์พุตก็จะเป็นค่าสูง

หลักการทำงาน:

1. หากอินพุตทั้งสองไปยังเกต XNOR มีค่าเท่ากัน (สูงหรือต่ำทั้งคู่) เอาต์พุตจะเป็นลอจิกสูง (1)
2. หากอินพุตไปยังเกต XNOR ต่างกัน (สูงและต่ำ) เอาต์พุตจะเป็นตรรกะต่ำ (0)

โดยพื้นฐานแล้ว เกต XNOR จะดำเนินการตรงข้ามกับเกต XOR โดยพื้นฐานแล้ว เกต XNOR คือเกต XOR ตามด้วยเกต NOT สัญลักษณ์ของเกต XNOR มักจะมีลักษณะเป็นเกต XOR ที่มีวงกลมเล็กๆ อยู่ที่เอาต์พุต ซึ่งแสดงถึงการดำเนินการปฏิเสธ เกต XNOR มักใช้ในแอปพลิเคชันการออกแบบวงจรดิจิทัล รวมถึงการเปรียบเทียบค่าไบนารีสองค่าหรือการใช้งานฟลิปฟล็อปและวงจรแลตช์

XOR gate

เกต XOR หรือเรียกสั้นๆ ว่าเกต Exclusive OR เป็นเกตตรรกะดิจิทัลพื้นฐานที่สร้างเอาต์พุตสูง (1) เฉพาะเมื่อจำนวนอินพุตสูงเป็นเลขคี่เท่านั้น

หลักการทำงาน:

1. หากจำนวนอินพุตที่สูงเป็นเลขคี่เอาต์พุตจะเป็นสูง (1)
2. หากจำนวนอินพุตสูงเป็นเลขคู่ เอาต์พุตจะเป็นเลขต่ำ (0)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง:

1. หากอินพุตทั้งสองไปยังเกต XOR ต่างกัน (หนึ่งอันสูงและอีกอันต่ำ) เอาต์พุตจะเป็นสูง (1)
2. หากอินพุตทั้งสองไปยังเกต XOR มีค่าเท่ากัน (สูงทั้งคู่หรือต่ำทั้งคู่) เอาต์พุตจะเป็นต่ำ (0)

สัญลักษณ์สำหรับเกต XOR โดยทั่วไปประกอบด้วยรูปร่างที่มีอินพุตสองตัวและเอาต์พุตหนึ่งตัว และมักจะมีลักษณะเป็นตัวอักษร "X" ที่มีเส้นโค้งอยู่ที่จุดตัด

เกต XOR ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบวงจรดิจิทัลสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ รวมถึงการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ การตรวจจับข้อผิดพลาด และการเข้ารหัสข้อมูล เกต XOR เป็นส่วนประกอบพื้นฐานในการสร้างระบบดิจิทัลและมีความจำเป็นในอุปกรณ์และระบบอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก

เกตตรรกะทำอย่างไร?

ระดับแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันแสดงถึงสถานะไบนารีสูงหรือต่ำในวงจรดิจิทัล โดยทั่วไป ในเกตตรรกะส่วนใหญ่ รีจิสเตอร์สถานะต่ำจะอยู่ที่ประมาณศูนย์โวลต์ (0 V) ในขณะที่สถานะสูงจะวัดได้ประมาณ +5V หรือ +3.3V บวก

เกตตรรกะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์ หรือไดโอด ตัวต้านทานมักทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือแบบดึงลง ตัวต้านทานเหล่านี้จะถูกใช้งานเมื่ออินพุตที่ไม่ได้ใช้งานของเกตตรรกะจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับระดับตรรกะ 1 หรือ 0 เพื่อป้องกันการสลับเกตที่ไม่ได้ตั้งใจ ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเชื่อมต่อกับ Vcc (+5V) ในขณะที่ตัวต้านทานแบบดึงลงเชื่อมต่อกับกราวด์ (0 V)

เกตตรรกะสองประเภทที่ใช้กันทั่วไปคือ TTL (ทรานซิสเตอร์-ทรานซิสเตอร์ลอจิก) และ CMOS (คอมพลีเมนทารีเมทัลออกไซด์-ซิลิคอน)ไอซี TTL ใช้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จังก์ชัน NPN และ PNPซึ่งมักพบในชิปซีรีส์ 7400 ไอซี CMOS ที่สร้างจากทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม MOSFET หรือ JFET มักมีฉลากอยู่ในชิปซีรีส์ 4000

หมายเลขไอซีของเกตตรรกะ

‍