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Les Portes Logiques et Circuits

Publié le 11 novembre 2025 Par F4HXN

Les Portes Logiques et Circuits

FICHE 3

Les Portes Logiques et Circuits

Découvrez les composants électroniques qui réalisent les opérations booléennes

Qu’est-ce qu’une Porte Logique ?

Une porte logique est un circuit Ă©lectronique qui rĂ©alise une opĂ©ration boolĂ©enne. Elle possĂšde une ou plusieurs entrĂ©es et une sortie dont l’Ă©tat dĂ©pend des Ă©tats des entrĂ©es selon une fonction logique dĂ©finie.

Principe de fonctionnement :

Les portes logiques sont constituĂ©es de transistors qui agissent comme des interrupteurs Ă©lectroniques. Un transistor peut ĂȘtre dans deux Ă©tats : passant (1) ou bloquĂ© (0). En combinant plusieurs transistors, on crĂ©e des fonctions logiques complexes.

Représentation des portes logiques

Il existe deux normes principales pour représenter les portes logiques :

  • Norme amĂ©ricaine (ANSI/MIL) : utilise des formes gĂ©omĂ©triques distinctives
  • Norme europĂ©enne (IEC) : utilise des rectangles avec des symboles

Dans cette fiche, nous utiliserons principalement la norme américaine, plus répandue en électronique amateur.

Les Portes Logiques Fondamentales

1. Porte NON (NOT / Inverseur)

A Ā

Symbole : Porte NON

Fonction : Inverse l’Ă©tat de l’entrĂ©e

Équation : Sortie = Ā

2. Porte ET (AND)

A B A·B

Symbole : Porte ET

Fonction : Sortie à 1 si TOUTES les entrées sont à 1

Équation : Sortie = A · B

3. Porte OU (OR)

A B A+B

Symbole : Porte OU

Fonction : Sortie à 1 si AU MOINS UNE entrée est à 1

Équation : Sortie = A + B

4. Porte NON-ET (NAND)

Fonction : ET suivi d’une inversion (porte universelle)

Équation : Sortie = A · B

⭐ Porte universelle : La NAND est dite « universelle » car on peut crĂ©er toutes les autres portes logiques uniquement avec des NAND. C’est la raison pour laquelle le circuit intĂ©grĂ© 7400 (quad NAND) est l’un des plus utilisĂ©s.

5. Porte NON-OU (NOR)

Fonction : OU suivi d’une inversion (porte universelle)

Équation : Sortie = A + B

6. Porte OU Exclusif (XOR)

Fonction : Sortie Ă  1 si les entrĂ©es sont DIFFÉRENTES

Équation : Sortie = A ⊕ B

🔧 Application pratique : DĂ©tecteur de changement

Une porte XOR peut dĂ©tecter si deux signaux sont diffĂ©rents. En radio amateur, on peut l’utiliser pour comparer un signal reçu avec un signal de rĂ©fĂ©rence et dĂ©tecter les variations.

🔱 Tableau RĂ©capitulatif des Portes

Porte Symbole Équation Sortie = 1 si…
NOT Triangle + cercle Ā A = 0
AND Forme D A · B A = 1 ET B = 1
OR Forme bouclier A + B A = 1 OU B = 1
NAND AND + cercle A · B PAS (A = 1 ET B = 1)
NOR OR + cercle A + B A = 0 ET B = 0
XOR OR avec double entrĂ©e A ⊕ B A ≠ B

Familles Logiques

Les portes logiques sont fabriquées selon différentes technologies, appelées familles logiques. Chaque famille a ses propres caractéristiques de vitesse, consommation et niveaux de tension.

Principales familles

TTL

Transistor-Transistor Logic

Tension : 5V
Vitesse : Moyenne
Conso : ÉlevĂ©e

CMOS

Complementary MOS

Tension : 3-15V
Vitesse : Variable
Conso : TrĂšs faible

74HC

High-Speed CMOS

Tension : 2-6V
Vitesse : Rapide
Conso : Faible

74LS

Low-Power Schottky

Tension : 5V
Vitesse : Rapide
Conso : Moyenne
Choix de la famille :
  • 74HC : Excellent choix pour la plupart des projets amateurs (faible consommation, bonne vitesse)
  • 74LS : Pour compatibilitĂ© avec circuits anciens
  • CMOS 4000 : Pour trĂšs faible consommation (batteries)
  • 74AC/ACT : Pour applications haute frĂ©quence

Circuits Intégrés Classiques

Les portes logiques sont regroupées dans des circuits intégrés (CI ou IC en anglais). Voici les plus courants en format DIP (Dual In-line Package) à 14 ou 16 broches :

7400 Quad NAND

4 portes NAND à 2 entrées

La porte universelle par excellence. Indispensable pour tout projet de logique combinatoire.

7402 Quad NOR

4 portes NOR à 2 entrées

Autre porte universelle, trĂšs utile pour certains montages.

7404 Hex NOT

6 inverseurs

Pour inverser des signaux logiques.

7408 Quad AND

4 portes AND à 2 entrées

Pour fonctions ET simples.

7432 Quad OR

4 portes OR à 2 entrées

Pour fonctions OU simples.

7486 Quad XOR

4 portes XOR à 2 entrées

Comparateurs, détecteurs de parité.

7410 Triple NAND-3

3 portes NAND à 3 entrées

Quand plus de 2 entrées sont nécessaires.

7411 Triple AND-3

3 portes AND à 3 entrées

ET à 3 entrées.

⚠ Attention : Les circuits intĂ©grĂ©s logiques nĂ©cessitent :
  • Condensateur de dĂ©couplage (100nF) entre Vcc et GND, proche du CI
  • Respect strict de la polaritĂ© d’alimentation
  • Ne jamais laisser d’entrĂ©e CMOS « en l’air » (flottante)
  • Protection contre les dĂ©charges Ă©lectrostatiques (ESD) pour les CMOS

CaractĂ©ristiques Électriques Importantes

1. Fan-out (Facteur de charge)

Le fan-out est le nombre maximal d’entrĂ©es qu’une sortie peut piloter sans dĂ©grader le signal.

💡 Exemple

Un 7400 TTL a un fan-out de 10 : une sortie peut piloter jusqu’Ă  10 entrĂ©es TTL standard.

Un 74HC00 CMOS peut thĂ©oriquement piloter des centaines d’entrĂ©es (trĂšs haute impĂ©dance d’entrĂ©e).

2. Temps de Propagation

Le temps de propagation (tpd) est le dĂ©lai entre un changement d’entrĂ©e et la rĂ©ponse de la sortie.

Famille Temps de propagation Fréquence max
74LS ~10 ns ~25 MHz
74HC ~8 ns ~30 MHz
74AC ~4 ns ~100 MHz
CMOS 4000 ~60 ns ~5 MHz

3. Niveaux Logiques

Les niveaux de tension définissant les états logiques varient selon la famille :

Pour TTL 5V :
  • Niveau BAS (0) : 0V Ă  0.8V
  • Niveau HAUT (1) : 2V Ă  5V
  • Zone interdite : 0.8V Ă  2V
Pour CMOS 5V :
  • Niveau BAS (0) : 0V Ă  1.5V
  • Niveau HAUT (1) : 3.5V Ă  5V
  • Zone interdite : 1.5V Ă  3.5V

Lire une Datasheet (Fiche Technique)

La datasheet est le document indispensable pour utiliser correctement un circuit intégré. Voici les sections importantes :

Sections essentielles d’une datasheet

1. Description générale

  • Type de circuit (quad NAND, etc.)
  • Famille logique (TTL, CMOS, etc.)
  • BoĂźtier disponible (DIP, SOIC, etc.)

2. Brochage (Pin Configuration)

  • NumĂ©ro et fonction de chaque broche
  • RepĂšre de la broche 1 (encoche ou point)
  • Broches d’alimentation (Vcc et GND)

3. Caractéristiques électriques maximales

  • Tension d’alimentation (min/typ/max)
  • Courant de sortie maximal
  • Puissance dissipĂ©e maximale
  • TempĂ©rature de fonctionnement

4. Caractéristiques de fonctionnement

  • Niveaux logiques (VIL, VIH, VOL, VOH)
  • Temps de propagation
  • Consommation Ă©lectrique

5. Table de vérité

  • Comportement logique du circuit
🔍 OĂč trouver les datasheets ?
  • Site du fabricant (Texas Instruments, NXP, etc.)
  • Distributeurs (Mouser, Digi-Key, Farnell)
  • AllDataSheet.com
  • DatasheetCatalog.com

Projet Pratique : Circuit Simple

Réaliser un OU Exclusif avec des NAND

Objectif : construire une fonction XOR uniquement avec des portes NAND (démonstration de la porte universelle).

Matériel nécessaire

  • 1× Circuit intĂ©grĂ© 7400 (quad NAND) ou 74HC00
  • 1× Plaque d’essai (breadboard)
  • 2× Interrupteurs ou boutons poussoirs
  • 1× LED + rĂ©sistance 330Ω
  • Alimentation 5V
  • Fils de connexion
  • Condensateur 100nF (dĂ©couplage)

Équation XOR avec NAND

A ⊕ B = (A · (A · B)) · (B · (A · B))

Il faut 4 portes NAND pour réaliser un XOR.

Étapes :

  1. NAND1 : calculer A · B
  2. NAND2 : calculer A · (sortie NAND1)
  3. NAND3 : calculer B · (sortie NAND1)
  4. NAND4 : calculer (sortie NAND2) · (sortie NAND3)
Vérification :

Testez toutes les combinaisons d’entrĂ©es :

  • A=0, B=0 → LED Ă©teinte (0)
  • A=0, B=1 → LED allumĂ©e (1)
  • A=1, B=0 → LED allumĂ©e (1)
  • A=1, B=1 → LED Ă©teinte (0)

C’est bien le comportement d’un XOR ! ✓

Applications en Radio Amateur

1. SĂ©quenceur d’Ă©mission

ProblĂšme

Lors du passage en Ă©mission, il faut activer les composants dans le bon ordre : d’abord l’accordeur d’antenne, puis l’amplificateur, enfin l’Ă©metteur.

Solution avec portes logiques

Utilisation de portes AND pour crĂ©er des dĂ©lais logiques et assurer la sĂ©quence correcte. Chaque Ă©tage ne s’active que si l’Ă©tage prĂ©cĂ©dent est prĂȘt (signal OK) ET que le PTT est activĂ©.

2. Détecteur de tonalité CTCSS

Application

Un dĂ©codeur CTCSS utilise des portes XOR pour comparer la frĂ©quence reçue avec une rĂ©fĂ©rence locale. Quand les signaux sont en phase, le XOR produit un niveau continu permettant l’ouverture du squelch.

3. Commutateur d’antenne logique

Fonctionnement

Des portes logiques contrĂŽlent des relais pour commuter entre plusieurs antennes selon la bande sĂ©lectionnĂ©e. Un encodeur binaire (3 bits) permet de sĂ©lectionner jusqu’Ă  8 antennes diffĂ©rentes.

4. Interface CAT (Computer Aided Transceiver)

Utilité

Les portes logiques sont utilisĂ©es dans les interfaces RS-232 pour adapter les niveaux de tension entre l’ordinateur (±12V) et le transceiver (0-5V). Le circuit MAX232 contient des inverseurs et des amplificateurs de niveau.

Points Ă  Retenir

  • Les portes logiques rĂ©alisent physiquement les opĂ©rations boolĂ©ennes
  • Il existe deux normes de symboles (amĂ©ricaine et europĂ©enne)
  • NAND et NOR sont des portes universelles
  • Les familles logiques (TTL, CMOS, HC, LS) ont des caractĂ©ristiques diffĂ©rentes
  • Le 74HC est un excellent choix pour les projets amateurs
  • Toujours consulter la datasheet avant utilisation
  • Ne jamais oublier les condensateurs de dĂ©couplage
  • Respecter le fan-out et les niveaux logiques

73 de F4HXN – Prochaine fiche : Les systĂšmes de numĂ©ration ! 📡