Dissenyar una porta i mitjançant transistors

Com molts de nosaltres sabem, un circuit integrat o IC és una combinació de molts circuits petits en un petit paquet que junts realitzen una tasca comman. Igual que un amplificador operacional o un temporitzador 555, l’IC es crea mitjançant la combinació de molts transistors, xancles, portes lògiques i altres circuits digitals combinatius. De la mateixa manera, es pot construir un Flip-Flop mitjançant una combinació de Logic Gates i les mateixes Logic Gates es poden construir utilitzant uns quants transistors.

Les portes lògiques són els fonaments d’un circuit electrònic digital. Des dels xancles bàsics fins als microcontroladors Les portes lògiques formen el principi subjacent sobre com s’emmagatzemen i processen els bits. Indiquen la relació entre totes les entrades i sortides d’un sistema mitjançant una lògica artrètica. Hi ha molts tipus diferents de portes lògiques i cadascuna d'elles té una lògica diferent que s'utilitza per a propòsits diferents. Però el focus d’aquest article se centrarà en la porta AND perquè més endavant construiríem una porta AND mitjançant un circuit de transistor BJT. Emocionant no? Comencem.

AND Logic Gate

La porta lògica AND és una porta lògica en forma de D amb dues entrades i una sortida única, on la forma D entre l'entrada i la sortida és el circuit lògic. La relació entre els valors d’entrada i sortida es pot explicar mitjançant la taula de veritat AND Gate que es mostra a continuació.

Les equacions de sortida es poden explicar fàcilment mitjançant l' equació booleana de la porta AND, que és Q = A x B o Q = AB. Per tant, per a una porta AND, la sortida és ALTA només quan les dues entrades són ALTA.

Transistor

Un transistor és un dispositiu semiconductor amb tres terminals que es poden connectar a un circuit extern. El dispositiu es pot utilitzar com a interruptor i també com a amplificador per canviar els valors o controlar el pas d’un senyal elèctric.

Per construir una porta lògica AND mitjançant un transistor, faríem servir transistors BJT que es poden classificar en dos tipus: PNP i NPN - Transistors de connexió bipolars. A continuació es pot veure el símbol del circuit de cadascun d’ells.

Aquest article us explicarà com es construeix el circuit AND Gate mitjançant transistor. La lògica d'una porta AND ja s'explica més amunt i per construir una porta AND utilitzant un transistor seguirem la mateixa taula de veritat que es mostra més amunt.

Es requereixen diagrames de circuits i components

La llista de components necessaris per construir una porta AND mitjançant un transistor NPN es mostra a continuació:

1. Dos transistors NPN. (També podeu utilitzar el transistor PNP si està disponible)
2. Dues resistències de 10KΩ i una resistència de 4-5KΩ.
3. Un LED (díode emissor de llum) per comprovar la sortida.
4. Una taula de pa.
5. Alimentació A + 5V.
6. Dos botons PUSH.
7. Connexió de cables.

El circuit representa tant les entrades A & B per a la porta AND com la sortida Q, que també té un subministrament de + 5 V al col·lector del primer transistor que està connectat en sèrie al segon transistor i un LED està connectat al terminal emissor de el segon transistor. Les entrades A & B estan connectades al terminal base del transistor 1 i el transistor 2, respectivament, i la sortida Q passa al LED positiu del terminal. El diagrama següent representa el circuit explicat anteriorment per construir una porta AND mitjançant el transistor NPN.

Els transistors utilitzats en aquest tutorial són el transistor NPN BC547 i es van afegir amb tots els components esmentats al circuit, tal com es mostra a continuació.

Si no teniu els botons de pressió, també podeu utilitzar cables com a interruptor afegint-los o traient-los sempre que sigui necessari (en lloc de prémer el botó). El mateix es va poder veure al vídeo on faria servir els cables com a interruptor connectat al terminal base per als dos transistors.

El mateix circuit quan es construeix utilitzant els components de maquinari esmentats anteriorment, el circuit tindria l’aspecte de la imatge següent.

Funcionament de And Gate mitjançant transistor

Aquí farem servir el transistor com a interruptor i, per tant, quan s’aplica una tensió a través d’un terminal de col·lector del transistor NPN, la tensió arriba a la unió de l’emissor només quan la unió de base té una alimentació de tensió entre 0V i la tensió del col·lector.

De la mateixa manera, el circuit anterior farà que el LED brilli, és a dir, la sortida sigui 1 (alta) només quan les dues entrades siguin 1 (alta), és a dir, quan hi hagi una alimentació de tensió al terminal base dels dos transistors. És a dir, hi haurà un recorregut de corrent en línia recta des de VCC (font d'alimentació de + 5V) fins al LED i més cap a terra. Descanseu en tots els casos, la sortida serà 0 (baixa) i el LED estarà apagat. Tot això es pot explicar amb més detall comprenent cada cas un per un.

Cas 1: quan les dues entrades són zero: A = 0 i B = 0.

Quan les dues entrades A i B són 0, no cal que premeu cap dels botons en aquest cas. Si no utilitzeu els botons de pressió, traieu els cables connectats amb, els botons i el terminal base dels dos transistors. Per tant, obtenim les dues entrades A & B com a 0 i ara hem de comprovar la sortida, que també hauria de ser 0 segons la taula de veritat de la porta AND.

Ara, quan s’alimenta una tensió a través del terminal del col·lector del transistor 1, l’emissor no rep cap entrada perquè el valor del terminal base és 0. De la mateixa manera, l’emissor del transistor 1 connectat al col·lector del transistor 2 no subministra cap corrent o tensió i també el valor de la terminal base del transistor 2 és 0. Per tant, l’ emissor del ^segon transistor emet el valor 0 i, com a resultat, el LED estaria apagat.

Cas 2: quan les entrades són - A = 0 i B = 1.

En el segon cas, quan les entrades són A = 0 i B = 1, el circuit té la primera entrada com a 0 (Baixa) i la segona entrada com a 1 (Alta) a la base del transistor 1 i 2, respectivament. Ara, quan es passa una alimentació de 5V al col·lector del primer transistor, no hi ha cap canvi en el desplaçament de fase del transistor, ja que el terminal base té 0 entrades. El qual passa el valor 0 a l’emissor i l’emissor del primer transistor està connectat al col·lector del segon transistor de sèrie, de manera que el valor 0 entra al col·lector del segon transistor.

Ara, el segon transistor té un valor elevat a la base, de manera que permetria passar el mateix valor rebut al col·lector a l’emissor. Però com que el valor és 0 al terminal del col·lector del segon transistor, és per això que l'emissor també serà 0 i el LED connectat a l'emissor no brillarà.

Cas 3: quan les entrades són - A = 1 i B = 0.

Aquí, l'entrada és 1 (alta) per a la primera base de transistor i baixa per a la segona base de transistor. Per tant, el recorregut actual començarà des de la font d’alimentació de 5 V fins al col·lector del segon transistor que passa pel col·lector i l’emissor del primer transistor, ja que el valor del terminal base és elevat per al primer transistor.

Però al segon transistor, el valor de la terminal base és 0 i, per tant, no passa cap corrent del col·lector a l’emissor del segon transistor i, en conseqüència, el led continuaria sent només OFF.

Cas 4: quan les dues entrades són una - A = 1 i B = 1.

L'últim cas i aquí les dues entrades se suposa que són altes, que estan connectades als terminals base dels dos transistors. Això significa que cada vegada que passa un corrent o tensió a través del col·lector dels dos transistors, la base arriba a la seva saturació i el transistor es condueix.

Pràcticament explicant, quan es proporciona una font de + 5V al terminal col·lector del transistor 1 i també el terminal base està saturat, el terminal emissor rebria una sortida elevada ja que el transistor està polaritzat cap endavant. Aquesta elevada sortida de l'emissor va directament al col·lector del ²ⁿ transistor mitjançant una connexió en sèrie. Ara, de manera similar al segon transistor, l'entrada al col·lector és elevada i, en aquest cas, el terminal base també és elevat, és a dir, el segon transistor també es troba en un estat saturat i l'entrada alta passaria del col·lector a l'emissor. Aquesta elevada sortida de l’emissor passa al LED que encén el LED.

Per tant, els quatre casos tenen les mateixes entrades i sortides que la porta lògica AND real. Per tant, hem construït una porta lògica AND mitjançant un transistor. Espero que hàgiu entès el tutorial i us hagi agradat aprendre alguna cosa nova. El funcionament complet de la configuració es troba al vídeo següent. Al nostre següent tutorial també aprendrem a construir una porta O amb transistor i NO una porta mitjançant Transistor. Si teniu alguna pregunta, deixeu-los a la secció de comentaris o utilitzeu els nostres fòrums per a altres qüestions tècniques.