Paano Gumawa ng Logic Gates gamit ang Transistors

Paano Gumawa ng Logic Gates gamit ang Transistors

Sa post na ito matututunan natin kung paano bumuo ng NOT, AND, NAND, OR, at NOR logic gate gamit ang discrete transistors. Ang pangunahing bentahe ng paggamit ng mga transistor logic gate ay maaari silang gumana kahit na may mga boltahe na kasingbaba ng 1.5 V.



Sa ilang mga elektronikong aplikasyon ang magagamit na boltahe ay maaaring hindi sapat sa pagpapagana ng TTL o kahit na mga CMOS IC. Ito ay totoo lalo na para sa mga gadget na tumatakbo sa mga baterya. Walang alinlangan, palagi kang mayroong opsyon na 3-volt na logic IC. Gayunpaman, ang mga ito ay hindi palaging madaling ma-access ng mahilig o nag-eeksperimento, at hindi ito gumagana nang mas mababa sa kanilang tinukoy na mga detalye ng boltahe (karaniwan ay mas mababa sa 2.5 volts DC).

Higit pa rito, maaaring mayroon lamang lugar para sa isang solong 1.5-volt na baterya sa isang application na pinapagana ng baterya. Aba, ano ang gagawin mo? Karaniwan IC logic gate maaaring mapalitan ng transistorized logic gate. Para sa bawat partikular na logic gate, ilang transistor lang ang karaniwang kinakailangan, at para sa isang tipikal na NOT gate inverter logic, isang transistor lang ang kailangan.





Mga FET kumpara sa Bipolar Transistor

Field Effect Transistors (FETs) vs bipolar transistor : alin ang mas magandang opsyon para sa mga low-voltage logic circuits? Isang mahusay na tampok ng KATOTOHANAN ay ang kanilang 'on' na pagtutol ay hindi kapani-paniwalang mababa. Bukod pa rito, kailangan nila ng napakababang kasalukuyang gate-turn-on.

Gayunpaman, mayroon silang isang limitasyon sa napakababang boltahe na mga aplikasyon. Karaniwan, ang limitasyon ng boltahe ng gate ay isang bolta o higit pa. Higit pa rito, ang magagamit na boltahe ay maaaring bumaba sa ibaba ng pinakamainam na hanay ng pagtatrabaho ng FET kung ang isang kasalukuyang-limitado o pull-down na risistor ay nakakabit sa gate.



Sa kabaligtaran, ang bipolar switching transistors ay may kalamangan sa napakababang boltahe, solong mga application ng baterya dahil kailangan lang nila ng 0.6 hanggang 0.7 volts upang lumipat.

Higit pa rito, ang karamihan sa mga karaniwang FET, na karaniwang ibinebenta sa mga bubble pack sa iyong pinakamalapit na tindahan ng electronics ay kadalasang mas mahal kaysa sa mga bipolar transistor. Gayundin, ang isang bulk packet ng bipolar transistor ay karaniwang mabibili para sa presyo ng isang pares ng FET.

Ang paghawak ng FET ay nangangailangan ng higit na pangangalaga kaysa sa bipolar transistor handling. Ang electrostatic at pangkalahatang pang-eksperimentong maling paggamit ay ginagawang partikular na madaling masira ang mga FET. Ang mga nasusunog na bahagi ay maaaring makasira sa isang kasiya-siya, malikhaing gabi ng pag-eeksperimento o pagbabago, hindi para kalimutan ang emosyonal na sakit ng pag-debug.

Mga Pangunahing Kaalaman sa Pagpapalit ng Transistor

Ang mga halimbawa ng logic circuit na ipinaliwanag sa artikulong ito ay gumagamit ng bipolar NPN transistors dahil ang mga ito ay abot-kaya at hindi nangangailangan ng espesyal na paghawak. Upang maiwasang masira ang aparato o ang mga bahaging sumusuporta dito, dapat na isagawa ang angkop na mga hakbang sa kaligtasan bago ikonekta ang iyong circuit.

Kahit na ang aming mga circuit ay higit na nakasentro sa mga Bipolar Junction Transistors (BJT), maaari rin silang pantay na naitayo gamit ang teknolohiya ng FET.

Ang pangunahing switch circuit ay isang simpleng transistor application, na isa sa mga pinakamadaling disenyo.

Paggawa ng NOT Gate gamit ang Isang Transistor

Ang isang schematic ng transistor switch ay ipinapakita sa Figure 1. Depende sa kung paano ito ipinatupad sa isang partikular na aplikasyon, ang switch ay maaaring makita bilang alinman sa pinananatiling mababa o normal na bukas.

Ang isang simpleng NOT gate inverter logic gate ay maaaring malikha ng direktang switching circuit na ipinapakita sa Fig. 1 (kung saan ang point A ay ang input). Ang NOT gate ay gumagana sa paraang kung walang DC bias ang ibinigay sa base ng transistor (point A; Q1), mananatili itong shut-off, na magreresulta sa mataas o logic 1 (katumbas ng V+ level) sa output ( punto B).

Gayunpaman, ang transistor ay nag-aaktibo kapag ang wastong bias ay ibinigay sa base ng Q1, na nagtutulak sa output ng circuit na mababa o sa logic 0 (halos katumbas ng zero potensyal). Ang transistor, na itinalagang Q1, ay isang pangkalahatang-purpose na bipolar transistor, o isang BC547, na karaniwang ginagamit sa low-power switching at amplifier application.

Ang anumang transistor na katumbas nito (tulad ng 2N2222, 2N4401, atbp.) ay gagana. Ang mga halaga ng R1 at R2 ay pinili upang magkaroon ng kompromiso sa pagitan ng mababang kasalukuyang drain at compatibility. Sa lahat ng mga disenyo, ang mga resistors ay lahat ng 1/4 watt, 5% na mga yunit.

Ang boltahe ng supply ay nababagay sa pagitan ng 1.4 at 6 volts DC. Tandaan na ang circuit ay maaaring gumana tulad ng isang buffer kapag ang load resistor at output na koneksyon ay inilipat sa emitter ng transistor.

Paggawa ng Buffer Gate gamit ang Single BC547 BJT

Ang voltage follower, o buffer amplifier, ay isang uri ng logic switching configuration na kapareho ng ipinapakita sa Figure 2. Dapat tandaan na ang load resistor at output terminal ay inilipat mula sa kolektor ng transistor patungo sa emitter nito sa circuit na ito, na kung saan ay ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng disenyong ito at ng ipinapakita sa Fig. 1.

Ang paggana ng transistor ay maaari ding 'i-flipped' sa pamamagitan ng paglipat ng load resistor at output terminal sa kabilang dulo ng BJT.

Sa madaling salita, kapag walang bias na ibinigay sa input ng circuit, nananatiling mababa ang output ng circuit; gayunpaman, kapag ang isang bias ng sapat na boltahe ay ibinibigay sa input ng circuit, ang output ng circuit ay nagiging mataas. (Iyon ay eksaktong kabaligtaran ng kung ano ang nangyayari sa naunang circuit.)

Pagdidisenyo ng Two-Input Logic Gates gamit ang Transistors

AT Gate gamit ang Dalawang Transistor

Ang Figure 3 ay naglalarawan kung paano maaaring gawin ang isang pangunahing two-input AND gate gamit ang isang pares ng buffer, kasama ang talahanayan ng katotohanan para sa gate na iyon. Ang talahanayan ng katotohanan ay naglalarawan kung ano ang magiging resulta ng output para sa bawat natatanging hanay ng mga input. Ang mga puntong A at B ay ginagamit bilang mga input ng circuit, at ang punto C ay nagsisilbing output ng circuit.

Mahalagang tandaan mula sa talahanayan ng katotohanan na ang isang set lamang ng mga parameter ng input ay nagreresulta sa isang logic-high output signal, samantalang ang lahat ng iba pang mga kumbinasyon ng input ay nagreresulta sa isang logic-low output. Ang output ng AND gate sa Figure 3 ay nananatiling bahagyang nasa ibaba ng V+ kapag ito ay naging mataas.

Nangyayari ito dahil sa pagbaba ng boltahe sa pagitan ng dalawang transistor (Q1 at Q2).

NAND Gate gamit ang Dalawang Transistor

Ang isa pang variant ng circuit sa Figure 3 at ang nauugnay na talahanayan ng katotohanan ay ipinapakita sa Figure 4. Ang circuit ay nagiging isang NAND gate sa pamamagitan ng paglilipat ng output (point C) at output resistor sa upper transistor's (Q1) collector.

Dahil ang parehong Q1 at Q2 ay kailangang naka-ON upang hilahin ang mababang bahagi ng R1 sa lupa, ang pagkawala ng boltahe sa output C ay hindi gaanong mahalaga.

Kung ang transistor AND o transistor NAND gate ay nangangailangan ng higit sa dalawang input, mas maraming transistor ang maaaring maikonekta sa mga ipinapakitang disenyo upang magbigay ng tatlo, apat, atbp., input AND o NAND gate.

Gayunpaman, upang mabayaran ang mga pagkawala ng boltahe ng mga indibidwal na transistors, ang V+ ay dapat na tumaas nang naaayon.

O Gate gamit ang Dalawang Transistor

Ang isa pang anyo ng logic circuit na may dalawang input ay makikita sa Figure 5, kasama ang truth table ng OR-gate circuit.

Ang output ng circuit ay mataas kapag ang alinman sa input A o input B ay itinulak nang mataas, gayunpaman dahil sa mga cascaded transistors, ang pagbaba ng boltahe ay higit sa 0.5 volts. Muli, ang mga figure na ipinapakita ay nagpapahiwatig na mayroong sapat na boltahe at kasalukuyang upang patakbuhin ang kasunod na transistor gate.

NOR Gate gamit ang Dalawang Transistor

Inilalarawan ng Figure 6 ang susunod na gate sa aming listahan, isang two-input NOR gate, kasama ang talahanayan ng katotohanan nito. Katulad ng kung paano tumugon ang AND at NAND gate sa isa't isa, ang OR at NOR na mga circuit ay ganoon din ang ginagawa.

Ang bawat isa sa mga gate na ipinapakita ay may kakayahang magbigay ng sapat na drive upang i-activate ang hindi bababa sa isa o higit pang mga katabing transistor gate.

Mga Application ng Transistor Logic Gate

Ano ang gagawin mo sa ipinaliwanag sa itaas na mga digital circuit na mayroon ka na ngayon? Anumang bagay na magagawa mo gamit ang kumbensyonal na TTL o CMOS na mga gate, ngunit hindi nababahala tungkol sa mga paghihigpit sa supply boltahe. Narito ang ilang mga aplikasyon ng transistor-logic gate na gumagana.

Demultiplexer Circuit

Ang isang 1-of-2 demultiplexer na may tatlong NOT gate at dalawang NAND circuit ay makikita sa Figure 7. Ang naaangkop na output ay pinili gamit ang one-bit na 'address input,' na maaaring OUTPUT1 o OUTPUT2, habang ang impormasyon sa pagmamaneho ay inilapat sa circuit gamit ang DATA input.

Ang circuit ay gumagana nang pinakamabisa kapag ang data rate ay pinananatili sa ilalim ng 10 kHz. Ang pag-andar ng circuit ay diretso. Ang input ng DATA ay binibigyan ng kinakailangang signal, na naka-ON ang Q3 at binabaligtad ang papasok na data sa kolektor ng Q3.

Ang output ng Q1 ay hinihimok nang mataas kung ang ADDRESS input ay mababa (grounded o walang signal na ibinigay). Sa kolektor ng Q1, ang mataas na output ay nahahati sa dalawang landas. Sa unang landas, ang output ng Q1 ay ibinibigay sa base ng Q5 (isa sa dalawang-input na mga binti ng NAND gate), i-on ito at samakatuwid ay 'ina-activate' ang gate ng NAND na binubuo ng Q4 at Q5.

Sa pangalawang landas, ang mataas na output ng Q1 ay sabay-sabay na ibinibigay sa input ng isa pang NOT gate (Q2). Pagkatapos sumailalim sa double inversion, nagiging mababa ang output ng Q2. Ang mababang ito ay ibinibigay sa base ng Q7 (isang terminal ng pangalawang gate ng NAND, na binubuo ng Q6 at Q7), kaya pinapatay ang circuit ng NAND.

Ang anumang impormasyon o signal na inilapat sa DATA input ay dumarating sa OUTPUT1 sa ilalim ng mga sitwasyong ito. Bilang kahalili, ang sitwasyon ay mababaligtad kung ang isang mataas na signal ay ibinigay sa ADDRESS input. Ibig sabihin, ipapakita ang anumang impormasyong ibinigay sa circuit sa OUTPUT2 dahil naka-disable ang Q4/Q5 NAND gate at naka-enable ang Q6/Q7 NAND gate.

Oscillator Circuit (Clock Generator)

Ang aming susunod na transistor logic gate application, na inilalarawan sa Fig. 8, ay isang basic clock generator (kilala rin bilang isang oscillator) na gawa sa tatlong ordinaryong NOT gate inverters (isa dito ay biased gamit ang feedback resistor, R2, na naglalagay nito sa ang analogue na rehiyon).

Upang i-square off ang output, ang ikatlong NOT gate (Q3) na naghahatid ng pandagdag sa output ng oscillator ay kasama. Maaaring taasan o bawasan ang halaga ng C1 upang baguhin ang dalas ng pagpapatakbo ng circuit. Ang output waveform ay may dalas na humigit-kumulang 7 kHz na may V+ sa 1.5 volts DC, gamit ang ipinahiwatig na mga halaga ng bahagi.

RS Latch Circuit

Ang Fig. 9 ay nagpapakita ng aming huling application circuit, isang RS latch na binubuo ng dalawang NOR gate. Upang matiyak ang isang malusog na drive ng output sa mga output ng Q at Q, ang mga resistor na R3 at R4 ay inaayos sa 1k ohms.

Ang talahanayan ng katotohanan ng RS latch ay ipinapakita sa tabi ng disenyo ng eskematiko. Ang mga ito ay ilan lamang sa mga larawan ng ilang mapagkakatiwalaan, mababang boltahe, digital, logic-gate circuit na maaaring malikha gamit ang mga indibidwal na transistor.

Ang mga Circuit na Gumagamit ng Transistorized Logic ay Kailangan ng Napakaraming Bahagi

Maraming mga isyu ang maaaring malutas gamit ang lahat ng mga low-voltage transistorized logic circuit na ito. Gayunpaman, ang paggamit ng masyadong marami sa mga transistorized na gate na ito ay maaaring humantong sa mga bagong isyu.

Ang bilang ng mga transistorize at resistors ay maaaring maging medyo malaki kung ang application na iyong binuo ay naglalaman ng isang malaking halaga ng mga gate, na sumasakop sa mahalagang espasyo.

Ang paggamit ng mga transistor arrays (maraming transistor na nakapaloob sa plastic) at SIP (Single Inline Package) resistors sa halip ng mga indibidwal na unit ay isang paraan upang malutas ang problemang ito.

Ang diskarte sa itaas ay maaaring makatipid ng isang toneladang espasyo sa isang pcb habang pinapanatili ang pagganap na katumbas ng kanilang buong laki na katumbas. Inaalok ang mga transistor array sa surface-mount, 14-pin through-hole, at quad pack packaging.

Para sa karamihan ng mga circuit, ang paghahalo ng mga uri ng transistor ay maaaring lubos na katanggap-tanggap.

Gayunpaman, ipinapayong gumana ang eksperimento sa isang solong uri ng transistor para sa pagbuo ng transistorized logic circuits (ibig sabihin, kung lumikha ka ng isang seksyon ng isang gate gamit ang BC547, pagkatapos ay subukang gamitin ang parehong BJT para sa paggawa din ng iba pang natitirang mga gate).

Ang pangangatwiran ay ang iba't ibang mga variant ng transistor ay maaaring magkaroon ng medyo magkakaibang mga katangian at sa gayon ay maaaring kumilos nang iba.

Halimbawa, para sa ilang transistor ang base switch-ON na limitasyon ay maaaring mas malaki o mas maliit kaysa sa isa pa, o ang isa ay maaaring magkaroon ng pangkalahatang kasalukuyang gain na medyo mas mataas o mas mababa.

Sa kabilang banda, ang halaga ng pagbili ng isang bulk box ng isang solong uri ng transistor ay maaaring mas mababa din. Ang pagganap ng iyong mga circuit ay mapapahusay kung ang iyong mga logic gate ay binuo gamit ang pagtutugma ng mga transistor, at ang proyekto sa kabuuan nito ay magiging mas kapakipakinabang sa huli.