Проектирование затвора и на транзисторах

Как многие из нас знают, интегральная схема или ИС - это комбинация множества небольших схем в небольшом корпусе, которые вместе выполняют общую задачу. Подобно операционному усилителю или микросхеме таймера 555, она построена на основе комбинации многих транзисторов, триггеров, логических вентилей и других комбинационных цифровых схем. Точно так же триггер может быть построен с использованием комбинации логических вентилей, а сами логические вентили могут быть построены с использованием нескольких транзисторов.

Логические ворота - это основа многих цифровых электронных схем. От базовых триггеров до микроконтроллеров. Логические вентили образуют основной принцип хранения и обработки битов. Они устанавливают связь между каждым вводом и выводом системы, используя логику артметики. Существует много разных типов логических вентилей, и каждый из них имеет разную логику, которая может использоваться для разных целей. Но основное внимание в этой статье будет уделено логическому элементу AND, потому что позже мы будем строить логический элемент AND, используя схему транзистора BJT. Интересно, правда? Давайте начнем.

И логический шлюз

Логический вентиль И - это логический вентиль в форме D с двумя входами и одним единственным выходом, где D-образная форма между входом и выходом представляет собой логическую схему. Связь между входными и выходными значениями можно объяснить с помощью приведенной ниже таблицы истинности логического элемента И.

Выходные данные уравнения можно легко объяснить с помощью логического уравнения логического элемента AND, которое имеет вид Q = A x B или Q = AB. Следовательно, для логического элемента И выходной сигнал ВЫСОКИЙ только тогда, когда оба входа имеют ВЫСОКИЙ уровень.

Транзистор

Транзистор - это полупроводниковый прибор с тремя выводами, который можно подключить к внешней цепи. Устройство можно использовать как переключатель, а также как усилитель для изменения значений или управления прохождением электрического сигнала.

Для построения логического элемента И с использованием транзистора мы будем использовать биполярные транзисторы, которые можно разделить на два типа: PNP и NPN - транзисторы с биполярным переходом. Символ схемы для каждого из них можно увидеть ниже.

Эта статья объяснит вам, как построить схему логического элемента И на транзисторе. Логика логического элемента И уже объяснена выше, и для построения логического элемента И с использованием транзистора мы будем следовать той же таблице истинности, которая показана выше.

Принципиальная схема и необходимые компоненты

Список компонентов, необходимых для построения логического элемента И с использованием транзистора NPN, представлен следующим образом:

1. Два NPN-транзистора. (Вы также можете использовать транзистор PNP, если он есть)
2. Два резистора 10 кОм и один резистор 4-5 кОм.
3. Один светодиод (светоизлучающий диод) для проверки выхода.
4. Макетная плата.
5. Источник питания + 5В.
6. Две кнопки PUSH.
7. Подключение проводов.

Схема представляет как входы A и B для логического элемента И, так и выход Q, который также имеет подачу + 5 В на коллектор первого транзистора, который соединен последовательно со вторым транзистором, а светодиодный индикатор подключен к выводу эмиттера. второй транзистор. Входы A и B подключены к клемме базы транзистора 1 и транзистора 2 соответственно, а выход Q идет к светодиоду положительной клеммы. На схеме ниже представлена ​​объясненная выше схема для построения логического элемента И с использованием транзистора NPN.

В этом руководстве используются транзисторы BC547 NPN, которые были добавлены со всеми вышеупомянутыми компонентами в схему, как показано ниже.

Если у вас нет с собой кнопок, вы также можете использовать провода в качестве переключателя, добавляя или удаляя их, когда это необходимо (вместо нажатия переключателя). То же самое можно было увидеть на видео, где я использовал бы провода в качестве переключателя, подключенного к клемме базы для обоих транзисторов.

Эта же схема, построенная с использованием вышеупомянутых аппаратных компонентов, будет выглядеть примерно так, как на изображении ниже.

Работа And Gate с использованием транзистора

Здесь мы будем использовать транзистор в качестве переключателя, и поэтому, когда напряжение подается через клемму коллектора NPN-транзистора, напряжение достигает эмиттерного перехода только тогда, когда базовый переход имеет подачу напряжения между 0 В и напряжением коллектора.

Точно так же в приведенной выше схеме будет светиться светодиод, т.е. на выходе будет 1 (высокий), только когда на обоих входах будет 1 (высокий), то есть когда на базовом выводе обоих транзисторов есть напряжение. Это означает, что будет прямолинейный путь тока от VCC (источник питания +5 В) до светодиода и далее до земли. Во всех остальных случаях на выходе будет 0 (низкий), а светодиод погаснет. Все это можно объяснить более подробно, разбираясь в каждом конкретном случае по отдельности.

Случай 1: Когда оба входа равны нулю - A = 0 и B = 0.

Когда оба входа A и B равны 0, вам в этом случае не нужно нажимать какие-либо кнопки. Если вы не используете кнопки, отсоедините провода, соединенные с кнопками и клеммой базы обоих транзисторов. Итак, мы получили оба входа A и B как 0, и теперь нам нужно проверить выход, который также должен быть 0 в соответствии с таблицей истинности логического элемента AND.

Теперь, когда напряжение подается через вывод коллектора транзистора 1, эмиттер не получает никакого ввода, потому что значение на выводе базы равно 0. Точно так же эмиттер транзистора 1, который подключен к коллектору транзистора 2, не подает никаких сигналов. ток или напряжение, а также значение базовой клеммы транзистора 2 равно 0. Таким образом, эмиттер 2- ^го транзистора выдает значение 0, и в результате светодиод будет выключен.

Случай 2: Когда входы - A = 0 и B = 1.

Во втором случае, когда входы A = 0 и B = 1, схема имеет первый вход как 0 (низкий), а второй вход как 1 (высокий) на базу транзистора 1 и 2 соответственно. Теперь, когда на коллектор первого транзистора подается напряжение 5 В, фазовый сдвиг транзистора не изменяется, так как на клемме базы 0 вход. Которая передает значение 0 на эмиттер, а эмиттер первого транзистора последовательно соединен с коллектором второго транзистора, поэтому значение 0 поступает на коллектор второго транзистора.

Теперь второй транзистор имеет высокое значение в базе, поэтому он позволит передать то же значение, полученное в коллекторе, на эмиттер. Но поскольку значение 0 на выводе коллектора второго транзистора, эмиттер также будет равен 0, а светодиод, подключенный к эмиттеру, не будет светиться.

Случай 3: Когда входы - A = 1 & B = 0.

Здесь вход 1 (высокий) для первой базы транзистора и низкий для второй базы транзистора. Таким образом, путь тока начнется от источника питания 5 В на коллектор второго транзистора, проходящего через коллектор и эмиттер первого транзистора, поскольку значение клеммы базы для первого транзистора высокое.

Но во втором транзисторе значение клеммы базы равно 0, и поэтому ток не проходит от коллектора к эмиттеру второго транзистора, и в результате светодиод все равно будет выключен.

Случай 4: Когда оба входа один - A = 1 и B = 1.

В последнем случае предполагается, что оба входа имеют высокий уровень, которые подключены к клеммам базы обоих транзисторов. Это означает, что всякий раз, когда ток или напряжение проходят через коллектор обоих транзисторов, база достигает своего насыщения, а транзистор проводит.

Практически объясняя это, когда на вывод коллектора транзистора 1 подается питание +5 В, а также вывод базы насыщен, вывод эмиттера будет получать высокий выходной сигнал, поскольку транзистор смещен в прямом направлении. Этот высокий выходной сигнал эмиттера идет напрямую на коллектор 2- ^го транзистора через последовательное соединение. Теперь, аналогично на втором транзисторе, вход коллектора высокий, и в этом случае контакт базы также высокий, что означает, что второй транзистор также находится в состоянии насыщения, и высокий вход будет проходить от коллектора к эмиттеру. Этот высокий выходной сигнал эмиттера переходит на светодиод, который включает светодиод.

Следовательно, все четыре случая имеют те же входы и выходы, что и фактический логический вентиль И. Таким образом, мы построили логический вентиль И, используя транзистор. Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то нового. Полную работу установки можно увидеть на видео ниже. В нашем следующем уроке мы также узнаем, как построить логический элемент ИЛИ с помощью транзистора, а НЕ с помощью транзистора. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте наши форумы для других технических вопросов.