Proiectarea unei și a porții folosind tranzistoare

După cum mulți dintre noi știm, un circuit integrat sau un CI este o combinație de multe circuite mici într-un pachet mic care împreună îndeplinește o sarcină comman. La fel ca un amplificator operațional sau 555 Timer IC este construit prin combinația mai multor tranzistoare, flip-flop-uri, porți logice și alte circuite digitale combinaționale. În mod similar, un Flip-Flop poate fi construit folosind o combinație de porți logice, iar porțile logice în sine pot fi construite folosind câțiva tranzistori.

Porțile logice sunt elementele de bază ale unui circuit electronic digital. De la Flip-Flops de bază la Microcontrolere Porțile logice formează principiul care stă la baza modului în care sunt stocate și procesate biții. Acestea stabilesc relația dintre fiecare intrare și ieșire a unui sistem folosind o logică arthmetică. Există multe tipuri diferite de porți logice și fiecare dintre ele are o logică diferită care poate fi utilizată în scopuri diferite. Dar accentul acestui articol va fi pe poarta AND, deoarece mai târziu vom construi o poartă AND folosind un circuit de tranzistor BJT. Incitant nu? Să începem.

ȘI Logic Gate

Poarta logică AND este o poartă logică în formă de D cu două intrări și o singură ieșire, unde forma D dintre intrare și ieșire este circuitul logic. Relația dintre valorile de intrare și ieșire poate fi explicată folosind tabelul AND Gate Adevăr prezentat mai jos.

Ecuațiile de ieșire pot fi explicate cu ușurință folosind ecuația booleană a porții AND, care este Q = A x B sau Q = AB. Prin urmare, pentru o poartă AND ieșirea este HIGH doar atunci când ambele intrări sunt HIGH.

Tranzistor

Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu trei terminale care pot fi conectate la un circuit extern. Dispozitivul poate fi folosit ca întrerupător și, de asemenea, ca amplificator pentru a schimba valorile sau pentru a controla trecerea unui semnal electric.

Pentru a construi o poartă logică AND folosind un tranzistor, am folosi tranzistoare BJT care pot fi clasificate în continuare în două tipuri: PNP și NPN - tranzistoare de joncțiune bipolare. Simbolul circuitului pentru fiecare dintre ele poate fi văzut mai jos.

Acest articol vă va explica cum să construiți circuitul AND Gate utilizând tranzistorul. Logica unei porți AND este explicată deja mai sus și pentru a construi o poartă AND folosind un tranzistor vom urma același tabel de adevăr prezentat mai sus.

Schema circuitului și componentele necesare

Lista componentelor necesare pentru a construi o poartă ȘI folosind un tranzistor NPN este listată după cum urmează:

1. Două tranzistoare NPN. (De asemenea, puteți utiliza tranzistor PNP dacă este disponibil)
2. Două rezistențe de 10KΩ și un rezistor de 4-5KΩ.
3. Un LED (diodă emițătoare de lumină) pentru a verifica ieșirea.
4. O pană de pâine.
5. Alimentare A + 5V.
6. Două butoane PUSH.
7. Conectarea firelor.

Circuitul reprezintă atât intrările A & B pentru poarta ȘI ieșirea, Q, care are, de asemenea, o alimentare de + 5V la colectorul primului tranzistor, care este conectat în serie la al doilea tranzistor și un LED este conectat la terminalul emițător al al doilea tranzistor. Intrările A & B sunt conectate la terminalul de bază al tranzistorului 1 și respectiv al tranzistorului 2, iar ieșirea Q se duce la LED-ul terminalului pozitiv. Diagrama de mai jos reprezintă circuitul explicat mai sus pentru a construi o poartă ȘI folosind tranzistorul NPN.

Tranzistoarele utilizate în acest tutorial sunt tranzistorul BC547 NPN și au fost adăugate cu toate componentele menționate mai sus în circuit, așa cum se arată mai jos.

Dacă nu aveți butoanele la îndemână, puteți utiliza și firele ca întrerupător adăugându-le sau îndepărtându-le ori de câte ori este necesar (în loc să apăsați butonul). Același lucru s-a putut vedea și în clipul în care aș folosi firele ca întrerupător conectat la terminalul de bază pentru ambele tranzistoare.

Același circuit atunci când este construit folosind componentele hardware menționate mai sus, circuitul ar arăta ceva asemănător în imaginea de mai jos.

Funcționarea și poarta folosind tranzistorul

Aici vom folosi tranzistorul ca un comutator și astfel, atunci când se aplică o tensiune printr-un terminal de colector al tranzistorului NPN, tensiunea ajunge la joncțiunea emițătorului numai atunci când joncțiunea de bază are o sursă de tensiune între 0V și tensiunea colectorului.

În mod similar, circuitul de mai sus ar face LED-ul să strălucească, adică ieșirea este 1 (înaltă) numai atunci când ambele intrări sunt 1 (înaltă), adică atunci când există o sursă de tensiune la borna de bază a ambelor tranzistoare. Adică, va exista o cale de curent linie dreaptă de la VCC (+ 5V alimentare) la LED și mai departe la sol. Odihnați-vă în toate cazurile, ieșirea va fi 0 (scăzută) și LED-ul va fi stins. Toate acestea pot fi explicate mai detaliat prin înțelegerea fiecărui caz unul câte unul.

Cazul 1: Când ambele intrări sunt zero - A = 0 & B = 0.

Când ambele intrări A și B sunt 0, nu trebuie să apăsați niciunul dintre butoane în acest caz. Dacă nu utilizați butoanele, scoateți firele conectate, butoanele și borna de bază a ambelor tranzistoare. Deci, avem ambele intrări A și B ca 0 și acum trebuie să verificăm ieșirea, care ar trebui să fie și 0 în conformitate cu tabelul de adevăr al porții ȘI.

Acum, când o tensiune este alimentată prin terminalul colector al tranzistorului 1, emițătorul nu primește nicio intrare deoarece valoarea terminalului de bază este 0. În mod similar, emițătorul tranzistorului 1 care este conectat la colectorul tranzistorului 2, nu furnizează curent sau tensiune și, de asemenea, valoarea terminalului de bază al tranzistorului 2 este 0. Deci, emițătorul celui de-al ^doilea tranzistor transmite valoarea 0 și, ca urmare, LED-ul ar fi OFF.

Cazul 2: Când intrările sunt - A = 0 & B = 1.

În cel de-al doilea caz, când intrările sunt A = 0 & B = 1, circuitul are prima intrare ca 0 (scăzut) și a doua intrare ca 1 (înalt) la baza tranzistorului 1 și, respectiv, 2. Acum, când o sursă de 5V este trecută la colectorul primului tranzistor, atunci nu există nicio schimbare în defazarea tranzistorului, deoarece terminalul de bază are 0 intrare. Care transmite 0 valoare emițătorului și emițătorul primului tranzistor este conectat la colectorul celui de-al doilea tranzistor din serie, deci valoarea 0 intră în colectorul celui de-al doilea tranzistor.

Acum, al doilea tranzistor are o valoare ridicată în bază, deci ar permite ca aceeași valoare primită în colector să treacă la emițător. Dar, din moment ce valoarea este 0 în terminalul colector al celui de-al doilea tranzistor, de aceea și emițătorul va fi 0 și LED-ul conectat la emițător nu ar străluci.

Cazul 3: Când intrările sunt - A = 1 & B = 0.

Aici, intrarea este 1 (mare) pentru prima bază de tranzistor și scăzută pentru a doua bază de tranzistor. Deci, calea curentă va începe de la sursa de alimentare de 5V la colectorul celui de-al doilea tranzistor care trece prin colectorul și emițătorul primului tranzistor, deoarece valoarea terminalului de bază este mare pentru primul tranzistor.

Dar în cel de-al doilea tranzistor, valoarea terminalului de bază este 0 și, prin urmare, nu trece curent de la colector la emițătorul celui de-al doilea tranzistor și, ca urmare, ledul ar fi în continuare oprit doar.

Cazul 4: Când ambele intrări sunt una - A = 1 și B = 1.

Ultimul caz și aici se presupune că ambele intrări sunt mari, care sunt conectate la bornele de bază ale ambelor tranzistoare. Aceasta înseamnă că ori de câte ori un curent sau o tensiune trece prin colectorul ambelor tranzistoare, baza atinge saturația sa și tranzistorul conduce.

Explicând practic, atunci când este furnizată o sursă de + 5V la terminalul colector al tranzistorului 1 și, de asemenea, terminalul de bază este saturat atunci, terminalul emițătorului va primi o ieșire mare, deoarece tranzistorul este polarizat înainte. Această ieșire ridicată la emițător merge direct la colectorul celui de-al 2- ^lea tranzistor printr-o conexiune în serie. Acum, în mod similar la cel de-al doilea tranzistor, intrarea la colector este mare și, în acest caz, terminalul de bază este, de asemenea, ridicat, ceea ce înseamnă că al doilea tranzistor este, de asemenea, într-o stare saturată, iar intrarea mare ar trece de la colector la emițător. Această ieșire ridicată la emițător merge la LED-ul care aprinde LED-ul.

Prin urmare, toate cele patru cazuri au aceleași intrări și ieșiri ca poarta logică reală ȘI. Astfel, am construit o poartă AND logică folosind un tranzistor. Sper că ați înțeles tutorialul și v-a plăcut să învățați ceva nou. Funcționarea completă a setului poate fi găsită în videoclipul de mai jos. În următorul nostru tutorial vom învăța, de asemenea, cum să construim poarta SAU folosind tranzistorul și NU poarta folosind tranzistorul. Dacă aveți întrebări, lăsați-le în secțiunea de comentarii de mai jos sau folosiți forumurile noastre pentru alte întrebări tehnice.