Σχεδιασμός και πύλη χρησιμοποιώντας τρανζίστορ

Όπως πολλοί από εμάς γνωρίζουμε ότι ένα Ολοκληρωμένο Κύκλωμα ή IC είναι ένας συνδυασμός πολλών μικρών κυκλωμάτων σε ένα μικρό πακέτο το οποίο μαζί εκτελεί μια εργασία comman. Όπως ένας λειτουργικός ενισχυτής ή το 555 Timer IC είναι κατασκευασμένο από συνδυασμό πολλών τρανζίστορ, Flip-Flops, Logic Gates και άλλων συνδυαστικών ψηφιακών κυκλωμάτων. Παρομοίως, ένα Flip-Flop μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό Logic Gates και το ίδιο το Logic Gates μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας μερικά τρανζίστορ.

Το Logic Gates είναι τα βασικά στοιχεία ενός ψηφιακού ηλεκτρονικού κυκλώματος. Από τις βασικές Flip-Flops έως τις Μικροελεγκτές Οι πύλες Logic αποτελούν την υποκείμενη αρχή για τον τρόπο αποθήκευσης και επεξεργασίας των bit. Δηλώνουν τη σχέση μεταξύ κάθε εισόδου και εξόδου ενός συστήματος χρησιμοποιώντας μια αρθματική λογική. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι λογικών πυλών και καθένας από αυτούς έχει διαφορετική λογική που χρησιμοποιείται για διαφορετικούς σκοπούς. Αλλά το επίκεντρο αυτού του άρθρου θα είναι στην πύλη AND γιατί αργότερα θα κατασκευάζαμε μια πύλη AND χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα τρανζίστορ BJT. Συναρπαστικό, σωστά; Ας αρχίσουμε.

ΚΑΙ Πύλη λογικής

Η πύλη λογικής AND είναι μια λογική πύλη σχήματος D με δύο εισόδους και μία μόνο έξοδο, όπου το σχήμα D μεταξύ της εισόδου και της εξόδου είναι το λογικό κύκλωμα. Η σχέση μεταξύ των τιμών εισόδου και εξόδου μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας τον Πίνακα Αλήθειας AND Gate που φαίνεται παρακάτω.

Η έξοδος εξισώσεων μπορεί να εξηγηθεί εύκολα χρησιμοποιώντας το AND Gate Boolean Equation, το οποίο είναι Q = A x B ή Q = AB. Ως εκ τούτου, για μια πύλη AND η έξοδος είναι ΥΨΗΛΗ μόνο όταν και οι δύο είσοδοι είναι ΥΨΗΛΕΣ.

Τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών με τρεις ακροδέκτες που μπορούν να συνδεθούν σε ένα εξωτερικό κύκλωμα. Η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διακόπτης και επίσης ως ενισχυτής για την αλλαγή των τιμών ή τον έλεγχο της μετάδοσης ενός ηλεκτρικού σήματος.

Για την κατασκευή μιας πύλης λογικής AND χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ θα χρησιμοποιούσαμε τρανζίστορ BJT τα οποία μπορούν να ταξινομηθούν περαιτέρω σε δύο τύπους: PNP και NPN - Bipolar Junction Transistors. Το σύμβολο κυκλώματος για καθένα από αυτά φαίνεται παρακάτω.

Αυτό το άρθρο θα σας εξηγήσει πώς να δημιουργήσετε κύκλωμα AND Gate χρησιμοποιώντας τρανζίστορ. Η λογική μιας πύλης AND εξηγείται ήδη παραπάνω και για να χτίσουμε μια πύλη AND χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ θα ακολουθήσουμε τον ίδιο πίνακα αλήθειας που φαίνεται παραπάνω.

Απαιτείται διάγραμμα κυκλώματος και εξαρτήματα

Η λίστα των στοιχείων που απαιτούνται για τη δημιουργία μιας πύλης AND χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ NPN παρατίθενται ως εξής:

1. Δύο τρανζίστορ NPN. (Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τρανζίστορ PNP εάν υπάρχει)
2. Δύο αντιστάσεις 10KΩ & μία αντίσταση 4-5KΩ.
3. Ένα LED (Light Emitting Diode) για έλεγχο της εξόδου.
4. Ένα Breadboard.
5. Τροφοδοσία A + 5V.
6. Δύο κουμπιά PUSH.
7. Σύνδεση καλωδίων.

Το κύκλωμα αντιπροσωπεύει τόσο τις εισόδους A & B για την πύλη AND όσο και την έξοδο, Q που έχει επίσης τροφοδοσία + 5V στον συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ που συνδέεται σε σειρά με το δεύτερο τρανζίστορ και ένα LED είναι συνδεδεμένο στον ακροδέκτη του πομπού του το δεύτερο τρανζίστορ. Οι είσοδοι Α & Β συνδέονται με τον ακροδέκτη βάσης του Τρανζίστορ 1 και του Τρανζίστορ 2, αντίστοιχα και η έξοδος Q πηγαίνει στο θετικό τερματικό LED. Το παρακάτω διάγραμμα αντιπροσωπεύει το παραπάνω εξηγημένο κύκλωμα για τη δημιουργία μιας πύλης AND χρησιμοποιώντας NPN Transistor.

Τα τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται σε αυτό το σεμινάριο είναι BC547 NPN Transistor και προστέθηκαν με όλα τα παραπάνω στοιχεία στο κύκλωμα, όπως φαίνεται παρακάτω.

Εάν δεν έχετε μαζί σας τα κουμπιά, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε καλώδια ως διακόπτες προσθέτοντας ή αφαιρώντας τα όποτε απαιτείται (αντί να πατήσετε το swtich). Το ίδιο θα μπορούσε να φανεί και στο βίντεο όπου θα χρησιμοποιούσα τα καλώδια ως διακόπτη συνδεδεμένο στο τερματικό βάσης και για τα δύο τρανζίστορ.

Το ίδιο κύκλωμα όταν κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας τα παραπάνω στοιχεία υλικού, το κύκλωμα θα μοιάζει με την παρακάτω εικόνα.

Εργασία και πύλη χρησιμοποιώντας τρανζίστορ

Εδώ θα χρησιμοποιούμε το τρανζίστορ ως διακόπτη και έτσι, όταν εφαρμόζεται μια τάση μέσω ενός ακροδέκτη συλλέκτη του τρανζίστορ NPN, η τάση φτάνει στον κόμβο Emitter μόνο όταν η βασική σύνδεση έχει παροχή τάσης μεταξύ 0V και τάσης συλλέκτη.

Παρομοίως, το παραπάνω κύκλωμα θα έκανε το LED να λάμψει, δηλαδή η έξοδος είναι 1 (Υψηλή) μόνο όταν και οι δύο είσοδοι είναι 1 (Υψηλή) δηλαδή όταν υπάρχει παροχή τάσης στον ακροδέκτη βάσης και των δύο τρανζίστορ. Δηλαδή, θα υπάρχει μια ευθεία διαδρομή ρεύματος από το VCC (+5V τροφοδοτικό) προς το LED και περαιτέρω προς το έδαφος. Ξεκουραστείτε σε όλες τις περιπτώσεις, η έξοδος θα είναι 0 (Χαμηλή) και η LED θα σβήσει. Όλα αυτά μπορούν να εξηγηθούν λεπτομερέστερα κατανοώντας κάθε περίπτωση μία προς μία.

Περίπτωση 1: Όταν και οι δύο είσοδοι είναι μηδέν - A = 0 & B = 0.

Όταν και οι δύο είσοδοι A & B είναι 0, δεν χρειάζεται να πατήσετε κανένα από τα κουμπιά σε αυτήν την περίπτωση. Εάν δεν χρησιμοποιείτε τα κουμπιά, αφαιρέστε τα καλώδια που είναι συνδεδεμένα, τα κουμπιά και τον ακροδέκτη βάσης και των δύο τρανζίστορ. Λοιπόν, έχουμε και τις δύο εισόδους A & B ως 0 και τώρα πρέπει να ελέγξουμε για την έξοδο, η οποία θα πρέπει επίσης να είναι 0 σύμφωνα με τον πίνακα αλήθειας AND πύλη.

Τώρα, όταν παρέχεται τάση μέσω του ακροδέκτη συλλέκτη του τρανζίστορ 1, ο πομπός δεν λαμβάνει καμία είσοδο επειδή η τιμή του τερματικού βάσης είναι 0. Ομοίως, ο πομπός του τρανζίστορ 1 που είναι συνδεδεμένος με τον συλλέκτη του τρανζίστορ 2, δεν παρέχει ρεύμα ή τάση, καθώς και η βασική τιμή του τερματικού τρανζίστορ 2 είναι 0. Έτσι, ^ο εκπομπός 2 ^ην τρανζίστορ εξάγει την τιμή 0 και ως εκ τούτου, το LED θα είναι σβηστό.

Περίπτωση 2: Όταν οι είσοδοι είναι - A = 0 & B = 1.

Στη δεύτερη περίπτωση, όταν οι είσοδοι είναι A = 0 & B = 1, το κύκλωμα έχει την πρώτη είσοδο ως 0 (Χαμηλή) και η δεύτερη είσοδο ως 1 (Υψηλή) στη βάση του τρανζίστορ 1 & 2, αντίστοιχα. Τώρα, όταν μια τροφοδοσία 5V μεταβιβάζεται στον συλλέκτη του πρώτου τρανζίστορ, τότε δεν υπάρχει αλλαγή στη μετατόπιση φάσης του τρανζίστορ δεδομένου ότι το τερματικό βάσης έχει 0 είσοδο. Το οποίο περνά 0 τιμή στον πομπό και ο πομπός του πρώτου τρανζίστορ συνδέεται με τον συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ σε σειρά, οπότε η τιμή 0 πηγαίνει στον συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ.

Τώρα, το δεύτερο τρανζίστορ έχει υψηλή τιμή στη βάση, οπότε θα επέτρεπε να περάσει στην εκπομπή η ίδια τιμή που λήφθηκε στον συλλέκτη. Αλλά επειδή η τιμή είναι 0 στο τερματικό συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ, γι 'αυτό και ο πομπός θα είναι επίσης 0 και το LED που είναι συνδεδεμένο στον πομπό δεν θα ανάβει.

Περίπτωση 3: Όταν οι είσοδοι είναι - A = 1 & B = 0.

Εδώ, η είσοδος είναι 1 (υψηλή) για την πρώτη βάση τρανζίστορ και χαμηλή για τη δεύτερη βάση τρανζίστορ. Έτσι, η τρέχουσα διαδρομή θα ξεκινήσει από την τροφοδοσία 5V στον συλλέκτη του δεύτερου τρανζίστορ που περνά μέσω του συλλέκτη και του πομπού του πρώτου τρανζίστορ, καθώς η τιμή του τερματικού βάσης είναι υψηλή για το πρώτο τρανζίστορ.

Αλλά στο δεύτερο τρανζίστορ, η τιμή του τερματικού βάσης είναι 0 και έτσι, κανένα ρεύμα δεν περνά από τον συλλέκτη στον πομπό του δεύτερου τρανζίστορ και ως αποτέλεσμα, το led θα εξακολουθεί να είναι απενεργοποιημένο μόνο.

Περίπτωση 4: Όταν και οι δύο είσοδοι είναι μία - A = 1 & B = 1.

Η τελευταία περίπτωση και εδώ και οι δύο είσοδοι υποτίθεται ότι είναι υψηλές οι οποίες συνδέονται με τους ακροδέκτες βάσης και των δύο τρανζίστορ. Αυτό σημαίνει κάθε φορά που ένα ρεύμα ή τάση διέρχεται από τον συλλέκτη και των δύο τρανζίστορ, η βάση φτάνει στον κορεσμό της και το τρανζίστορ πραγματοποιεί.

Πρακτικά εξηγώντας, όταν παρέχεται τροφοδοσία +5V στον ακροδέκτη συλλέκτη του τρανζίστορ 1 και επίσης ο τερματικός σταθμός βάσης είναι κορεσμένος τότε, ο ακροδέκτης εκπομπής θα λάβει υψηλή έξοδο δεδομένου ότι το τρανζίστορ είναι προκατειλημμένο προς τα εμπρός. Αυτή η υψηλή απόδοση στον πομπό κατευθύνεται απευθείας στον συλλέκτη του ^2ου τρανζίστορ μέσω μιας σειράς σύνδεσης. Τώρα, παρόμοια στο δεύτερο τρανζίστορ, η είσοδος στον συλλέκτη είναι υψηλή και σε αυτήν την περίπτωση, το τερματικό βάσης είναι επίσης υψηλό, που σημαίνει ότι το δεύτερο τρανζίστορ είναι επίσης σε κορεσμένη κατάσταση και η υψηλή είσοδος θα περάσει από τον συλλέκτη στον εκπομπό. Αυτή η υψηλή απόδοση στον πομπό πηγαίνει στο LED που ανάβει το LED.

Ως εκ τούτου, και οι τέσσερις περιπτώσεις έχουν τις ίδιες εισόδους και εξόδους με την πραγματική πύλη λογικής ΚΑΙ. Έτσι, έχουμε δημιουργήσει μια πύλη AND Logic χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ. Ελπίζω να καταλάβατε το σεμινάριο και να απολαύσατε να μάθετε κάτι νέο. Η πλήρης λειτουργία της ρύθμισης βρίσκεται στο παρακάτω βίντεο. Στο επόμενο σεμινάριό μας θα μάθουμε επίσης πώς να χτίζουμε πύλη OR χρησιμοποιώντας τρανζίστορ και ΟΧΙ πύλη χρησιμοποιώντας τρανζίστορ. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις αφήστε τις στην παρακάτω ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ μας για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.