Како направити логичке капије користећи транзисторе

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





У овом посту ћемо научити како да направимо логичке капије НЕ, И, НАНД, ОР и НОР користећи дискретне транзисторе. Главна предност коришћења транзисторских логичких капија је да могу да раде чак и са напонима од 1,5 В.

У неким електронским апликацијама доступни напон може бити неадекватан за напајање ТТЛ или чак ЦМОС ИЦ-а. Ово посебно важи за уређаје који раде на батерије. Без сумње, увек имате 3-волтну логичку ИЦ опцију. Међутим, они нису увек лако доступни ентузијастима или експериментаторима и не раде испод дефинисаних спецификација напона (углавном испод 2,5 волти ДЦ).



Штавише, може бити места само за једну батерију од 1,5 волти у апликацији на батерије. Па, шта ћеш онда да радиш? Обично ИЦ логичке капије могу бити замењени транзисторизованим логичким вратима. За сваку конкретну логичку капију генерално је потребно само неколико транзистора, а за типичну логику претварача НЕ капије потребан је само један транзистор.

ФЕТ против биполарног транзистора

Транзистори са ефектом поља (ФЕТ) вс биполарни транзистори : која је боља опција за нисконапонска логичка кола? Једна сјајна карактеристика ЧИЊЕНИЦЕ је да је њихов отпор „на“ невероватно низак. Поред тога, потребна им је веома ниска струја укључивања капије.



Међутим, они имају једно ограничење у екстремно нисконапонским апликацијама. Типично, граница напона капије је један волт или тако нешто. Штавише, расположиви напон може да се смањи испод оптималног радног опсега ФЕТ-а ако је на капији прикључен отпорник за ограничавање струје или падајући отпорник.

Супротно томе, биполарни комутациони транзистори имају предност у апликацијама са изузетно ниским напоном, са једном батеријом, јер им је потребно само 0,6 до 0,7 волти да би се укључили.

Штавише, већина уобичајених ФЕТ-ова, који се обично продају у пакетима са мехурићима у вашој најближој продавници електронике, често су скупљи од биполарних транзистора. Такође, велики пакет биполарних транзистора се генерално може купити по цени пара ФЕТ-ова.

Руковање ФЕТ захтева знатно више пажње него руковање биполарним транзистором. Електростатичка и општа експериментална злоупотреба чине ФЕТ-ове посебно подложним оштећењу. Изгореле компоненте могу покварити пријатно, креативно вече експериментисања или иновације, да не заборавимо емоционални бол отклањања грешака.

Основе комутационих транзистора

Примери логичких кола објашњени у овом чланку користе биполарне НПН транзисторе јер су приступачни и не захтевају посебно руковање. Да бисте избегли оштећење уређаја или делова који га подржавају, треба предузети одговарајуће мере безбедности пре повезивања вашег кола.

Иако су наша кола претежно усредсређена на биполарне спојне транзисторе (БЈТ), они су подједнако добро могли бити конструисани коришћењем ФЕТ технологије.

Основно коло прекидача је једноставна транзисторска апликација, што је један од најлакших дизајна.

Прављење НЕ капије са једним транзистором

Шема транзисторског прекидача је приказана на слици 1. У зависности од тога како је имплементиран у одређеној апликацији, прекидач се може видети као ниско или нормално отворен.

Једноставна логичка капија претварача НЕ капија може бити креирана помоћу директног склопног кола приказаног на слици 1 (где је тачка А улаз). НОТ капија ради на такав начин да ако се не обезбеди ДЦ пристрасност бази транзистора (тачка А; К1), она ће остати искључена, што резултира високим или логичким 1 (једнаким В+ нивоу) на излазу ( тачка Б).

Међутим, транзистор се активира када се обезбеди одговарајућа пристрасност бази К1, гурајући излаз кола на ниско или на логичку 0 (скоро једнак нултом потенцијалу). Транзистор, означен као К1, је биполарни транзистор опште намене, или БЦ547, који се обично користи у преклопним и појачавачима мале снаге.

Било који транзистор који је њему еквивалентан (као што је 2Н2222, 2Н4401, итд.) би радио. Вредности Р1 и Р2 су одабране да би се постигао компромис између одлива мале струје и компатибилности. У свим дизајнима, отпорници су сви 1/4 вата, 5% јединица.

Напон напајања је подесив између 1,4 и 6 волти ДЦ. Имајте на уму да коло може радити као бафер када се отпорник оптерећења и излазна веза помјере на емитер транзистора.

Прављење бафер капије користећи један БЦ547 БЈТ

Пратилац напона, или бафер појачавач, је тип логичке комутационе конфигурације идентичне оној приказаној на слици 2. Треба напоменути да су отпорник оптерећења и излазни терминал померени са колектора транзистора на његов емитер у овом колу, што је примарна разлика између овог дизајна и оног приказаног на слици 1.

Функционисање транзистора се такође може 'окренути' померањем отпорника оптерећења и излазног терминала на други крај БЈТ-а.

Другим речима, када нема пристрасности на улазу кола, излаз кола остаје низак; међутим, када се пристрасност одговарајућег напона доведе на улаз кола, излаз кола постаје висок. (То је управо супротно од онога што се дешава у ранијем кругу.)

Пројектовање логичких капија са два улаза коришћењем транзистора

И капија помоћу два транзистора

Слика 3 илуструје како се основна капија И са два улаза може креирати коришћењем пара бафера, заједно са табелом истинитости за ту капију. Табела истинитости илуструје какви би били излазни резултати за сваки посебан скуп улаза. Тачке А и Б се користе као улази у коло, а тачка Ц служи као излаз кола.

Важно је напоменути из табеле истинитости да само један скуп улазних параметара резултира логичким високим излазним сигналом, док све остале комбинације улаза резултирају логичким ниским излазом. Излаз И капије на слици 3 остаје нешто испод В+ када се повећа.

Ово се дешава због пада напона између два транзистора (К1 и К2).

НАНД капија која користи два транзистора

Друга варијанта кола на слици 3 и повезана табела истинитости приказани су на слици 4. Коло се претвара у НАНД капију померањем излаза (тачка Ц) и излазног отпорника на колектор горњег транзистора (К1).

Пошто и К1 и К2 морају бити укључени да би се доња страна Р1 повукла на масу, губитак напона на излазу Ц је безначајан.

Ако транзисторским АНД или транзисторским НАНД капима треба више од два улаза, више транзистора би се могло повезати у приказаним дизајнима да би се обезбедила три, четири, итд., улазна И или НАНД капија.

Међутим, да би се надокнадили губици напона појединачних транзистора, В+ би требало да се повећа на одговарајући начин.

ИЛИ капија помоћу два транзистора

Други облик логичког кола са два улаза може се видети на слици 5, заједно са табелом истинитости кола ИЛИ.

Излаз кола је висок када се или улаз А или улаз Б притисне високо, међутим, због каскадних транзистора, пад напона је преко 0,5 волти. Још једном, приказане бројке показују да постоји довољно напона и струје да се управља следећим транзисторским капијом.

НОР капија користећи два транзистора

Слика 6 приказује следећу капију на нашој листи, НОР капију са два улаза, заједно са њеном табелом истинитости. Слично како АНД и НАНД капије реагују једна на другу, ИЛИ и НОР кола раде исто.

Свака од приказаних капија је способна да обезбеди довољно погона за активирање најмање једне или више суседних транзисторских капија.

Транзистор Логиц Гате Апплицатионс

Шта радите са горе објашњеним дигиталним колима које сада поседујете? Све што бисте могли да постигнете помоћу конвенционалних ТТЛ или ЦМОС капија, али без бриге о ограничењима напона напајања. Ево неколико примена транзистор-логичких капија у акцији.

Демултиплекер Цирцуит

Демултиплексер 1 од 2 са три НЕ капије и два НАНД кола је приказан на слици 7. Одговарајући излаз се бира коришћењем једнобитног „адресног улаза“, који може бити или ОУТПУТ1 или ОУТПУТ2, док се информације о покретању примењују у коло помоћу ДАТА улаза.

Коло ради најефикасније када се брзина преноса података одржава испод 10 кХз. Функционалност кола је једноставна. Улаз ДАТА се снабдева са потребним сигналом, који укључује К3 и инвертује долазне податке на колектору К3.

Излаз К1 је висок ако је улаз АДРЕСА низак (уземљен или нема сигнала). На колектору К1, високи излаз је подељен на два пута. У првој путањи, излаз К1 се доводи у базу К5 (један од кракова НАНД капије са два улаза), укључује је и стога „активира“ НАНД капију састављену од К4 и К5.

У другом путу, К1-ов високи излаз се истовремено напаја на улаз друге НЕ капије (К2). Након двоструке инверзије, излаз К2 постаје низак. Овај ниски напаја се база К7 (један терминал другог НАНД гејта, који се састоји од К6 и К7), чиме се искључује НАНД коло.

Било која информација или сигнал примењен на ДАТА улаз стиже на ИЗЛАЗ1 под овим околностима. Алтернативно, ситуација је обрнута ако се на улаз АДРЕСА да високи сигнал. Што значи, све информације достављене колу ће се приказати на ИЗЛАЗУ2 пошто је К4/К5 НАНД капија онемогућена, а К6/К7 НАНД капија омогућена.

Осцилаторско коло (генератор такта)

Наша следећа апликација транзисторске логичке капије, илустрована на Слици 8, ​​је основни генератор такта (такође познат као осцилатор) направљен од три обична претварача НЕ капија (од којих је један напајан помоћу повратног отпорника, Р2, који га ставља у аналогни регион).

Да би се изједначио излаз, укључена је трећа НЕ капија (К3) која испоручује допуну излазу осцилатора. Вредност Ц1 се може повећати или смањити да би се променила радна фреквенција кола. Излазни таласни облик има фреквенцију од око 7 кХз са В+ на 1,5 волти ДЦ, користећи назначене вредности компоненти.

РС Латцх Цирцуит

Слика 9 приказује наше финално коло апликације, РС резу састављену од две НОР капије. Да би се обезбедио здрав излазни погон на К и К излазима, отпорници Р3 и Р4 су подешени на 1к ома.

Табела истине РС резе је приказана поред шематског дизајна. Ово је само неколико илустрација неколико поузданих, нисконапонских, дигиталних кола са логичком капијом која се могу креирати коришћењем појединачних транзистора.

За кола која користе транзисторску логику потребно је превише делова

Многи проблеми се могу решити коришћењем свих ових нисконапонских транзисторизованих логичких кола. Међутим, коришћење превише ових транзисторизованих капија могло би довести до нових проблема.

Број транзистора и отпорника могао би постати прилично огроман ако апликација коју правите садржи велику количину капија, заузимајући драгоцен простор.

Коришћење транзисторских низова (много транзистора затворених у пластику) и СИП (Сингле Инлине Пацкаге) отпорника уместо појединачних јединица је један од начина да се реши овај проблем.

Горњи приступ може уштедети тону простора на штампаној плочи уз одржавање перформанси једнаких перформансама њихових еквивалента у пуној величини. Низови транзистора се нуде у паковању за површинску монтажу, 14-пински кроз рупу и четвороструко паковање.

За већину кола, мешајући типови транзистора могу бити сасвим прихватљиви.

Ипак, препоручљиво је да експериментатор ради са једним типом транзистора за изградњу транзисторизованих логичких кола (што значи ако креирате део капије користећи БЦ547, а затим покушајте да користите исти БЈТ за прављење осталих преосталих капија).

Образложење је да различите варијанте транзистора могу имати нешто другачија својства и стога се могу понашати другачије.

На пример, за неки транзистор основно ограничење укључивања може бити веће или мање од другог, или може имати укупни струјни добитак који је мало већи или мањи.

С друге стране, цена куповине расуте кутије једног типа транзистора би такође могла бити нижа. Перформансе ваших кола ће се побољшати ако су ваше логичке капије направљене помоћу одговарајућих транзистора, а пројекат ће у целини бити кориснији на крају.