Проектування і затвора за допомогою транзисторів

Як багато хто з нас знає, що інтегральна схема або ІС - це комбінація безлічі малих ланцюгів у невеликому пакеті, що разом виконує загальну задачу. Подібно до операційного підсилювача або таймера 555 IC будується за допомогою комбінації безлічі транзисторів, тригерів, логічних входів та інших комбінованих цифрових схем. Подібним чином тригер може бути побудований за допомогою комбінації Logic Gates, а сам Logic Gates може бути побудований за допомогою декількох транзисторів.

Логічні ворота є основами багатьох цифрових електронних схем. Від базових тригерів до мікроконтролерів логічні ворота формують основний принцип того, як біти зберігаються та обробляються. Вони визначають взаємозв'язок між кожним входом і виходом системи, використовуючи артметичну логіку. Існує багато різних типів логічних входів, і кожен з них має різну логіку, яка може бути використана для різних цілей. Але основна увага в цій статті буде зосереджена на AND Gate, оскільки пізніше ми будуватимемо AND Gate, використовуючи транзисторну схему BJT. Захоплююче, правда? Давайте розпочнемо.

І Логічні ворота

І логічний затвор - це D-подібний логічний затвор із двома входами та одним єдиним виходом, де форма D між входом та виходом є логічною ланцюгом. Співвідношення між вхідними та вихідними значеннями можна пояснити за допомогою таблиці правди AND Gate, показаної нижче.

Вихідні рівняння можна легко пояснити за допомогою булевого рівняння AND Gate, яке дорівнює Q = A x B або Q = AB. Отже, для шлюзу AND вихід HIGH є лише тоді, коли обидва входи HIGH.

Транзистор

Транзистор - це напівпровідниковий пристрій з трьома клемами, які можна підключити до зовнішнього кола. Пристрій може використовуватися як перемикач, а також як підсилювач для зміни значень або контролю передачі електричного сигналу.

Для побудови логічного затвора І з використанням транзистора ми використовували б транзистори BJT, які можна класифікувати на два типи: PNP і NPN - біполярні транзистори. Символ схеми для кожного з них можна побачити нижче.

Ця стаття пояснить вам, як побудувати схему І воріт за допомогою транзистора. Логіка AND-воріт вже пояснена вище, а для побудови І-воротної транзистора за допомогою транзистора ми будемо слідувати тій самій таблиці істинності, показаній вище.

Потрібна електрична схема та компоненти

Список компонентів, необхідних для побудови затвора І за допомогою транзистора NPN, перерахований наступним чином:

1. Два транзистори NPN. (Ви також можете використовувати транзистор PNP, якщо такий є)
2. Два резистори 10KΩ та один 4-5KΩ резистор.
3. Один світлодіод (світлодіод) для перевірки вихідного сигналу.
4. Макет.
5. Джерело живлення A + 5V.
6. Дві кнопки PUSH.
7. Підключення проводів.

Схема представляє як входи A & B для входу AND, так і вихід, Q, який також має живлення + 5 В до колектора першого транзистора, який послідовно підключений до другого транзистора, а світлодіод підключений до висновку емітера другий транзистор. Входи A & B підключені до базової клеми транзистора 1 і транзистора 2 відповідно, а вихід Q надходить на позитивний світлодіод терміналу. Наведена нижче схема представляє описану вище схему побудови затвора І за допомогою транзистора NPN.

Транзистори, використані в цьому посібнику, є транзисторами BC547 NPN і були додані разом із усіма вищезазначеними компонентами в схему, як показано нижче.

Якщо у вас немає кнопок з собою, ви також можете використовувати дроти як перемикач, додаючи або виймаючи їх, коли це потрібно (замість натискання кнопки). Те саме можна було побачити на відео, де я використовував би дроти як перемикач, підключений до базової клеми обох транзисторів.

Та сама схема, коли будується з використанням вищезазначених апаратних компонентів, схема буде виглядати приблизно так, як на зображенні нижче.

Робота And Gate за допомогою транзистора

Тут ми будемо використовувати транзистор як перемикач, і тому, коли напруга подається через колекторну клему транзистора NPN, напруга досягає емітерного переходу лише тоді, коли базовий перехід має напругу між 0В та напругою колектора.

Подібним чином, схема, наведена вище, змусить світлодіод світитися, тобто вихід 1 (високий) лише тоді, коли обидва входи 1 (високий), тобто коли на базовій клемі обох транзисторів є напруга. Це означає, що буде пряма лінія струму від VCC (джерело живлення + 5 В) до світлодіода і далі до землі. У будь-якому випадку відпочивайте, вихід буде 0 (низький), а світлодіод вимкнеться. Це все можна пояснити більш докладно, розуміючи кожен випадок по одному.

Випадок 1: Коли обидва входи дорівнюють нулю - A = 0 & B = 0.

Коли обидва входи A і B дорівнюють 0, у цьому випадку не потрібно натискати жодну кнопку. Якщо ви не використовуєте кнопки, вийміть дроти, підключені, кнопки та базову клему обох транзисторів. Отже, ми отримали обидва входи A & B як 0, і тепер нам потрібно перевірити вихід, який також повинен бути 0 відповідно до таблиці істинності AND gate.

Тепер, коли напруга подається через колекторну клему транзистора 1, випромінювач не отримує жодного входу, оскільки значення базової клеми дорівнює 0. Аналогічно, випромінювач транзистора 1, який підключений до колектора транзистора 2, не подає струм або напруга, а також значення базового терміналу транзистора 2 дорівнює 0. Отже, емітер 2- ^го транзистора видає значення 0, і як результат, світлодіод буде вимкнений.

Випадок 2: Коли входи - A = 0 & B = 1.

У другому випадку, коли входи A = 0 & B = 1, схема має перший вхід як 0 (низький), а другий вхід як 1 (високий) на базу транзистора 1 і 2 відповідно. Тепер, коли 5 В подається на колектор першого транзистора, тоді фазовий зсув транзистора не змінюється, оскільки базовий термінал має 0 вхід. Який передає значення 0 на випромінювач, а випромінювач першого транзистора послідовно підключений до колектора другого транзистора, тому 0 значення надходить у колектор другого транзистора.

Тепер другий транзистор має велике значення в основі, тому він дозволив би передавати те саме значення, отримане в колекторі, емітеру. Але оскільки значення 0 на колекторному терміналі другого транзистора, тому випромінювач також буде 0, а світлодіод, підключений до випромінювача, не світиться.

Випадок 3: Коли входи - A = 1 & B = 0.

Тут вхідний сигнал становить 1 (високий) для першої бази транзистора і низький для другої бази транзистора. Отже, шлях струму почнеться від джерела живлення 5 В до колектора другого транзистора, що проходить через колектор та емітер першого транзистора, оскільки значення базового терміналу є високим для першого транзистора.

Але у другому транзисторі значення базового терміналу дорівнює 0, отже, струм не проходить від колектора до емітера другого транзистора, і в результаті світлодіод все ще буде вимкнений.

Випадок 4: Коли обидва входи одна - A = 1 & B = 1.

Останній випадок і тут обидва входи повинні бути високими, які підключені до базових клем обох транзисторів. Це означає, що коли струм або напруга проходять через колектор обох транзисторів, база досягає свого насичення, і транзистор проводить.

Практично пояснюючи, коли подача напруги + 5 В на колекторну клему транзистора 1, а також базовий термінал насичена, термінал емітера отримував би високий вихід, оскільки транзистор зміщений вперед. Цей високий вихідний сигнал на випромінювачі надходить безпосередньо до колектора 2- ^го транзистора через послідовне з'єднання. Тепер, подібно до другого транзистора, вхід у колектор високий, і в цьому випадку базовий термінал також високий, тобто другий транзистор також знаходиться в насиченому стані, і високий вхід переходить від колектора до емітера. Цей високий вихід на випромінювачі надходить на світлодіод, який вмикає світлодіод.

Отже, всі чотири випадки мають однакові входи та виходи, як і фактичні І логічні ворота. Таким чином, ми побудували шлюз І логіки І, використовуючи транзистор. Сподіваюся, ви зрозуміли підручник і насолоджуєтесь вивченням чогось нового. Повну роботу налаштування можна знайти у відео нижче. У нашому наступному навчальному посібнику ми також дізнаємося, як будувати АБО ворота за допомогою транзистора, а НЕ ворота за допомогою транзистора. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче або використовуйте наші форуми для інших технічних питань.