Návrh brány a brány pomocou tranzistorov

Ako mnohí z nás vedia, integrovaný obvod alebo integrovaný obvod je kombináciou mnohých malých obvodov v malom balení, ktoré spoločne vykonávajú úlohu typu comman. Rovnako ako operačný zosilňovač alebo časovač 555 IC je vyrobený kombináciou mnohých tranzistorov, klopných obvodov, logických brán a iných kombinačných digitálnych obvodov. Flip-Flop je možné podobne vytvoriť pomocou kombinácie logických brán a samotné logické brány je možné vytvoriť pomocou niekoľkých tranzistorov.

Logické brány sú základom mnohých digitálnych elektronických obvodov. Logické brány tvoria základný princíp ukladania a spracovania bitov od základných klopných obvodov po mikrokontroléry. Udávajú vzťah medzi každým vstupom a výstupom systému pomocou artmetickej logiky. Existuje veľa rôznych typov logických brán a každá z nich má inú logiku, ktorá sa používa na rôzne účely. Tento článok sa však bude sústrediť na bránu AND, pretože neskôr by sme pomocou brány BJT vytvorili tranzistorový obvod brány AND. Vzrušujúce, že? Začnime.

Logická brána AND

Logická brána AND je logická brána v tvare písmena D s dvoma vstupmi a jedným výstupom, pričom tvar D medzi vstupom a výstupom je logický obvod. Vzťah medzi vstupnými a výstupnými hodnotami možno vysvetliť pomocou tabuľky pravdivosti brány AND uvedenej nižšie.

Výstup rovníc možno ľahko vysvetliť pomocou logickej rovnice AND Gate, ktorá je Q = A x B alebo Q = AB. Preto pre bránu AND je výstup VYSOKÝ, iba ak sú obidva vstupy VYSOKÉ.

Tranzistor

Tranzistor je polovodičové zariadenie s tromi svorkami, ktoré je možné pripojiť k externému obvodu. Zariadenie je možné použiť ako prepínač a tiež ako zosilňovač na zmenu hodnôt alebo na riadenie prechodu elektrického signálu.

Na vytvorenie logickej brány AND pomocou tranzistora by sme použili tranzistory BJT, ktoré možno ďalej rozdeliť na dva typy: PNP a NPN - bipolárne tranzistory. Symbol obvodu pre každý z nich je uvedený nižšie.

Tento článok vám vysvetlí, ako zostaviť obvod AND Gate pomocou tranzistora. Logika brány AND je vysvetlená vyššie a pri zostavovaní brány AND pomocou tranzistora sa budeme riadiť rovnakou tabuľkou pravdy, ako je uvedené vyššie.

Schéma zapojenia a požadované komponenty

Zoznam komponentov potrebných na zostavenie brány AND pomocou tranzistora NPN je uvedený takto:

1. Dva NPN tranzistory. (Môžete tiež použiť PNP tranzistor, ak je k dispozícii)
2. Dva 10KΩ rezistory a jeden 4-5KΩ rezistor.
3. Jedna LED (svetelná dióda) na kontrolu výstupu.
4. Nepálska doska.
5. Napájanie + 5V.
6. Dve tlačidlá PUSH.
7. Pripojenie drôtov.

Obvod predstavuje obidva vstupy A a B pre bránu AND a výstup, Q, ktorý má tiež napájanie + 5 V pre kolektor prvého tranzistora, ktorý je zapojený do série s druhým tranzistorom, a LED je pripojená k svorke emitora druhý tranzistor. Vstupy A a B sú pripojené k základnej svorke tranzistora 1, respektíve tranzistora 2 a výstup Q smeruje na kladnú svorku LED. Nižšie uvedený diagram predstavuje vyššie vysvetlený obvod na zostavenie brány AND pomocou tranzistora NPN.

Tranzistory použité v tomto výučbe sú tranzistor NP5 BC547 a boli pridané ku všetkým vyššie uvedeným komponentom v obvode, ako je uvedené nižšie.

Ak nemáte tlačidlá pri sebe, môžete ako prepínač použiť aj vodiče, ktoré môžete kedykoľvek pridať alebo odstrániť (namiesto stlačenia tlačidla). To isté bolo vidieť na videu, kde by som použil vodiče ako prepínač pripojený k základnej svorke pre oba tranzistory.

Rovnaký obvod, ak by bol vyrobený pomocou vyššie uvedených hardvérových komponentov, by vyzeral ako na obrázku nižšie.

Práca And Gate pomocou tranzistora

Tu budeme používať tranzistor ako prepínač, takže keď je na svorku kolektora tranzistora NPN privedené napätie, napätie dosiahne emitorové spojenie iba vtedy, keď má základná križovatka napájanie medzi 0 V a kolektorovým napätím.

Podobne by hore uvedený obvod rozsvietil LED, tj. Výstup je 1 (vysoký), iba ak sú obidva vstupy 1 (vysoký), tj keď je na základnej svorke oboch tranzistorov napájanie. To znamená, že bude existovať priama prúdová cesta z VCC (napájanie + 5 V) k LED a ďalej k zemi. Vo všetkých prípadoch bude výstup 0 (nízky) a LED bude VYPNUTÝ. To všetko možno vysvetliť podrobnejšie porozumením jednotlivých prípadov jeden po druhom.

Prípad 1: Keď sú obidva vstupy nulové - A = 0 a B = 0.

Ak sú obidva vstupy A a B 0, v takom prípade nemusíte stlačiť žiadne z tlačidiel. Ak nepoužívate tlačidlá, odstráňte vodiče spojené s nimi, tlačidlami a spodnou svorkou oboch tranzistorov. Takže sme dostali oba vstupy A & B ako 0 a teraz musíme skontrolovať výstup, ktorý by tiež mal byť 0 podľa tabuľky pravdy brány AND.

Teraz, keď je napätie dodávané cez kolektorovú svorku tranzistora 1, vysielač neprijíma žiadny vstup, pretože hodnota základnej svorky je 0. Podobne vysielač tranzistora 1, ktorý je pripojený k kolektoru tranzistora 2, nedodáva prúd alebo napätie a tiež hodnota základnej svorky tranzistora 2 je 0. Takže, emitor ^druhého tranzistora vydá hodnotu 0, a preto by LED nesvietila.

Prípad 2: Keď sú vstupy - A = 0 a B = 1.

V druhom prípade, keď sú vstupy A = 0 a B = 1, má obvod prvý vstup ako 0 (nízky) a druhý vstup ako 1 (vysoký) k základni tranzistora 1, respektíve 2. Teraz, keď je napájanie 5 V vedené do kolektora prvého tranzistora, potom nedochádza k zmene fázového posuvu tranzistora, pretože základná svorka má 0 vstupov. Ktorý odovzdáva hodnotu 0 do emitoru a vysielač prvého tranzistora je pripojený k kolektoru druhého tranzistora v sérii, takže hodnota 0 ide do kolektora druhého tranzistora.

Teraz má druhý tranzistor v základni vysokú hodnotu, takže by umožnil prechod rovnakej hodnoty prijatej v kolektore na vysielač. Ale pretože hodnota je 0 v kolektorovej svorke druhého tranzistora, preto bude vysielač tiež 0 a LED pripojená k vysielaču nebude svietiť.

Prípad 3: Keď sú vstupy - A = 1 & B = 0.

Tu je vstup 1 (vysoký) pre základňu prvého tranzistora a nízky pre základňu druhého tranzistora. Takže prúdová cesta bude začínať od napájania 5 V do kolektora druhého tranzistora prechádzajúceho cez kolektor a vysielač prvého tranzistora, pretože hodnota základného terminálu je pre prvý tranzistor vysoká.

Ale v druhom tranzistore je hodnota základnej svorky 0, takže žiadny prúd neprechádza z kolektora do emitora druhého tranzistora a v dôsledku toho by LED stále bol VYPNUTÝ.

Prípad 4: Keď sú obidva vstupy jeden - A = 1 & B = 1.

Posledný prípad a tu by mali byť obidva vstupy vysoké, ktoré sú pripojené k základným svorkám oboch tranzistorov. To znamená, že kedykoľvek prúd alebo napätie prechádza kolektorom obidvoch tranzistorov, báza dosiahne svoju saturáciu a tranzistor vedie.

Praktické vysvetlenie, keď je na kolektorovú svorku tranzistora 1 poskytnuté napájanie + 5 V a tiež je nasýtená základná svorka, potom by svorka emitora získala vysoký výkon, pretože tranzistor je predpätý dopredu. Tento vysoký výstup emitora smeruje priamo do kolektora ^druhého tranzistora sériovým pripojením. Teraz, podobne ako pri druhom tranzistore, je vstup na kolektore vysoký a v tomto prípade je tiež vysoký terminál základne, čo znamená, že druhý tranzistor je tiež v nasýtenom stave a vysoký vstup by prechádzal z kolektora do emitora. Tento vysoký výkon vysielača smeruje na LED, ktorá rozsvieti LED.

Preto všetky štyri prípady majú rovnaké vstupy a výstupy ako skutočná logická brána AND. Preto sme vytvorili tranzistor pomocou logickej brány AND. Dúfam, že ste pochopili návod a bavilo vás učiť sa niečo nové. Kompletné fungovanie nastavenia nájdete vo videu nižšie. V našom ďalšom tutoriále sa tiež naučíme, ako zostaviť bránu OR pomocou tranzistora a bránu NOT pomocou tranzistora. Ak máte akékoľvek otázky, nechajte ich v sekcii komentárov nižšie alebo použite naše fóra pre ďalšie technické otázky.