Двойные логические транзисторные ворота: 10 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Я строю затворы транзисторов немного иначе, чем большинство других инженеров-электронщиков. Большинство людей, когда строят затворы на транзисторах; строите их, имея в виду только положительную логику, однако вентили в ИС имеют две логики: положительную и отрицательную. И я строю свои транзисторные затворы с положительной и отрицательной логикой.

Хотя есть восемь ворот; Buffer, Inverter or Not, And, Nand, Or, Nor, Xor и Xnor, они состоят из трех схем затвора. И когда вы строите двойные логические вентили, три схемы, используемые для создания вентилей, - это инвертор или нет, Nand и Nor, остальные вентили состоят из двух или более из этих трех вентилей.

Зачем строить транзисторные затворы? Вот пять причин построить свои собственные ворота.

1. У вас нет нужных ворот.

2. Вам нужен затвор с большей мощностью, чем у стандартной ИС затвора.

3. Вам нужны только одни ворота, и вы ненавидите тратить остальные ворота на ИС.

4. Стоимость одного транзисторного инвертора меньше 0,25 доллара, а шестнадцатеричного инвертора - 1 доллар и больше.

5. Вы хотите лучше понять ворота.

Шаг 1. Инструменты и детали

Ворота в этой инструкции - это ворота на Вт, если вы хотите построить ворота с более высокой мощностью, вам потребуются компоненты с более высокой мощностью.

Провода перемычки

Макетная плата

Источник питания

1 х SN74LS04 IC

2 х переключателя

2 светодиода 1 красный 1 зеленый

2 резистора по 820 Ом Вт

2 резистора 1 кОм w

3 резистора 10 кОм Вт

3 транзистора общего назначения NPN, я использовал 2N3904.

2 транзистора общего назначения PNP, я использовал 2N3906.

Шаг 2: двойная логика

Когда вы смотрите на таблицу истинности ворот; например, с двумя входами или вентилем, вы получите таблицу истинности, которая выглядит следующим образом. Это таблица положительной истинности для ворот Или. Под A и B - входы в ворота, а Q - выход. 1 представляет логическое значение 1 или + 5 вольт, а 0 представляет логическое значение 0 или 0 вольт. Поэтому, когда большинство людей строят затвор из транзисторов, они строят его с логическим значением 1 или +5 вольт и логическим значением 0 или без вольт. Но это не то, что происходит с выходом затвора в ИС.

Когда выход затвора переходит от логического значения 1 к логическому значению 0, выход этого затвора изменяется с + 5 вольт при текущем токе на выходе до 0 вольт при токе, протекающем на выходе затвора. Ток меняет направление. Когда вы используете обратный ток, это называется отрицательной логикой, где 0 вольт - это -1 логическое значение, а + 5 вольт - это логическое значение 0.

Легче всего увидеть, что это делает, когда вы подключаете выход любого гейта; к базе транзистора NPN и транзистора PNP, последовательно со светодиодом. Пока на выходе затвора находится логическая величина 1 (5 В), транзистор NPN закрыт, и загорается светодиод, соединенный последовательно с транзистором NPN. Когда выход затвора переходит от логического значения 1 к логическому значению 0 (от 5 до 0 вольт), ток меняет направление, и транзистор NPN открывается, когда транзистор PNP закрывается. Это выключает светодиод последовательно с транзистором NPN и загорается светодиод последовательно с транзистором PNP.

Мои транзисторные затворы имеют ту же двойную логику, что и затворы в микросхемах. Пока на выходе затвора находится логическая величина 1 (5 В), транзистор NPN закрыт, и загорается светодиод, соединенный последовательно с транзистором NPN. Когда выход затвора переходит от логического значения 1 к логическому значению 0 (от 5 до 0 вольт), ток меняет направление, и транзистор NPN открывается, когда транзистор PNP закрывается. Это выключает светодиод последовательно с транзистором NPN и загорается светодиод последовательно с транзистором PNP.

Шаг 3: Нет или инверторный затвор

Ворота «Нет» или «Инвертор» - это первые из 3 ворот, необходимых для создания остальных 5 ворот.

Когда вход (A) затвора инвертора равен 0 или 0 вольт, транзистор NPN открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q).

Когда вход (A) затвора инвертора равен 1 или +5 вольт, транзистор NPN закрыт, а выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Шаг 4: Nand Gate

Ворота Нанд - вторые из трех ворот, необходимых для создания остальных 5 ворот.

Когда входы (A и B) затвора Nand равны 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q)..

Когда вход (A) затвора Nand равен 1 или +5 вольт, NPN-транзистор на входе A закрыт. И когда вход (B) затвора Nand равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе B открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q)..

Когда вход (A) затвора Nand равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе A открыт. И когда вход (B) затвора Nand равен 1 или +5 вольт, транзистор NPN на входе B закрыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q).

Когда входы (A и B) затвора Nand составляют 1 или +5 вольт, оба NPN-транзистора закрыты, а выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзисторы.

Шаг 5: Нор Гейт

Ворота Нор - третьи из трех ворот, необходимых для создания остальных 5 ворот.

Когда входы (A и B) затвора Nor равны 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q)..

Когда вход (A) затвора Nor равен 1 или +5 вольт, NPN-транзистор на входе A закрыт. И когда вход (B) затвора Nor равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе B открыт, а выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор на входе A..

Когда вход (A) затвора Nor равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе A открыт. И когда вход (B) затвора Nor равен 1 или +5 вольт, транзистор NPN на входе B закрыт, а выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор на B. Вход.

Когда входы (A и B) затвора Nor равны 1 или +5 вольт, оба NPN-транзистора закрыты, а выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через оба транзистора. транзисторы.

Шаг 6: буфер

Буфер использует два одинаковых гейта; два последовательно соединенных затвора Not или Inverter.

Когда на входе (A) первого затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а на выходе 1 или +5 вольт на входе второго инвертора. Когда на входе второго затвора инвертора 1 или +5 вольт, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда на входе (A) первого затвора инвертора 1 или +5 В, NPN-транзистор закрыт, а на выходе 0 или 0 вольт на входе второго инвертора. Когда на входе второго затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Шаг 7: И ворота

Ворота And - это последовательно соединенные ворота Nand и Not или Inverter.

Входы такие же, как вентиль Nand, однако выход инвертируется вентилем Not или Inverter.

Когда на входах (A и B) затвора And 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, на выходе первого затвора 1 или +5 вольт. Когда на входе затвора инвертора 1 или +5 В, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда на входе (А) затвора И 1 или +5 В, NPN-транзистор на входе А закрыт. И когда вход (B) затвора И равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе B открыт, выход первого затвора составляет 1 или +5 вольт. Когда на входе затвора инвертора 1 или +5 В, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда на входе (A) затвора And 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе A открыт. И когда вход (B) затвора И равен 1 или +5 вольт, NPN-транзистор на входе B закрыт, выход первого затвора составляет 1 или +5 вольт. Когда на входе затвора инвертора 1 или +5 В, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда входы (A и B) затвора Nand равны 1 или +5 вольт, оба NPN-транзистора закрыты, а выход первого затвора равен 0 или 0 вольт. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Шаг 8: Или ворота

Ворота Or - это последовательно соединенные ворота Nor и ворота Not или Inverter.

Входы такие же, как у ворот Nor, но выход инвертируется воротами Not или Inverter.

Когда входы (A и B) затвора Or равны 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, выход первого затвора составляет 1 или +5 вольт. Когда на входе затвора инвертора 1 или +5 В, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда вход (A) затвора Or равен 1 или +5 вольт, NPN-транзистор на входе A закрыт. И когда на входе (B) затвора Nor 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе B открыт, а на выходе первого затвора 0 или 0 вольт. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Когда вход (A) затвора Or равен 0 или 0 вольт, NPN-транзистор на входе A открыт. И когда вход (B) затвора Nor равен 1 или +5 вольт, NPN-транзистор на входе B закрыт, а выход первого затвора равен 0 или 0 вольт. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Когда входы (A и B) затвора Or составляют 1 или +5 вольт, оба NPN-транзистора закрыты, а выход первого затвора равен 0 или 0 вольт. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Шаг 9: Эксклюзивные Nor Gate (Xnor)

Затвор Exclusive Nor сконфигурирован как два затвора Nand, соединенных параллельно как затвор Nor с двумя верхними транзисторами PNP-транзисторами.

Когда входы (A и B) затвора Xnor равны 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, а оба PNP-транзистора закрыты. Выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q).

Когда вход (A) затвора Xnor равен 1 или +5 вольт, транзистор NPN на входе A закрыт, а транзистор PNP открыт. Когда вход (B) затвора Xnor равен 0 или 0 вольт, транзистор PNP на входе B закрыт, а транзистор NPN открыт. Выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через закрытые транзисторы.

Когда вход (A) затвора Xnor равен 0 или 0 вольт, транзистор NPN на входе A открыт, а транзистор PNP закрыт. Когда вход (B) затвора Xnor равен 1 или +5 вольт, транзистор PNP на входе B открыт, а транзистор NPN закрыт. Выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через закрытые транзисторы.

Когда входы (A и B) затвора Xnor составляют 1 или +5 В, оба NPN-транзистора закрыты, а оба PNP-транзистора открыты. Выход (Q) составляет 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит из выхода (Q).

Шаг 10: Эксклюзив или ворота (Xor)

Эксклюзивные ворота Or; использует все три ключевых затвора, он сконфигурирован как два затвора Nand, соединенных параллельно как затвор Nor, с двумя верхними транзисторами, транзисторами PNP и затвором Not или Inverter, включенными последовательно.

Входы вентиля Xor такие же, как вентиль Xnor, однако выход инвертируется вентилем Not или Inverter.

Когда входы (A и B) затвора Xnor равны 0 или 0 вольт, оба NPN-транзистора открыты, а оба PNP-транзистора закрыты, а выход первого набора вентилей равен 1 или +5 вольт. Когда на входе затвора инвертора 1 или +5 В, транзистор NPN закрыт, а на выходе (Q) 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Когда вход (A) затвора Xnor равен 1 или +5 вольт, транзистор NPN на входе A закрыт, а транзистор PNP открыт. Когда вход (B) затвора Xnor составляет 0 или 0 вольт, транзистор PNP на входе B закрыт, а транзистор NPN открыт, 0 или 0 вольт на входе инвертора. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Когда вход (A) затвора Xnor равен 0 или 0 вольт, транзистор NPN на входе A открыт, а транзистор PNP закрыт. Когда вход (B) затвора Xnor составляет 1 или +5 вольт, транзистор PNP на входе B открыт, а транзистор NPN закрыт, 0 или 0 вольт на входе инвертора. Когда на входе затвора инвертора 0 или 0 вольт, NPN-транзистор открыт, а выход (Q) равен 1 или +5 вольт, и любой положительный ток выходит на выход (Q).

Когда входы (A и B) затвора Xnor составляют 1 или +5 вольт, оба транзистора NPN закрыты, а оба транзистора PNP открыты. Когда на входе второго затвора инвертора 1 или +5 вольт, NPN Транзистор закрыт, и выход (Q) равен 0 или 0 вольт, и любой положительный ток идет на землю через транзистор.

Финалист в конкурсе "Советы и рекомендации по электронике"