Entwerfen eines und eines Gatters unter Verwendung von Transistoren

Wie viele von uns wissen, ist eine integrierte Schaltung oder ein IC eine Kombination vieler kleiner Schaltungen in einem kleinen Paket, die zusammen eine Komma-Aufgabe ausführen. Wie ein Operationsverstärker oder ein 555-Timer-IC besteht er aus einer Kombination vieler Transistoren, Flip-Flops, Logikgatter und anderer kombinatorischer digitaler Schaltungen. In ähnlicher Weise kann ein Flip-Flop unter Verwendung einer Kombination von Logikgattern erstellt werden, und die Logikgatter selbst können unter Verwendung einiger Transistoren erstellt werden.

Logikgatter sind die Grundlagen vieler digitaler elektronischer Schaltungen. Von den grundlegenden Flip-Flops bis hin zu Mikrocontrollern Logikgatter bilden das zugrunde liegende Prinzip, wie Bits gespeichert und verarbeitet werden. Sie geben die Beziehung zwischen jedem Eingang und Ausgang eines Systems unter Verwendung einer arthmetischen Logik an. Es gibt viele verschiedene Arten von Logikgattern, und jedes von ihnen hat eine andere Logik, die für verschiedene Zwecke verwendet wird. Der Schwerpunkt dieses Artikels wird jedoch auf dem UND-Gatter liegen, da wir später ein UND-Gatter unter Verwendung einer BJT-Transistorschaltung bauen würden. Aufregend, oder? Lass uns anfangen.

UND Logic Gate

Das UND-Logikgatter ist ein D-förmiges Logikgatter mit zwei Eingängen und einem einzelnen Ausgang, wobei die D-Form zwischen Eingang und Ausgang die Logikschaltung ist. Die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangswerten kann anhand der unten gezeigten UND-Gatter-Wahrheitstabelle erklärt werden.

Die Ausgabe der Gleichungen kann leicht mit der AND-Gate-Booleschen Gleichung erklärt werden, die Q = A x B oder Q = AB ist. Daher ist für ein UND-Gatter der Ausgang nur dann HIGH, wenn beide Eingänge HIGH sind.

Transistor

Ein Transistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, die an eine externe Schaltung angeschlossen werden können. Das Gerät kann als Schalter und auch als Verstärker verwendet werden, um die Werte zu ändern oder den Durchgang eines elektrischen Signals zu steuern.

Für den Aufbau einer UND - Logik - Gatter unter Verwendung eines Transistors würden wir mit BJT - Transistoren, die weiter in zwei Typen eingeteilt werden können: PNP und NPN - Bipolartransistoren. Das Schaltungssymbol für jeden von ihnen ist unten zu sehen.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie mit einem Transistor eine UND-Gatter-Schaltung erstellen. Die Logik eines UND-Gatters wurde bereits oben erläutert. Um ein UND-Gatter unter Verwendung eines Transistors aufzubauen, folgen wir der oben gezeigten Wahrheitstabelle.

Schaltplan und Komponenten erforderlich

Die Liste der Komponenten, die zum Aufbau eines UND-Gatters unter Verwendung eines NPN-Transistors erforderlich sind, ist wie folgt aufgeführt:

1. Zwei NPN-Transistoren. (Sie können auch PNP-Transistoren verwenden, falls verfügbar)
2. Zwei 10KΩ-Widerstände und ein 4-5KΩ-Widerstand.
3. Eine LED (Light Emitting Diode) zur Überprüfung des Ausgangs.
4. Ein Steckbrett.
5. A + 5V Stromversorgung.
6. Zwei PUSH-Tasten.
7. Kabel anschließen.

Die Schaltung repräsentiert sowohl die Eingänge A & B für das UND-Gatter als auch den Ausgang Q, der auch eine + 5V-Versorgung für den Kollektor des ersten Transistors hat, der in Reihe mit dem zweiten Transistor geschaltet ist, und eine LED ist an den Emitteranschluss von angeschlossen der zweite Transistor. Die Eingänge A und B sind mit dem Basisanschluss von Transistor 1 bzw. Transistor 2 verbunden, und der Ausgang Q geht an die positive Anschluss-LED. Das folgende Diagramm zeigt die oben erläuterte Schaltung zum Aufbau eines UND-Gatters unter Verwendung eines NPN-Transistors.

Die in diesem Lernprogramm verwendeten Transistoren sind BC547 NPN-Transistoren und wurden mit allen oben genannten Komponenten in der Schaltung hinzugefügt, wie unten gezeigt.

Wenn Sie die Druckknöpfe nicht dabei haben, können Sie auch Drähte als Schalter verwenden, indem Sie sie bei Bedarf hinzufügen oder entfernen (anstatt den Schalter zu drücken). Das gleiche war in dem Video zu sehen, in dem ich die Drähte als Schalter verwenden würde, der mit dem Basisanschluss für beide Transistoren verbunden ist.

Dieselbe Schaltung würde bei Verwendung der oben genannten Hardwarekomponenten ungefähr so ​​aussehen wie in der Abbildung unten.

Arbeiten von und Gate mit Transistor

Hier wird der Transistor als Schalter verwendet. Wenn also eine Spannung über einen Kollektoranschluss des NPN-Transistors angelegt wird, erreicht die Spannung den Emitterübergang nur, wenn der Basisübergang eine Spannungsversorgung zwischen 0 V und Kollektorspannung aufweist.

In ähnlicher Weise würde die obige Schaltung die LED zum Leuchten bringen, dh der Ausgang ist nur dann 1 (hoch), wenn beide Eingänge 1 (hoch) sind, dh wenn am Basisanschluss beider Transistoren eine Spannungsversorgung vorhanden ist. Das heißt, es gibt einen geraden Strompfad von VCC (+ 5V Stromversorgung) zur LED und weiter zur Erde. In allen Fällen ruhen, der Ausgang ist 0 (niedrig) und die LED ist AUS. All dies kann detaillierter erklärt werden, indem jeder Fall einzeln verstanden wird.

Fall 1: Wenn beide Eingänge Null sind - A = 0 & B = 0.

Wenn beide Eingänge A und B 0 sind, müssen Sie in diesem Fall keine der Drucktasten drücken. Wenn Sie die Drucktasten nicht verwenden, entfernen Sie die mit den Drucktasten verbundenen Drähte und den Basisanschluss beider Transistoren. Wir haben also beide Eingänge A und B als 0 erhalten und müssen nun nach dem Ausgang suchen, der gemäß der UND-Gatter-Wahrheitstabelle ebenfalls 0 sein sollte.

Wenn nun eine Spannung über den Kollektoranschluss von Transistor 1 geliefert wird, empfängt der Emitter keinen Eingang, da der Basisanschlusswert 0 ist. In ähnlicher Weise liefert der Emitter von Transistor 1, der mit dem Kollektor von Transistor 2 verbunden ist, Nr Strom oder Spannung und auch die Basisklemme des Transistors 2 Wert ist 0. so wird der 2 ^nd Emitter Transistor gibt den Wert 0, und als Ergebnis würde die LED OFF sein.

Fall 2: Wenn die Eingänge - A = 0 & B = 1 sind.

Im zweiten Fall, wenn die Eingänge A = 0 & B = 1 sind, hat die Schaltung den ersten Eingang als 0 (niedrig) und den zweiten Eingang als 1 (hoch) an der Basis des Transistors 1 & 2. Wenn nun eine 5-V-Versorgung an den Kollektor des ersten Transistors weitergeleitet wird, ändert sich die Phasenverschiebung des Transistors nicht, da der Basisanschluss einen Eingang von 0 hat. Was den Wert 0 an den Emitter weitergibt und der Emitter des ersten Transistors in Reihe mit dem Kollektor des zweiten Transistors geschaltet ist, so geht der Wert 0 in den Kollektor des zweiten Transistors.

Jetzt hat der zweite Transistor einen hohen Wert in der Basis, so dass der gleiche Wert, der im Kollektor empfangen wird, an den Emitter weitergeleitet werden kann. Da der Wert im Kollektoranschluss des zweiten Transistors jedoch 0 ist, ist der Emitter auch 0 und die an den Emitter angeschlossene LED leuchtet nicht.

Fall 3: Wenn die Eingänge - A = 1 & B = 0 sind.

Hier ist der Eingang 1 (hoch) für die erste Transistorbasis und niedrig für die zweite Transistorbasis. Der Strompfad beginnt also von der 5-V-Stromversorgung zum Kollektor des zweiten Transistors, der durch den Kollektor und den Emitter des ersten Transistors verläuft, da der Basisanschlusswert für den ersten Transistor hoch ist.

In dem zweiten Transistor ist der Basisanschlusswert jedoch 0, und so fließt kein Strom vom Kollektor zum Emitter des zweiten Transistors, und infolgedessen wäre die LED immer noch nur AUS.

Fall 4: Wenn beide Eingänge eins sind - A = 1 & B = 1.

Der letzte Fall und hier sollen beide Eingänge hoch sein, die mit den Basisanschlüssen beider Transistoren verbunden sind. Dies bedeutet, dass immer dann, wenn ein Strom oder eine Spannung durch den Kollektor beider Transistoren fließt, die Basis ihre Sättigung erreicht und der Transistor leitet.

In der Praxis würde der Emitteranschluss einen hohen Ausgang erhalten, wenn der Kollektoranschluss des Transistors 1 mit + 5 V versorgt wird und auch der Basisanschluss gesättigt ist, da der Transistor in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Dieser hohe Ausgang am Emitter geht direkt an den Kollektor des 2 ^nd Transistors über eine Reihenschaltung. Ähnlich wie beim zweiten Transistor ist nun der Eingang am Kollektor hoch, und in diesem Fall ist auch der Basisanschluss hoch, was bedeutet, dass sich der zweite Transistor ebenfalls in einem gesättigten Zustand befindet und der hohe Eingang vom Kollektor zum Emitter gelangen würde. Dieser hohe Ausgang am Emitter geht an die LED, die die LED einschaltet.

Daher haben alle vier Fälle die gleichen Ein- und Ausgänge wie das eigentliche UND-Logikgatter. Daher haben wir ein UND-Logikgatter unter Verwendung eines Transistors gebaut. Ich hoffe, Sie haben das Tutorial verstanden und es genossen, etwas Neues zu lernen. Die vollständige Funktionsweise des Setups finden Sie im folgenden Video. In unserem nächsten Tutorial lernen wir auch, wie man ein ODER-Gatter mit einem Transistor und ein NICHT-Gatter mit einem Transistor baut. Wenn Sie Fragen haben, lassen Sie diese im Kommentarbereich unten oder nutzen Sie unsere Foren für andere technische Fragen.