Transistor Basics - MOSFET (4 / 6 étapes)

Étape 4: Portes logiques

Maintenant regardons comment MOSFET sont utilisées dans les calculs de logique.

Eh bien, permettez-moi de sauvegarder une étape. Afin de comprendre le calcul, vous devez avoir une connaissance de base d’algèbre de Boole. Si vous êtes peu familier avec l’algèbre de Boole, arrêtez ici et faire des recherches. Je vais essayer et le simplifier, mais électronique-tutorials.ws a un grand ensemble de leçons là-dessus spécifiquement ciblés pour électronique ou numérique, logique. La BBC a un cool site interactif d’apprentissage logique numérique aussi bien. Logique numérique, c’est ce qui nous permet de concevoir des processeurs logiques. Vous pouvez également en savoir plus sur K-cartes, qui vous permettent de voir les tables de vérité complexes de manière différente (et souvent plus facile) et les théorèmes de Morgan, qui sont les fondements de l’algèbre de Boole. Dans un sens plus large, matériau de référence en mathématiques discrètes, qui couvre la logique mais aussi théorie des ensembles, récursivité et relations, peut également être utile. Wikipedia propose une liste des opérateurs qui sont couramment utilisés pour les expressions de la logique. Aussi, par voie de clarification, dans la logique numérique nous utilisons 1 (activées) et de 0 (off) pour indiquer l’état de l’entrée ou la sortie.

Maintenant regardons comment MOSFET sont utilisés dans les calculs de logique, allons-nous.

Première une théorie

La première porte de logique, que je veux présenter est la porte et de deux entrées parce que c’est probablement la logique plus facile à comprendre. L’image ci-dessous montre le symbole schématique pour une porte et.

La sortie de la porte et ne sera pas élevée si les deux entrées sont également élevés. Si l’entrée est basse, la sortie est également faible. Le symbole (dans la logique numérique) est « ● ». Voir le tableau ci-dessous pour la table de vérité et porte.

En regardant les tables de vérité, le nombre de résultats possibles dans la colonne de droite est lié au nombre d’entrées en soulevant 2 d’une puissance égale au nombre d’entrées. En d’autres termes, si vous disposez de deux entrées, vous avez 2² = 4 sorties. Avec 3 entrées, vous obtenez 2³ = 8 sorties et avec 8 entrées votre obtenez 2⁸ = 256 sorties possibles.

La deuxième porte à considérer est la porte NAND, et non pas est la façon dont nous décrivons négation ou dire quelque chose, c’est le contraire. La négation de la valeur true est false et le non d’et est la NAND. Le symbole pour pas (dans la logique numérique) est le tilde, "~". La table de vérité NAND est semblable, mais en face de la table et de la vérité. Voir ci-dessous.

La colonne de sortie est l’opposé de la sortie et de la table de vérité, n’est ce pas ? Autres tableaux de la vérité (et portails mais aussi) sont OR, NOR, XOR, XNOR et pas. Je vais vous renvoie à cette page pour une liste complète des tables de vérité utilisé dans la logique numérique et les symboles schématiques associés.

Maintenant une application

Alors, comment MOSFETs entrent en jeu avec portes logiques ? Eh bien, puisque les MOSFETs sont si faciles à saturer (tourner entièrement sur) avec une basse tension et courant presque négligeable, nous pouvons construire les portes logiques ci-dessus avec eux et à leur tour créer des systèmes de logique numérique extrêmement fiable pour traiter les données. Nous allons regarder comment une porte n’est pas l’air à l’intérieur et voir si nous pouvons faire un sens de la présente. Je commence avec le n’est pas parce qu’il prend le plus petit nombre de transistors MOSFET pour construire et devrait donc être moins de confusion. Voir le schéma ci-dessous.

La porte n’est pas est utilisée, comme son nom l’indique, pour annuler ou inverser le signal d’entrée. PB1 relie les deux portes MOSFET de + 6V, mais seulement la ZVN s’ouvrira avec une tension positive. Quand elle s’ouvre bien, il connecte à la sortie à GND, donc le + entrée devient GND à la sortie. À l’inverse, lorsque nous appliquons GND à l’entrée par l’intermédiaire de PB2, seulement le ZVP s’ouvre, qui relie la sortie de + 6V, retournant à nouveau le signal. (Lorsque aucune touche est enfoncée, la sortie peut « flotter » et être soit + V ou GND, donc il est courant de forcer l’entrée à un seul État pour garantir que vous savez ce que la sortie est en ce moment. Un moyen simple de le faire est de remplacer un des boutons avec une résistance de 1kΩ, forçant l’entrée de ce potentiel lorsque le bouton restant n’est pas enfoncé. Vous pouvez choisir quel état est votre état d’inactivité de cette façon). Je vous encourage à construire cela, mais je ne détaillerai pas les instructions.

Maintenant nous allons voir ce qu’une porte NAND ressemble à l’intérieur. Cette fois, nous utilisons 4 MOSFET. Voir le schéma ci-dessous.

La LED s’éteint seulement (logique 0) lorsque SWA et SWB sont élevées (1 logique). (Comment la del symbole dans le schéma est presque noir, indiquant au large de l’avis ? N’oubliez pas que.) Comparer ce résultat à la table de vérité NAND. Encore une fois je vous encourage à construire cela, mais je n’inclurons pas les étapes de génération.

Qu’obtient-on lorsqu’on mélange les deux ? Si la NAND n’est pas AND et nous le combiner avec un deuxième pas, qu’obtient-on ? N’est-ce juste une double négation ? Donc les NOTs annuler, logiquement, et nous sommes partis avec une porte et. En algèbre de Boole, l’équation ressemble à ~ (~(A●B))⇔(A●B). Très soigné. Voici la table de vérité pour que dans l’affaire qui le rend plus facile à comprendre. Aussi Voici le schéma, auquel j’ai ajouté quelques étiquettes pour clarification.

Si vous comparez les schémas pour AND, pas et portes NAND, vous verrez que même si à l’extérieur, la NAND est la négation d’et, à l’intérieur la porte et est en fait d’une porte NAND suivie d’une porte non. Comme j’ai dit plus haut, la porte et est donc en réalité une NAND n’est pas. Ne vous inquiétez pas, il m’a fallu un certain temps à rattraper celui-là aussi. Notez également comment la LED sur le schéma est rouge vif, ce qui indique que c’est sur quand les interrupteurs sont sur. Comparez cela à l’image schématique porte NAND ci-dessus.

Voici les schémas pour l’OR et des portes XOR. Notez que les deux sont en fait une combinaison de leur respectif inverse (NOR et XNOR) avec une porte non.

En vérité, il peut être démontré qu’une porte logique et par conséquent n’importe quel circuit logique, peuvent être construites avec un nombre fini de portes NAND. Aussi, puces FPGA et les planches conçu autour d’eux vous permettent d’écrire du code (à l’aide de VHDL ou Verilog) qui reliera les portes au besoin afin de compléter le circuit et est un moyen très facile de commencer la construction et de mise en œuvre des circuits de logique numériques. Vu comment il peut être difficile au fil vers le haut juste une porte logique, pouvez-vous imaginer essayant de relier un logigramme ensemble à l’aide de transistors MOSFET discrets ? Il a seulement pu dans ces dernières années pour les étudiants et les amateurs d’être en mesure de construire des circuits comme éléments supplémentaires, qui sont simples en théorie mais difficile à construire, en raison de l’avancement de la technologie et la miniaturisation des pièces concernées. En tout cas, je m’égare. Je suis tellement reconnaissante pour la technologie qui est à notre portée, quand pas si longtemps, c’était seulement un souhait.

Donc maintenant qu’il est aussi clair que la boue, nous allons passer. Maintenant que nous avons des portes, que pouvons-nous faire avec eux ?