Bu yazıda, ayrık transistörler kullanarak NOT, AND, NAND, OR ve NOR mantık kapılarının nasıl oluşturulacağını öğreneceğiz. Transistör mantık kapılarını kullanmanın ana avantajı, 1,5 V kadar düşük voltajlarda bile çalışabilmeleridir.
Bazı elektronik uygulamalarda mevcut voltaj, TTL'ye ve hatta CMOS IC'lere güç sağlamak için yetersiz olabilir. Bu, özellikle pille çalışan aygıtlar için geçerlidir. Hiç şüphe yok ki, her zaman 3 voltluk mantık IC seçeneğine sahipsiniz. Bununla birlikte, bunlara meraklı veya deneyci için her zaman kolayca erişilemez ve tanımlanmış voltaj özelliklerinin altında (genellikle 2,5 volt DC'nin altında) çalışmazlar.
Ayrıca, pille çalışan bir uygulamada yalnızca tek bir 1,5 voltluk pil için yer olabilir. Peki, o zaman ne yapacaksın? Genellikle IC mantık kapıları transistörlü mantık kapıları ile değiştirilebilir. Her belirli mantık kapısı için, genellikle sadece birkaç transistör gereklidir ve tipik bir DEĞİL kapılı evirici mantığı için sadece bir transistör gereklidir.
FET'lere karşı Bipolar Transistör
Alan Etkili Transistörler (FET'ler) vs bipolar transistörler : alçak gerilim mantık devreleri için daha iyi seçenek hangisidir? Bir harika özelliği GERÇEKLER 'açık' dirençlerinin inanılmaz derecede düşük olmasıdır. Ek olarak, çok düşük kapı açma akımına ihtiyaç duyarlar.
Ancak, son derece düşük voltajlı uygulamalarda bir sınırlamaları vardır. Tipik olarak, geçit voltajı limiti bir volt kadardır. Ayrıca, kapıya bir akım sınırlayıcı veya aşağı çekme direnci takılırsa, mevcut voltaj FET'in optimum çalışma aralığının altına düşebilir.
Tersine, bipolar anahtarlamalı transistörler, açılmak için yalnızca 0,6 ila 0,7 volta ihtiyaç duyduklarından, son derece düşük voltajlı, tek pilli uygulamalarda bir avantaja sahiptir.
Ayrıca, normalde en yakın elektronik mağazasında balonlu paketlerde satılan yaygın FET'lerin çoğu, genellikle bipolar transistörlerden daha maliyetlidir. Ayrıca, toplu bir bipolar transistör paketi genellikle bir çift FET fiyatına satın alınabilir.
FET kullanımı, bipolar transistör kullanımından önemli ölçüde daha fazla özen gerektirir. Elektrostatik ve genel deneysel yanlış kullanım, FET'leri özellikle hasara meyilli hale getirir. Yanmış bileşenler, hata ayıklamanın duygusal acısını unutmamak için, eğlenceli, yaratıcı bir deney veya yenilik akşamını mahvedebilir.
Anahtarlama Transistörlerinin Temelleri
Bu makalede açıklanan mantık devresi örnekleri, uygun maliyetli oldukları ve özel bir işleme ihtiyaç duymadıkları için bipolar NPN transistörlerini kullanır. Cihaza veya onu destekleyen parçalara zarar vermemek için devrenizi bağlamadan önce uygun güvenlik önlemleri alınmalıdır.
Devrelerimiz ağırlıklı olarak Bipolar Kavşak Transistörlerine (BJT'ler) odaklanmış olsa da, FET teknolojisi kullanılarak eşit derecede iyi inşa edilmiş olabilirler.
Temel anahtar devresi, en kolay tasarımlardan biri olan basit bir transistör uygulamasıdır.
Tek Transistörle NOT Kapısı Yapımı
Transistör anahtarının şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Belirli bir uygulamada nasıl uygulandığına bağlı olarak, anahtar düşük tutulmuş veya normalde açık olarak görülebilir.
Basit bir NOT kapısı evirici mantık kapısı, Şekil 1'de gösterilen basit anahtarlama devresi ile oluşturulabilir (burada A noktası giriştir). Bir NOT kapısı, transistörün tabanına (A noktası; Q1) DC öngerilimi sağlanmazsa, çıkışta yüksek veya mantık 1 (V+ seviyesine eşit) ile sonuçlanacak şekilde kapalı kalacak şekilde çalışır ( B noktası).
Bununla birlikte, transistör, Q1'in tabanına uygun önyargı sağlandığında devrenin çıkışını düşük veya mantık 0'a (neredeyse sıfır potansiyele eşit) iterek etkinleşir. Q1 olarak adlandırılan transistör, genel amaçlı bir bipolar transistör veya tipik olarak düşük güçlü anahtarlama ve amplifikatör uygulamalarında kullanılan bir BC547'dir.
Buna eşdeğer herhangi bir transistör (2N2222, 2N4401 vb. gibi) çalışır. R1 ve R2'nin değerleri, düşük akım tahliyesi ve uyumluluk arasında bir uzlaşma sağlamak için seçilmiştir. Tüm tasarımlarda dirençlerin tamamı 1/4 watt, %5 birimdir.
Besleme gerilimi 1,4 ile 6 volt DC arasında ayarlanabilir. Yük direnci ve çıkış bağlantısı transistörün emitörüne kaydırıldığında devrenin bir tampon gibi çalışabileceğini unutmayın.
Tekli BC547 BJT Kullanarak Tampon Kapı Yapma
Voltaj takipçisi veya tampon yükseltici, Şekil 2'de gösterilenle aynı olan bir tür mantık anahtarlama konfigürasyonudur. bu tasarım ile Şekil 1'de gösterilen arasındaki temel fark.
Transistörün çalışması, yük direnci ve çıkış terminali BJT'nin diğer ucuna hareket ettirilerek de 'ters çevrilebilir'.
Diğer bir deyişle, devrenin girişine herhangi bir bias sağlanmadığında devrenin çıkışı düşük kalır; bununla birlikte, devrenin girişine yeterli voltajda bir önyargı sağlandığında, devrenin çıkışı yüksek olur. (Bu, önceki devrede olanın tam tersidir.)
Transistörler Kullanarak İki Girişli Mantık Kapıları Tasarlama
VE İki Transistör Kullanan Kapı
Şekil 3, bu kapı için doğruluk tablosu ile birlikte bir çift arabellek kullanılarak temel bir iki girişli AND geçidinin nasıl oluşturulabileceğini gösterir. Doğruluk tablosu, her bir farklı girdi seti için çıktı sonuçlarının ne olacağını gösterir. A ve B noktaları devrenin girişleri olarak kullanılır ve C noktası devrenin çıkışı olarak hizmet eder.
Doğruluk tablosundan, yalnızca bir giriş parametresi setinin bir mantık-yüksek çıkış sinyali ile sonuçlandığını, diğer tüm giriş kombinasyonlarının ise bir mantık-düşük çıkış ile sonuçlandığını not etmek önemlidir. Şekil 3'teki AND geçidinin çıkışı, bir kez yükseldiğinde V+'nın biraz altında kalır.
Bu, iki transistör (Q1 ve Q2) arasındaki voltaj düşüşü nedeniyle olur.
İki Transistör Kullanan NAND Kapısı
Şekil 3'teki devrenin bir başka çeşidi ve ilgili doğruluk tablosu Şekil 4'te gösterilmiştir. Çıkış (C noktası) ve çıkış direnci üst transistörün (Q1) kollektörüne kaydırılarak devre bir NAND geçidine dönüşür.
R1'in alçak tarafını toprağa çekmek için hem Q1 hem de Q2'nin AÇIK konuma getirilmesi gerektiğinden, C çıkışındaki voltaj kaybı önemsizdir.
Transistör AND veya transistör NAND geçitlerinin ikiden fazla girişe ihtiyacı varsa, gösterilen tasarımlarda üç, dört vb. giriş AND veya NAND kapıları sağlamak için daha fazla transistör bağlanabilir.
Bununla birlikte, tek tek transistörlerin voltaj kayıplarını telafi etmek için V+ buna göre arttırılmalıdır.
VEYA İki Transistör Kullanan Kapı
İki girişli başka bir mantık devresi şekli, VEYA geçidi devresinin doğruluk tablosu ile birlikte Şekil 5'te görülebilir.
A girişi veya B girişi yükseğe itildiğinde devrenin çıkışı yüksektir, ancak kademeli transistörler nedeniyle voltaj düşüşü 0,5 voltun üzerindedir. Yine, görüntülenen rakamlar, sonraki transistör kapısını çalıştırmak için yeterli voltaj ve akımın olduğunu göstermektedir.
İki Transistör Kullanan NOR Kapısı
Şekil 6, listemizdeki bir sonraki kapıyı, iki girişli bir NOR kapısını, doğruluk tablosuyla birlikte göstermektedir. AND ve NAND geçitlerinin birbirine nasıl tepki verdiğine benzer şekilde, OR ve NOR devreleri de aynı şeyi yapar.
Görüntülenen kapıların her biri, en az bir veya daha fazla bitişik transistör kapısını etkinleştirmek için yeterli sürücü sağlama yeteneğine sahiptir.
Transistör Mantık Kapısı Uygulamaları
Şu anda sahip olduğunuz yukarıda açıklanan dijital devrelerle ne yapıyorsunuz? Geleneksel TTL veya CMOS geçitleriyle, ancak besleme voltajı kısıtlamaları hakkında endişelenmeden gerçekleştirebileceğiniz her şeyi. İşte transistör mantık kapılarının birkaç uygulaması iş başında.
Demultiplexer Devresi
Şekil 7'de üç NOT kapısı ve iki NAND devresi olan 1'de 2 demultiplexer görülmektedir. Uygun çıkış, sürücü bilgisi uygulanırken OUTPUT1 veya OUTPUT2 olabilen bir bitlik 'adres girişi' kullanılarak seçilir. DATA girişini kullanarak devreye.
Veri hızı 10 kHz'in altında tutulduğunda devre en verimli şekilde çalışır. Devrenin işlevselliği basittir. DATA girişi, Q3'ü AÇIK hale getiren ve gelen verileri Q3'ün toplayıcısında tersine çeviren gerekli sinyal ile sağlanır.
ADRES girişi düşükse (topraklanmış veya sinyal verilmemişse) Q1'in çıkışı yüksek sürülür. Q1'in toplayıcısında, yüksek çıkış iki yola ayrılır. İlk yolda, Q1'in çıkışı Q5'in tabanına (iki girişli bir NAND geçidinin bacaklarından biri) sağlanır, bu onu açar ve dolayısıyla Q4 ve Q5'ten oluşan NAND geçidini 'etkinleştirir'.
İkinci yolda, Q1'in yüksek çıkışı aynı anda başka bir NOT geçidinin (Q2) girişine verilir. Çift ters çevirme işleminden sonra Q2'nin çıkışı düşük olur. Bu düşük, Q7'nin tabanı (Q6 ve Q7'den oluşan ikinci bir NAND geçidinin bir terminali) sağlanır, böylece NAND devresi kapatılır.
Bu durumda DATA girişine uygulanan herhangi bir bilgi veya sinyal ÇIKIŞ1'e ulaşır. Alternatif olarak, ADRES girişine yüksek bir sinyal verilirse durum tersine çevrilir. Anlamı, Q4/Q5 NAND geçidi devre dışı bırakıldığından ve Q6/Q7 NAND geçidi etkinleştirildiğinden devreye sağlanan herhangi bir bilgi ÇIKIŞ2'de gösterilecektir.
Osilatör Devresi (Saat Jeneratörü)
Şekil 8'de gösterilen bir sonraki transistör mantık kapısı uygulamamız, üç sıradan NOT kapısı invertöründen (biri, bir geri besleme direnci, R2 kullanılarak önyargılı olan ve onu içine yerleştiren) yapılan temel bir saat üretecidir (osilatör olarak da bilinir). analog bölge).
Çıkışı karelemek için, osilatör çıkışına tamamlayıcı sağlayan üçüncü bir NOT kapısı (Q3) dahil edilmiştir. Devrenin çalışma frekansını değiştirmek için C1 değeri artırılabilir veya azaltılabilir. Çıkış dalga biçimi, belirtilen bileşen değerleri kullanılarak 1,5 volt DC'de V+ ile yaklaşık 7 kHz'lik bir frekansa sahiptir.
RS Mandal Devresi
Şekil 9, iki NOR kapısından oluşan bir RS mandalı olan son uygulama devremizi göstermektedir. Q ve Q çıkışlarında sağlıklı bir çıkış sürücüsü sağlamak için R3 ve R4 dirençleri 1k ohm'a ayarlanmıştır.
RS mandalının doğruluk tablosu, şematik tasarımın yanında görüntülenir. Bunlar, bireysel transistörler kullanılarak oluşturulabilecek birkaç güvenilir, düşük voltajlı, dijital, mantık kapısı devresinin sadece birkaç örneğidir.
Transistörlü Mantık Kullanan Devreler Çok Fazla Parçaya İhtiyaç Duyar
Bu düşük voltajlı transistörlü mantık devrelerinin tümü kullanılarak birçok sorun çözülebilir. Ancak bu transistörlü kapıların çok fazla kullanılması yeni sorunlara yol açabilir.
Oluşturduğunuz uygulama değerli alanı kaplayan çok sayıda kapı içeriyorsa, transistörlerin ve dirençlerin sayısı oldukça fazla olabilir.
Bireysel birimler yerine transistör dizileri (birçok transistör plastik içine alınır) ve SIP (Tek Sıralı Paket) dirençlerinin kullanılması bu sorunu çözmenin bir yoludur.
Yukarıdaki yaklaşım, tam boyutlu eşdeğerlerine eşit performansı korurken bir pcb üzerinde bir ton alan tasarrufu sağlayabilir. Transistör dizileri yüzeye monte, 14 pimli açık delik ve dörtlü paket ambalajlarda sunulmaktadır.
Çoğu devre için transistör tiplerini karıştırmak oldukça kabul edilebilir olabilir.
Bununla birlikte, deneycinin transistörlü mantık devrelerini oluşturmak için tek tip bir transistörle çalışması tavsiye edilir (yani BC547 kullanarak bir geçidin bir bölümünü oluşturursanız, diğer kalan kapıları yapmak için aynı BJT'yi kullanmayı deneyin).
Bunun nedeni, çeşitli transistör varyantlarının biraz farklı özelliklere sahip olabileceği ve bu nedenle farklı davranabileceğidir.
Örneğin, bazı transistörler için temel açma sınırı diğerinden daha büyük veya daha küçük olabilir veya birinin genel akım kazancı biraz daha yüksek veya daha düşük olabilir.
Öte yandan, tek tip transistörden oluşan bir toplu kutu satın almanın maliyeti de daha düşük olabilir. Mantık kapılarınız eşleşen transistörler kullanılarak inşa edilirse devrelerinizin performansı artacak ve projenin tamamı nihayetinde daha ödüllendirici olacaktır.
