Jak mnozí z nás vědí, integrovaný obvod nebo integrovaný obvod je kombinací mnoha malých obvodů v malém balení, které společně plní společnou úlohu. Stejně jako operační zesilovač nebo časovač 555 IC je postaven kombinací mnoha tranzistorů, klopných obvodů, logických bran a dalších kombinačních digitálních obvodů. Podobně lze Flip-Flop postavit pomocí kombinace logických bran a samotné logické brány lze postavit pomocí několika tranzistorů.
Logické brány jsou základem mnoha digitálních elektronických obvodů. Od základních klopných obvodů po mikrokontroléry tvoří logické brány základní princip způsobu ukládání a zpracování bitů. Uvádějí vztah mezi každým vstupem a výstupem systému pomocí artmetické logiky. Existuje mnoho různých typů logických bran a každá z nich má jinou logiku, která se používá pro různé účely. Tento článek se ale zaměří na bránu AND, protože později budeme stavět bránu AND pomocí obvodu tranzistoru BJT. Vzrušující, že? Začněme.
A logická brána
Logická brána AND je logická brána ve tvaru písmene D se dvěma vstupy a jedním jediným výstupem, přičemž tvar D mezi vstupem a výstupem je logický obvod. Vztah mezi vstupními a výstupními hodnotami lze vysvětlit pomocí níže uvedené tabulky pravdy brány AND.
Výstup rovnic lze snadno vysvětlit pomocí logické rovnice AND Gate, což je Q = A x B nebo Q = AB. Pro bránu AND je tedy výstup VYSOKÝ, pouze pokud jsou oba vstupy VYSOKÉ.
Tranzistor
Tranzistor je polovodičové zařízení se třemi svorkami, které lze připojit k externímu obvodu. Zařízení lze použít jako spínač a také jako zesilovač ke změně hodnot nebo k řízení průchodu elektrického signálu.
Pro stavbu logické brány AND pomocí tranzistoru bychom použili tranzistory BJT, které lze dále rozdělit na dva typy: PNP a NPN - bipolární tranzistory. Symbol obvodu pro každý z nich je uveden níže.
Tento článek vám vysvětlí, jak vytvořit obvod AND Gate pomocí tranzistoru. Logika brány AND je vysvětlena výše a při sestavování brány AND pomocí tranzistoru se budeme řídit stejnou pravdivou tabulkou uvedenou výše.
Schéma zapojení a požadované součásti
Seznam komponent potřebných k vytvoření brány AND pomocí tranzistoru NPN je uveden takto:
- Dva NPN tranzistory. (Můžete také použít PNP tranzistor, pokud je k dispozici)
- Dva 10KΩ rezistory a jeden 4-5KΩ rezistor.
- Jedna LED (Light Emitting Diode) pro kontrolu výstupu.
- Nepájivá deska.
- Napájení + 5 V.
- Dvě tlačítka PUSH.
- Připojení vodičů.
Obvod představuje jak vstupy A & B pro hradlo AND, tak výstup, Q, který má také napájení + 5 V pro kolektor prvního tranzistoru, který je zapojen do série s druhým tranzistorem, a LED je připojena ke svorce emitoru druhý tranzistor. Vstupy A a B jsou připojeny k základní svorce tranzistoru 1 a tranzistoru 2 a výstup Q jde na kladnou svorku LED. Níže uvedený diagram představuje výše vysvětlený obvod pro sestavení brány AND pomocí tranzistoru NPN.
Tranzistory použité v tomto výukovém programu jsou tranzistor NPN BC547 a byly přidány se všemi výše uvedenými součástmi v obvodu, jak je uvedeno níže.
Pokud nemáte tlačítka u sebe, můžete také použít vodiče jako přepínač jejich přidáním nebo odebráním, kdykoli je to nutné (namísto stisknutí přepínače). Totéž lze vidět na videu, kde bych použil dráty jako spínač připojený k základní svorce pro oba tranzistory.
Stejný obvod, kdyby byl postaven pomocí výše zmíněných hardwarových komponent, by obvod vypadal jako na obrázku níže.
Práce And Gate pomocí tranzistoru
Zde budeme používat tranzistor jako spínač, a tak, když je na terminál kolektoru tranzistoru NPN přivedeno napětí, dosáhne napětí emitorové křižovatky pouze tehdy, když má základní křižovatka napětí mezi 0 V a kolektorovým napětím.
Podobně by výše uvedený obvod rozsvítil LED, tj. Výstup je 1 (vysoký), pouze pokud jsou oba vstupy 1 (vysoký), tj. Pokud je na svorce základny obou tranzistorů napájecí napětí. To znamená, že bude existovat přímá proudová cesta z VCC (napájení + 5V) k LED a dále k zemi. Ve všech případech bude výstup 0 (nízký) a LED zhasne. To vše lze vysvětlit podrobněji porozuměním každému případu jeden po druhém.
Případ 1: Když jsou oba vstupy nulové - A = 0 & B = 0.
Pokud jsou oba vstupy A a B 0, nemusíte v tomto případě stisknout žádné z tlačítek. Pokud nepoužíváte tlačítka, odstraňte vodiče spojené s tlačítky a základnovou svorkou obou tranzistorů. Takže jsme dostali oba vstupy A & B jako 0 a nyní musíme zkontrolovat výstup, který by také měl být 0 podle tabulky pravdivosti brány AND.
Nyní, když je napětí dodáváno přes terminál kolektoru tranzistoru 1, emitor neobdrží žádný vstup, protože hodnota základní svorky je 0. Podobně emitor tranzistoru 1, který je připojen ke kolektoru tranzistoru 2, nedodává žádné proud nebo napětí, a také konečná hodnota základna tranzistoru 2 je 0. Takže, je 2 nd emitor tranzistoru na výstupu hodnotu 0 av důsledku toho, LED dioda bude vypnuto.
Případ 2: Když jsou vstupy - A = 0 & B = 1.
Ve druhém případě, když jsou vstupy A = 0 a B = 1, má obvod první vstup jako 0 (nízký) a druhý vstup jako 1 (vysoký) k základně tranzistoru 1, respektive 2. Nyní, když je napájení 5 V předáno do kolektoru prvního tranzistoru, nedojde ke změně fázového posunu tranzistoru, protože základnová svorka má 0 vstupů. Který předává hodnotu 0 emitoru a emitor prvního tranzistoru je zapojen do kolektoru druhého tranzistoru v sérii, takže hodnota 0 jde do kolektoru druhého tranzistoru.
Nyní má druhý tranzistor v základně vysokou hodnotu, takže by umožňoval přechod stejné hodnoty přijímané v kolektoru na emitor. Ale protože hodnota je 0 v terminálu kolektoru druhého tranzistoru, proto bude emitor také 0 a LED připojená k emitoru nebude svítit.
Případ 3: Když jsou vstupy - A = 1 & B = 0.
Zde je vstup 1 (vysoký) pro základnu prvního tranzistoru a nízký pro základnu druhého tranzistoru. Takže proudová cesta začne od 5V napájecího zdroje do kolektoru druhého tranzistoru procházejícího kolektorem a emitorem prvního tranzistoru, protože hodnota základního terminálu je pro první tranzistor vysoká.
Ale v druhém tranzistoru je základní svorka hodnota 0, takže žádný proud neprochází z kolektoru do emitoru druhého tranzistoru a výsledkem je, že LED bude stále VYPNUTA pouze.
Případ 4: Když jsou oba vstupy jeden - A = 1 & B = 1.
Poslední případ a zde oba vstupy mají být vysoké, které jsou připojeny k základním svorkám obou tranzistorů. To znamená, že kdykoli proud nebo napětí prochází kolektorem obou tranzistorů, základna dosáhne své saturace a tranzistor vede.
Praktické vysvětlení, když je na sběratelskou svorku tranzistoru 1 poskytnuto napájení + 5 V a také je nasycena svorka základny, pak by emitorová svorka přijala vysoký výstup, protože tranzistor je předpjatý. Tento vysoký výkon při emitoru jde přímo ke kolektoru 2 nd tranzistoru přes sériovém zapojení. Nyní, podobně jako u druhého tranzistoru, je vstup na kolektoru vysoký a v tomto případě je také vysoký terminál základny, což znamená, že druhý tranzistor je také v nasyceném stavu a vysoký vstup by prošel z kolektoru do emitoru. Tento vysoký výkon na vysílači jde na LED, která rozsvítí LED.
Proto všechny čtyři případy mají stejné vstupy a výstupy jako skutečná logická brána AND. Proto jsme postavili logickou bránu AND pomocí tranzistoru. Doufám, že jste pochopili výukový program a bavilo vás učit se něco nového. Kompletní fungování nastavení najdete ve videu níže. V našem dalším tutoriálu se také naučíme, jak sestavit bránu OR pomocí tranzistoru a bránu NE pomocí tranzistoru. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je v sekci komentářů níže nebo použijte naše fóra pro další technické dotazy.