Tranzistoare PMOS și NMOS

Microprocesoarele sunt construite din tranzistori. În special, ele sunt construite din tranzistori MOS. MOS este un acronim pentru Metal-Oxide Semiconductor. Există două tipuri de tranzistoare MOS: pMOS (pozitive-MOS) și nMOS (negative-MOS). Fiecare pMOS și nMOS este echipat cu trei componente principale: poarta, sursa și scurgerea.

Pentru a înțelege corect cum funcționează un pMOS și un nMOS, este important să definiți mai întâi câțiva termeni:

circuit închis: aceasta înseamnă că electricitatea curge de la poartă la sursă.

circuit deschis: Aceasta înseamnă că electricitatea nu curge de la poartă la sursă; ci mai degrabă, electricitatea curge de la poartă la canalizare.

Când un tranzistor nMOS primește o tensiune care nu este neglijabilă, conexiunea de la sursă la dren acționează ca un fir. Electricitatea va curge de la sursă la scurgere neinhibată - acest lucru este denumit circuit închis. Pe de altă parte, atunci când un tranzistor nMOS primește o tensiune de aproximativ 0 volți, conexiunea de la sursă la dren va fi întreruptă și aceasta este denumită un circuit deschis.

Exemplu de tranzistor nMOS

Tranzistorul de tip p funcționează exact contrar tranzistorului de tip n. În timp ce nMOS va forma un circuit închis cu sursa atunci când tensiunea nu este neglijabilă, pMOS va forma un circuit deschis cu sursa atunci când tensiunea nu este neglijabilă.

Exemplu de tranzistor pMOS

După cum puteți vedea în imaginea tranzistorului pMOS prezentată mai sus, singura diferență dintre un tranzistor pMOS și un tranzistor nMOS este micul cerc dintre poartă și prima bară. Acest cerc inversează valoarea de la tensiune; deci, dacă poarta trimite o tensiune reprezentativă pentru o valoare de 1, atunci invertorul va schimba 1 la 0 și va face ca circuitul să funcționeze în consecință.

Deoarece pMOS și nMOS funcționează în mod opus - într-o manieră complementară - atunci când le combinăm pe ambele într-un singur circuit MOS gigant, se numește circuit cMOS, care înseamnă semiconductor complementar de oxid de metal.

Utilizarea circuitelor MOS

Putem combina circuite pMOS și nMOS pentru a construi structuri mai complexe numite PORȚI, mai precis: porți logice. Am introdus deja conceptul acestor funcții logice și tabelele de adevăr asociate acestora în blogul anterior, pe care îl puteți găsi făcând clic aici.

Putem atașa un tranzistor pMOS care se conectează la sursă și un tranzistor nMOS care se conectează la pământ. Acesta va fi primul nostru exemplu de tranzistor cMOS.

Exemplu de poartă NOT

Acest tranzistor cMOS acționează într-un mod similar cu funcția logică NOT.

Să aruncăm o privire la tabelul de adevăr NOT:

NU tabelul de adevăr

În tabelul de adevăr NOT, fiecare valoare de intrare: A este inversată. Ce se întâmplă cu circuitul de mai sus?

Ei bine, să ne imaginăm că intrarea este 0.

0 intră și merge atât în ​​sus, cât și în jos pe fir atât la pMOS (sus) cât și la nMOS (jos). Când valoarea 0 atinge pMOS, este inversată la 1; deci, conexiunea la sursa este inchisa. Aceasta va produce o valoare logică de 1 atâta timp cât conexiunea la pământ (dren) nu este, de asemenea, închisă. Ei bine, deoarece tranzistoarele sunt complementare, știm că tranzistorul nMOS nu va inversa valoarea; deci, ia valoarea 0 așa cum este și, prin urmare, va crea un circuit deschis la pământ (dren). Astfel, se produce o valoare logică de 1 pentru poartă.

O valoare IN de 0 produce o valoare OUT de 1

Ce se întâmplă dacă 1 este valoarea IN? Ei bine, urmând aceiași pași ca mai sus, valoarea 1 este trimisă atât către pMOS, cât și către nMOS. Când valoarea este primită de pMOS, valoarea este inversată la 0; astfel, conexiunea la SURSA este deschisă. Când valoarea este primită de nMOS, valoarea nu este inversată; astfel, valoarea rămâne un 1. Când o valoare de 1 este primită de către nMOS, conexiunea este închisă; deci, conexiunea la pământ este închisă. Aceasta va produce o valoare logică de 0.

O valoare IN de 1 produce o valoare OUT de 0.

Punând împreună cele două seturi de intrare/ieșire, rezultă:

Tabelul Adevărului pentru o poartă NU.

Este destul de ușor de observat că acest tabel de adevăr este exact același cu cel pe care funcția logică NU o produce. Astfel, aceasta este cunoscută ca o poartă NOT.

Putem folosi acești doi tranzistori simpli pentru a face structuri mai complicate? Absolut! În continuare, vom construi o poartă NOR și o poartă OR.

Un exemplu de poartă NOR

Acest circuit folosește doi tranzistori pMOS în partea de sus și doi tranzistori nMOS în partea de jos. Din nou, să ne uităm la intrarea în poartă pentru a vedea cum se comportă.

Când A este 0 și B este 0, această poartă va inversa ambele valori la 1 când ajung la tranzistoarele pMOS; cu toate acestea, tranzistoarele nMOS vor menține ambii valoarea 0. Acest lucru va determina poarta să producă o valoare de 1.

Când A este 0 și B este 1, această poartă va inversa ambele valori când ajung la tranzistoarele pMOS; deci, A se va schimba la 1 și B se va schimba la 0. Acest lucru nu va duce la sursă; deoarece ambii tranzistori necesită un circuit închis pentru a conecta intrarea la sursă. Tranzistoarele nMOS nu inversează valorile; deci, nMOS asociat cu A va produce un 0, iar nMOS asociat cu B va produce un 1; astfel, nMOS asociat cu B va produce un circuit închis la pământ. Acest lucru va determina poarta să producă o valoare de 0.

Când A este 1 și B este 0, această poartă va inversa ambele valori când ajung la tranzistoarele pMOS; deci, A se va schimba la 0 și B se va schimba la 1. Acest lucru nu va duce la sursă; deoarece ambii tranzistori necesită un circuit închis pentru a conecta intrarea la sursă. Tranzistoarele nMOS nu inversează valorile; deci, nMOS asociat cu A va produce un 1, iar nMOS asociat cu B va produce un 0; astfel, nMOS asociat cu A va produce un circuit închis la sol. Acest lucru va determina poarta să producă o valoare de 0.

Când A este 1 și B este 1, această poartă va inversa ambele valori când ajung la tranzistoarele pMOS; deci, A se va schimba la 0 și B se va schimba la 0. Acest lucru nu va duce la sursă; deoarece ambii tranzistori necesită un circuit închis pentru a conecta intrarea la sursă. Tranzistoarele nMOS nu inversează valorile; deci, nMOS asociat cu A va produce un 1, iar nMOS asociat cu B va produce un 1; astfel, nMOS asociat cu A și nMOS asociat cu B vor produce un circuit închis la pământ. Acest lucru va determina poarta să producă o valoare de 0.

Astfel, tabelul de adevăr al porții este următorul:

Ieșirea porții NOR.

Între timp, tabelul de adevăr al funcției logice NOR este după cum urmează:

Ieșirea funcției logice NOR.

Astfel, am confirmat că această poartă este o poartă NOR deoarece își împărtășește tabelul de adevăr cu funcția logică NOR.

Acum, vom pune împreună ambele porți, pe care le-am creat până acum, pentru a produce o poartă SAU. Amintiți-vă, NOR înseamnă NOT OR; deci, dacă inversăm o poartă deja inversată, vom recupera originalul. Să punem acest lucru la încercare pentru a-l vedea în acțiune.

Exemplu de poartă SAU

Ceea ce am făcut aici este că am luat poarta NOR de înainte și am aplicat o poartă NOT la ieșire. După cum am arătat mai sus, poarta NOT va lua o valoare de 1 și va scoate un 0, iar poarta NOT va lua o valoare de 0 și va scoate un 1.

Aceasta va lua valorile porții NOR și va converti toate cele 0 în 1 și 1 în 0. Astfel, tabelul de adevăr va fi următorul:

Tabelul de adevăr al unei porți NOR și al unei porți OR

Dacă doriți să mai exersați testarea acestor porți, nu ezitați să încercați singuri valorile de mai sus și să vedeți că poarta produce rezultate echivalente!

Exemplu de poartă NAND

Susțin că aceasta este o poartă NAND, dar haideți să testăm tabelul de adevăr al acestei porți pentru a determina dacă este într-adevăr o poartă NAND.

Când A este 0 și B este 0, pMOS-ul lui A va produce un 1, iar nMOS-ul lui A va produce un 0; astfel, această poartă va produce un 1 logic deoarece este conectată la sursă cu un circuit închis și deconectată de la pământ cu un circuit deschis.

Când A este 0 și B este 1, pMOS-ul lui A va produce un 1, iar nMOS-ul lui A va produce un 0; astfel, această poartă va produce un 1 logic deoarece este conectată la sursă cu un circuit închis și deconectată de la pământ cu un circuit deschis.

Când A este 1 și B este 0, pMOS-ul lui B va produce un 1, iar nMOS-ul lui B va produce un 0; astfel, această poartă va produce un 1 logic deoarece este conectată la sursă cu un circuit închis și deconectată de la pământ cu un circuit deschis.

Când A este 1 și B este 1, pMOS-ul lui A va produce un 0, iar nMOS-ul lui A va produce un 1; deci, trebuie să verificăm și pMOS și nMOS ale lui B. pMOS-ul lui B va produce un 0, iar nMOS-ul lui B va produce un 1; astfel, această poartă va produce un 0 logic deoarece este deconectată de la sursă cu un circuit deschis și conectată la pământ cu un circuit închis.

Tabelul de adevăr este următorul:

Tabelul de adevăr al porții de mai sus.

Între timp, tabelul de adevăr al funcției logice NAND este după cum urmează:

Astfel, am verificat că aceasta este, într-adevăr, o poartă NAND.

Acum, cum construim o poartă AND? Ei bine, vom construi o poartă AND exact în același mod în care am construit o poartă SAU dintr-o poartă NOR! Vom atașa un invertor!

Exemplu de poartă AND

Deoarece tot ce am făcut este să aplicăm o funcție NOT la ieșirea unei porți NAND, tabelul de adevăr va arăta astfel:

Tabelul de adevăr complet al AND și NAND

Din nou, vă rugăm să verificați pentru a vă asigura că ceea ce vă spun este adevărul.

Astăzi, am abordat ce sunt tranzistorii pMOS și nMOS, precum și cum să le folosim pentru a construi structuri mai complexe! Sper că ați găsit acest blog informativ. Dacă doriți să citiți blogurile mele anterioare, veți găsi mai jos lista.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje