Progettazione di un gate and utilizzando i transistor

Come molti di noi sanno, un circuito integrato o IC è una combinazione di molti piccoli circuiti in un piccolo pacchetto che insieme svolgono un compito comune. Come un amplificatore operazionale o 555 Timer IC è costruito dalla combinazione di molti transistor, flip-flop, porte logiche e altri circuiti digitali combinatori. Allo stesso modo un Flip-Flop può essere costruito usando una combinazione di porte logiche e le porte logiche stesse possono essere costruite usando pochi transistor.

Le porte logiche sono le basi di molti circuiti elettronici digitali. Dai flip-flop di base ai microcontrollori, le porte logiche costituiscono il principio di base su come i bit vengono memorizzati ed elaborati. Dichiarano la relazione tra ogni input e output di un sistema utilizzando una logica arthmetica. Esistono molti tipi diversi di porte logiche e ognuna di esse ha una logica diversa che può essere utilizzata per scopi diversi. Ma il focus di questo articolo sarà sul gate AND perché in seguito costruiremo un gate AND utilizzando un circuito a transistor BJT. Emozionante vero? Iniziamo.

AND Logic Gate

La porta logica AND è una porta logica a forma di D con due ingressi e una singola uscita, dove la forma a D tra l'ingresso e l'uscita è il circuito logico. La relazione tra i valori di input e output può essere spiegata utilizzando la tabella AND Gate Truth mostrata di seguito.

L'output delle equazioni può essere facilmente spiegato utilizzando l' equazione booleana AND Gate, che è Q = A x B o Q = AB. Quindi, per un gate AND l'uscita è ALTA solo quando entrambi gli ingressi sono ALTI.

Transistor

Un transistor è un dispositivo semiconduttore con tre terminali che possono essere collegati a un circuito esterno. Il dispositivo può essere utilizzato come interruttore e anche come amplificatore per modificare i valori o controllare il passaggio di un segnale elettrico.

Per costruire una porta logica AND utilizzando un transistor, utilizzeremmo transistor BJT che possono essere ulteriormente classificati in due tipi: PNP e NPN - Transistor a giunzione bipolare. Il simbolo del circuito per ciascuno di essi può essere visto di seguito.

Questo articolo ti spiegherà come costruire un circuito AND Gate usando il transistor. La logica di una porta AND è già spiegata sopra e per costruire una porta AND usando un transistor seguiremo la stessa tabella di verità mostrata sopra.

Schema del circuito e componenti necessari

L'elenco dei componenti necessari per costruire un gate AND utilizzando un transistor NPN è elencato come segue:

1. Due transistor NPN. (È inoltre possibile utilizzare il transistor PNP se disponibile)
2. Due resistori da 10 KΩ e un resistore da 4-5 KΩ.
3. Un LED (Light Emitting Diode) per controllare l'uscita.
4. Una breadboard.
5. Un alimentatore + 5V.
6. Due pulsanti PUSH.
7. Collegamento dei cavi.

Il circuito rappresenta sia gli ingressi A e B per la porta AND che l'uscita, Q che ha anche un'alimentazione di + 5V al collettore del primo transistor che è collegato in serie al secondo transistor e un LED è collegato al terminale di emettitore di il secondo transistor. Gli ingressi A e B sono collegati rispettivamente al terminale di base del Transistor 1 e del Transistor 2 e l'uscita Q va al LED del terminale positivo. Lo schema seguente rappresenta il circuito sopra spiegato per costruire un gate AND utilizzando il transistor NPN.

I transistor utilizzati in questo tutorial sono transistor NPN BC547 e sono stati aggiunti con tutti i componenti sopra menzionati nel circuito, come mostrato di seguito.

Se non hai i pulsanti con te, puoi anche usare i fili come interruttore aggiungendoli o rimuovendoli quando necessario (invece di premere l'interruttore). Lo stesso si può vedere nel video dove userei i fili come un interruttore collegato al terminale di base per entrambi i transistor.

Lo stesso circuito quando costruito utilizzando i componenti hardware sopra menzionati, il circuito avrebbe un aspetto simile nell'immagine sottostante.

Funzionamento di And Gate utilizzando Transistor

Qui utilizzeremo il transistor come interruttore e quindi, quando viene applicata una tensione attraverso un terminale del collettore del transistor NPN, la tensione raggiunge la giunzione dell'emettitore solo quando la giunzione della base ha una tensione di alimentazione compresa tra 0 V e la tensione del collettore.

Allo stesso modo, il circuito sopra farebbe accendere il LED, ovvero l'uscita è 1 (High) solo quando entrambi gli ingressi sono 1 (High), ovvero quando c'è una tensione di alimentazione al terminale di base di entrambi i transistor. Significa che ci sarà un percorso di corrente in linea retta da VCC (alimentazione + 5V) al LED e successivamente a terra. In tutti i casi l'uscita sarà 0 (Bassa) e il LED sarà spento. Tutto ciò può essere spiegato in modo più dettagliato comprendendo ogni caso uno per uno.

Caso 1: quando entrambi gli ingressi sono zero - A = 0 e B = 0.

Quando entrambi gli ingressi A e B sono 0, in questo caso non è necessario premere alcun pulsante. Se non si utilizzano i pulsanti, rimuovere i fili collegati con, i pulsanti e il terminale di base di entrambi i transistor. Quindi, abbiamo ottenuto entrambi gli ingressi A e B come 0 e ora dobbiamo controllare l'output, che dovrebbe essere 0 secondo la tabella di verità della porta AND.

Ora, quando viene fornita una tensione attraverso il terminale del collettore del Transistor 1, l'emettitore non riceve alcun input perché il valore del terminale di base è 0. Allo stesso modo, l'emettitore del transistor 1 che è collegato al collettore del Transistor 2, non fornisce corrente o tensione e anche il valore del terminale di base del transistor 2 è 0. Quindi, l' emettitore del 2 ^° transistor emette il valore 0 e di conseguenza il LED sarebbe spento.

Caso 2: quando gli ingressi sono - A = 0 e B = 1.

Nel secondo caso, quando gli ingressi sono A = 0 e B = 1, il circuito ha il primo ingresso come 0 (Basso) e il secondo come 1 (Alto) alla base del transistor 1 e 2, rispettivamente. Ora, quando un'alimentazione a 5 V viene passata al collettore del primo transistor, non vi è alcun cambiamento nello sfasamento del transistor poiché il terminale di base ha ingresso 0. Che passa il valore 0 all'emettitore e l'emettitore del primo transistor è collegato al collettore del secondo transistor in serie, quindi il valore 0 va nel collettore del secondo transistor.

Ora, il secondo transistor ha un valore alto nella base, quindi permetterebbe che lo stesso valore ricevuto nel collettore passi all'emettitore. Ma poiché il valore è 0 nel terminale del collettore del secondo transistor, ecco perché anche l'emettitore sarà 0 e il LED collegato all'emettitore non si illuminerà.

Caso 3: quando gli ingressi sono - A = 1 e B = 0.

Qui, l'ingresso è 1 (alto) per la prima base di transistor e basso per la seconda base di transistor. Quindi, il percorso della corrente inizierà dall'alimentazione 5V al collettore del secondo transistor passando attraverso il collettore e l'emettitore del primo transistor poiché il valore del terminale di base è alto per il primo transistor.

Ma nel secondo transistor, il valore del terminale di base è 0 e quindi nessuna corrente passa dal collettore all'emettitore del secondo transistor e di conseguenza il led sarebbe ancora solo OFF.

Caso 4: quando entrambi gli ingressi sono uno - A = 1 e B = 1.

L'ultimo caso e qui entrambi gli ingressi dovrebbero essere alti che sono collegati ai terminali di base di entrambi i transistor. Ciò significa che ogni volta che una corrente o una tensione passa attraverso il collettore di entrambi i transistor, la base raggiunge la sua saturazione e il transistor conduce.

In pratica, quando viene fornita un'alimentazione di + 5V al terminale di collettore del transistor 1 e anche il terminale di base è saturato, il terminale di emettitore riceverebbe un'uscita elevata poiché il transistor è polarizzato in avanti. Questa elevata potenza all'emettitore va direttamente al collettore del 2 ^° transistor tramite un collegamento in serie. Ora, analogamente al secondo transistor, l'ingresso al collettore è alto e in questo caso anche il terminale di base è alto, il che significa che anche il secondo transistor è in uno stato saturo e l'ingresso alto passerebbe dal collettore all'emettitore. Questo alto rendimento all'emettitore va al LED che accende il LED.

Quindi, tutti e quattro i casi hanno gli stessi ingressi e uscite della porta logica AND effettiva. Pertanto, abbiamo costruito un gate logico AND utilizzando un transistor. Spero che tu abbia capito il tutorial e ti sia piaciuto imparare qualcosa di nuovo. Il funzionamento completo del set-up si trova nel video sottostante. Nel nostro prossimo tutorial impareremo anche come costruire un gate OR usando transistor e NOT gate usando Transistor. Se hai domande, lasciale nella sezione commenti qui sotto o usa i nostri forum per altre domande tecniche.