การออกแบบและประตูโดยใช้ทรานซิสเตอร์

อย่างที่พวกเราหลายคนทราบกันดีว่าวงจรรวมหรือ IC คือการรวมกันของวงจรขนาดเล็กจำนวนมากในแพ็คเกจขนาดเล็กซึ่งทำงานร่วมกัน เช่นเดียวกับ Operational Amplifier หรือ 555 Timer IC ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมกันของทรานซิสเตอร์หลายตัว, Flip-Flops, Logic Gates และวงจรดิจิทัลแบบผสมอื่น ๆ ในทำนองเดียวกัน Flip-Flop สามารถสร้างได้โดยใช้ Logic Gates และ Logic Gates นั้นสามารถสร้างได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์เพียงไม่กี่ตัว

Logic Gates เป็นพื้นฐานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลจำนวนมาก จาก Flip-Flops พื้นฐานไปจนถึง Microcontrollers Logic gates เป็นหลักการพื้นฐานในการจัดเก็บและประมวลผลบิต พวกเขาระบุความสัมพันธ์ระหว่างทุกอินพุตและเอาต์พุตของระบบโดยใช้ตรรกะ Arthmetic ลอจิกเกตมีหลายประเภทและแต่ละประเภทมีตรรกะที่แตกต่างกันซึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่จุดสำคัญของบทความนี้จะอยู่ที่AND Gateเพราะต่อไปเราจะสร้าง AND Gate โดยใช้วงจรทรานซิสเตอร์ BJT น่าตื่นเต้นใช่มั้ย? มาเริ่มกันเลย.

และลอจิกเกต

AND ลอจิกเกตคือลอจิกเกตรูปตัว D ที่มีอินพุตสองอินพุตและเอาต์พุตเดียวโดยที่รูปร่าง D ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตคือวงจรลอจิก ความสัมพันธ์ระหว่างค่าอินพุตและเอาต์พุตสามารถอธิบายได้โดยใช้AND Gate Truth Table ที่แสดงด้านล่าง

เอาท์พุทสมการสามารถอธิบายได้อย่างง่ายดายโดยใช้และประตูเมืองบูลีนสมการซึ่งเป็นQ = a x BหรือQ = AB ดังนั้นสำหรับ AND Gate เอาต์พุตจะสูงก็ต่อเมื่ออินพุตทั้งสองสูงเท่านั้น

ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีสามขั้วที่สามารถเชื่อมต่อกับวงจรภายนอกได้ อุปกรณ์นี้สามารถใช้เป็นสวิตช์และเป็นเครื่องขยายเสียงเพื่อเปลี่ยนค่าหรือควบคุมการส่งผ่านของสัญญาณไฟฟ้า

สำหรับการสร้างและประตูตรรกะใช้ทรานซิสเตอร์เราจะใช้ทรานซิสเตอร์ BJT ซึ่งสามารถแยกเป็นสองประเภท: PNPและNPN - Bipolar Junction ทรานซิสเตอร์ สัญลักษณ์วงจรสำหรับแต่ละตัวสามารถดูได้ด้านล่าง

บทความนี้จะอธิบายให้คุณทราบถึงวิธีการสร้างวงจร AND Gate โดยใช้ทรานซิสเตอร์ ตรรกะของประตู AND ได้อธิบายไว้ข้างต้นแล้วและในการสร้างประตู AND โดยใช้ทรานซิสเตอร์เราจะทำตามตารางความจริงเดียวกันที่แสดงด้านบน

แผนภาพวงจรและส่วนประกอบที่จำเป็น

รายการส่วนประกอบที่จำเป็นในการสร้างเกต AND โดยใช้ทรานซิสเตอร์ NPNแสดงไว้ดังนี้:

1. ทรานซิสเตอร์ NPN สองตัว (คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ PNP ได้หากมี)
2. ตัวต้านทาน10KΩสองตัวและตัวต้านทาน4-5KΩหนึ่งตัว
3. LED หนึ่งดวง (ไดโอดเปล่งแสง) เพื่อตรวจสอบเอาต์พุต
4. Breadboard
5. แหล่งจ่ายไฟ A + 5V
6. ปุ่ม PUSH สองปุ่ม
7. การเชื่อมต่อสายไฟ

วงจรแสดงทั้งอินพุต A & B สำหรับประตู AND และเอาต์พุต Q ซึ่งมีแหล่งจ่าย + 5V ให้กับตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวแรกซึ่งเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับทรานซิสเตอร์ตัวที่สองและ LED เชื่อมต่อกับขั้วปล่อยของ ทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง อินพุต A & B เชื่อมต่อกับเทอร์มินัลฐานของทรานซิสเตอร์ 1 และทรานซิสเตอร์ 2 ตามลำดับและเอาต์พุต Q ไปที่ LED ขั้วบวก แผนภาพด้านล่างแสดงถึงวงจรที่อธิบายข้างต้นเพื่อสร้างประตู AND โดยใช้ทรานซิสเตอร์ NPN

ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในบทช่วยสอนนี้คือBC547 NPN Transistorและถูกเพิ่มด้วยส่วนประกอบที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมดในวงจรดังที่แสดงด้านล่าง

หากคุณไม่มีปุ่มกดคุณยังสามารถใช้สายไฟเป็นสวิตช์ได้โดยการเพิ่มหรือถอดออกทุกครั้งที่ต้องการ (แทนการกดปุ่ม swtich) สิ่งเดียวกันนี้สามารถเห็นได้ในวิดีโอที่ฉันจะใช้สายไฟเป็นสวิตช์ที่เชื่อมต่อกับเทอร์มินัลฐานสำหรับทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัว

วงจรเดียวกันเมื่อสร้างขึ้นโดยใช้ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ดังกล่าวข้างต้นวงจรจะมีลักษณะคล้ายในภาพด้านล่าง

การทำงานของและประตูโดยใช้ทรานซิสเตอร์

ในที่นี้เราจะใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์และเมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกใช้ผ่านขั้ว Collector ของทรานซิสเตอร์ NPN แรงดันจะไปถึง Emitter Junction ก็ต่อเมื่อ Base Junction มีแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0V และ Collector Voltage

ในทำนองเดียวกันวงจรด้านบนจะทำให้ LED เรืองแสงกล่าวคือเอาต์พุตคือ 1 (สูง) ก็ต่อเมื่ออินพุตทั้งสองเป็น 1 (สูง) เช่นเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วฐานของทรานซิสเตอร์ทั้งสอง ความหมายจะมีเส้นทางกระแสเป็นเส้นตรงจาก VCC (แหล่งจ่ายไฟ + 5V) ไปยัง LED และต่อไปที่พื้น ในทุกกรณีเอาต์พุตจะเป็น0 (ต่ำ) และ LED จะดับ สิ่งเหล่านี้สามารถอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมได้โดยการทำความเข้าใจทีละกรณี

กรณีที่ 1:เมื่อ input ทั้งคู่เป็นศูนย์ - A = 0 & B = 0

เมื่ออินพุต A & B เป็น 0 คุณไม่จำเป็นต้องกดปุ่มใด ๆ ในกรณีนี้ หากคุณไม่ได้ใช้ปุ่มกดให้ถอดสายที่เชื่อมต่อด้วยปุ่มกดและขั้วต่อฐานของทรานซิสเตอร์ทั้งสอง ดังนั้นเราจึงได้อินพุต A & B ทั้งสองเป็น 0 และตอนนี้เราต้องตรวจสอบเอาต์พุตซึ่งควรเป็น 0 ตามตารางความจริงประตู AND

ตอนนี้เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายผ่านเทอร์มินัลสะสมของทรานซิสเตอร์ 1 อีซีแอลจะไม่ได้รับอินพุตใด ๆ เนื่องจากค่าเทอร์มินัลฐานคือ 0 ในทำนองเดียวกันตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ 1 ซึ่งเชื่อมต่อกับตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ 2 จะไม่มี ปัจจุบันหรือแรงดันไฟฟ้าและยังฐานค่าขั้วของทรานซิสเตอร์ 2 เป็น 0 ดังนั้น 2 ^{ครั้งที่}อีซีแอลของทรานซิสเตอร์เอาท์พุทค่า 0 และเป็นผลให้ไฟ LED จะปิด

กรณีที่ 2:เมื่อปัจจัยการผลิตที่มี - A = 0 & B = 1

ในกรณีที่สองเมื่ออินพุตเป็น A = 0 & B = 1 วงจรจะมีอินพุตแรกเป็น 0 (ต่ำ) และอินพุตที่สองเป็น 1 (สูง) ไปยังฐานของทรานซิสเตอร์ 1 และ 2 ตามลำดับ ตอนนี้เมื่อแหล่งจ่าย 5V ถูกส่งผ่านไปยังตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวแรกจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในการเปลี่ยนเฟสของทรานซิสเตอร์เนื่องจากขั้วฐานมีอินพุต 0 ซึ่งส่งผ่านค่า 0 ไปยังตัวปล่อยและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ตัวแรกจะเชื่อมต่อกับตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองในอนุกรมดังนั้นค่า 0 จึงเข้าสู่ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง

ตอนนี้ทรานซิสเตอร์ตัวที่สองมีค่าสูงในฐานดังนั้นจึงอนุญาตให้ค่าเดียวกันที่ได้รับในตัวเก็บรวบรวมส่งผ่านไปยังตัวปล่อย แต่เนื่องจากค่าเป็น 0 ในเทอร์มินัลตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองนั่นเป็นสาเหตุที่ตัวปล่อยสัญญาณจะเป็น 0 และ LED ที่เชื่อมต่อกับตัวปล่อยจะไม่เรืองแสง

กรณีที่ 3:เมื่อปัจจัยการผลิตที่มี - A = 1 & B = 0

ที่นี่อินพุตคือ 1 (สูง) สำหรับฐานทรานซิสเตอร์ตัวแรกและต่ำสำหรับฐานทรานซิสเตอร์ตัวที่สอง ดังนั้นเส้นทางปัจจุบันจะเริ่มต้นจากแหล่งจ่ายไฟ 5V ไปยังตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองผ่านตัวเก็บและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ตัวแรกเนื่องจากค่าขั้วฐานสูงสำหรับทรานซิสเตอร์ตัวแรก

แต่ในทรานซิสเตอร์ตัวที่สองค่าเทอร์มินัลฐานคือ 0 ดังนั้นจึงไม่มีกระแสผ่านจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองและด้วยเหตุนี้ไฟ LED จะยังคงปิดอยู่เท่านั้น

กรณีที่ 4:เมื่อทั้งสองปัจจัยการผลิตเป็นหนึ่ง - A = 1 & B = 1

กรณีสุดท้ายและที่นี่อินพุตทั้งสองควรจะสูงซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วฐานของทรานซิสเตอร์ทั้งสอง ซึ่งหมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่กระแสหรือแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ทั้งสองฐานจะถึงจุดอิ่มตัวและทรานซิสเตอร์ดำเนินการ

ในทางปฏิบัติเมื่อมีการจ่ายไฟ + 5V ให้กับเทอร์มินัลคอลเลกชันของทรานซิสเตอร์ 1 และเทอร์มินัลฐานอิ่มตัวแล้วเทอร์มินัลอีซีแอลจะได้รับเอาต์พุตสูงเนื่องจากทรานซิสเตอร์เอนเอียงไปข้างหน้า เอาต์พุตสูงที่ตัวปล่อยนี้จะส่งตรงไปยังตัวสะสมของทรานซิสเตอร์2 ^ndผ่านการเชื่อมต่อแบบอนุกรม ตอนนี้ในทำนองเดียวกันที่ทรานซิสเตอร์ตัวที่สองอินพุตที่ตัวเก็บรวบรวมจะสูงและในกรณีนี้เทอร์มินัลฐานก็สูงเช่นกันหมายความว่าทรานซิสเตอร์ตัวที่สองอยู่ในสถานะอิ่มตัวและอินพุตสูงจะส่งผ่านจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย เอาต์พุตสูงนี้ที่ตัวปล่อยจะไปที่ LED ซึ่งจะเปิด LED

ดังนั้นทั้งสี่กรณีจึงมีอินพุตและเอาท์พุตเหมือนกับประตูตรรกะ AND จริง ดังนั้นเราจึงได้สร้างประตูและตรรกะใช้ทรานซิสเตอร์หวังว่าคุณจะเข้าใจบทแนะนำนี้และสนุกกับการเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ การทำงานทั้งหมดของการตั้งค่าสามารถพบได้ในวิดีโอด้านล่าง ในการกวดวิชาของเราต่อไปเรายังจะได้เรียนรู้วิธีการสร้างหรือประตูโดยใช้ทรานซิสเตอร์และไม่ได้ประตูโดยใช้ทรานซิสเตอร์หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือใช้ฟอรัมของเราสำหรับคำถามทางเทคนิคอื่น ๆ