利用晶體管設(shè)計(jì)與柵極

正如我們?cè)S多人所知，集成電路或IC是許多小電路在一個(gè)小封裝中的組合，它們一起執(zhí)行命令任務(wù)。像運(yùn)算放大器或555定時(shí)器IC是由許多晶體管、觸發(fā)器、邏輯門(mén)和其他組合數(shù)字電路組合而成的。類(lèi)似地，觸發(fā)器可以通過(guò)使用邏輯門(mén)的組合來(lái)構(gòu)建，邏輯門(mén)本身可以通過(guò)使用幾個(gè)晶體管來(lái)構(gòu)建。

邏輯門(mén)是許多數(shù)字電子電路的基礎(chǔ)。從基本的觸發(fā)器到微控制器，邏輯門(mén)形成了比特如何存儲(chǔ)和處理的基本原理。它們用算術(shù)邏輯陳述系統(tǒng)的每個(gè)輸入和輸出之間的關(guān)系。有許多不同類(lèi)型的邏輯門(mén)，每一個(gè)都有不同的邏輯，用于不同的目的。但本文的重點(diǎn)將放在與門(mén)上，因?yàn)樯院笪覀儗⑹褂肂JT晶體管電路構(gòu)建與門(mén)。令人興奮的對(duì)吧?讓我們開(kāi)始吧。

和邏輯門(mén)

與邏輯門(mén)是具有兩個(gè)輸入和一個(gè)單輸出的D形邏輯門(mén)，其中輸入和輸出之間的D形是邏輯電路。輸入值和輸出值之間的關(guān)系可以用下面所示的與門(mén)真值表來(lái)解釋。

輸出方程可以很容易地用與門(mén)布爾方程來(lái)解釋?zhuān)碤 = A x B或Q = AB。因此，對(duì)于與門(mén)來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)兩個(gè)輸入都為HIGH時(shí)，輸出才為HIGH。

晶體管

晶體管是一種有三個(gè)端子的半導(dǎo)體器件，可以連接到外部電路。該裝置可以用作開(kāi)關(guān)，也可以用作放大器來(lái)改變數(shù)值或控制電信號(hào)的傳遞。

對(duì)于使用晶體管構(gòu)建AND邏輯門(mén)，我們將使用BJT晶體管，可以進(jìn)一步分為兩種類(lèi)型：PNP和NPN -雙極結(jié)晶體管。它們的電路符號(hào)如下所示。

本文將向您解釋如何使用晶體管構(gòu)建與柵極電路。與門(mén)的邏輯已經(jīng)在上面解釋過(guò)了，為了使用晶體管構(gòu)建與門(mén)，我們將遵循上面所示的相同的真值表。

所需電路圖和元件

使用NPN晶體管構(gòu)建AND柵極所需的組件列表如下：

?兩個(gè)NPN晶體管。(如果可用，也可以使用PNP晶體管)

?兩個(gè)10KΩ電阻和一個(gè)4-5KΩ電阻。

?一個(gè)LED(發(fā)光二極管)來(lái)檢查輸出。

?一個(gè)面包板。

?A +5V電源。

?兩個(gè)PUSH按鈕。

?連接電線(xiàn)。

該電路表示與門(mén)和輸出的輸入A和B，輸出Q也有一個(gè)+5V電源，用于串聯(lián)連接到第二晶體管的第一晶體管的集電極，LED連接到第二晶體管的發(fā)射極端。輸入A和B分別接晶體管1和晶體管2的基極端，輸出Q接正極LED。下圖顯示了上述使用NPN晶體管構(gòu)建與門(mén)的電路。

本教程中使用的晶體管是BC547 NPN晶體管，并在電路中添加了上述所有元件，如下所示。

如果你沒(méi)有按鈕，你也可以使用電線(xiàn)作為開(kāi)關(guān)，在需要的時(shí)候添加或刪除它們(而不是按下開(kāi)關(guān))。同樣可以在視頻中看到，我將使用導(dǎo)線(xiàn)作為開(kāi)關(guān)連接到兩個(gè)晶體管的基端。

當(dāng)使用上述硬件組件構(gòu)建相同的電路時(shí)，電路將看起來(lái)像下圖所示。

晶體管與柵極的工作原理

在這里，我們將使用晶體管作為開(kāi)關(guān)，因此，當(dāng)電壓通過(guò)NPN晶體管的集電極端施加時(shí)，電壓只有在基極結(jié)具有0V和集電極電壓之間的電壓供應(yīng)時(shí)才能到達(dá)發(fā)射極結(jié)。

同樣，上述電路將使LED發(fā)光，即只有當(dāng)兩個(gè)輸入都為1(高)時(shí)，即當(dāng)兩個(gè)晶體管的基端都有電壓供應(yīng)時(shí)，輸出才為1(高)。這意味著，從VCC (+5V電源)到LED并進(jìn)一步到地面將有一條直線(xiàn)電流路徑。在所有情況下，輸出將為0(低)，LED將關(guān)閉。這些都可以通過(guò)逐一理解每一種情況來(lái)更詳細(xì)地解釋。

情況1：當(dāng)兩個(gè)輸入都為0時(shí)——A = 0 & B = 0。

當(dāng)輸入A和B都為0時(shí)，在這種情況下您不需要按任何按鈕。如果你不使用按鈕，然后移除連接的電線(xiàn)，按鈕和兩個(gè)晶體管的基端。那么，輸入A和B都是0，現(xiàn)在我們需要檢查輸出，根據(jù)與門(mén)真值表，輸出也應(yīng)該是0。

現(xiàn)在，當(dāng)電壓通過(guò)晶體管1的集電極端提供時(shí)，發(fā)射極不接收任何輸入，因?yàn)榛鶚O端的值為0。同樣，與晶體管2集電極相連的晶體管1的發(fā)射極不提供電流或電壓，晶體管2的基極端子值也為0。因此，第二個(gè)晶體管的發(fā)射極輸出值為0，因此，LED將關(guān)閉。

情況2：當(dāng)輸入為- A = 0 & B = 1時(shí)。

在第二種情況下，當(dāng)輸入為A = 0和B = 1時(shí)，電路的第一個(gè)輸入為0(低)，第二個(gè)輸入為1(高)，分別到晶體管1和2的基極?，F(xiàn)在，當(dāng)一個(gè)5V電源被傳遞到第一個(gè)晶體管的集電極時(shí)，晶體管的相移沒(méi)有變化，因?yàn)榛鶚O端的輸入為0。它將0值傳遞給發(fā)射極，第一晶體管的發(fā)射極串聯(lián)到第二晶體管的集電極上，因此0值進(jìn)入第二晶體管的集電極。

現(xiàn)在，第二個(gè)晶體管在基極中有一個(gè)高值，所以它將允許在集電極中接收到的相同值傳遞到發(fā)射極。但是，由于第二個(gè)晶體管的集電極端的值為0，這就是為什么發(fā)射極也將為0，并且連接到發(fā)射極的LED不會(huì)發(fā)光。

情況3：當(dāng)輸入為- A = 1 & B = 0時(shí)。

這里，第一個(gè)晶體管基極的輸入為1(高)，第二個(gè)晶體管基極的輸入為低。因此，由于第一晶體管的基極端子值高，電流路徑將從5V電源開(kāi)始，通過(guò)第一晶體管的集電極和發(fā)射極，到達(dá)第二晶體管的集電極。

但是在第二個(gè)晶體管中，基極端子值為0，因此，沒(méi)有電流從第二個(gè)晶體管的集電極到發(fā)射極，因此，led仍然只關(guān)閉。

情況4：當(dāng)兩個(gè)輸入都是1時(shí)——A = 1 & B = 1。

最后一種情況，這里兩個(gè)輸入都應(yīng)該是高的，它們連接到兩個(gè)晶體管的基極端。這意味著當(dāng)電流或電壓通過(guò)兩個(gè)晶體管的集電極時(shí)，基極達(dá)到飽和，晶體管導(dǎo)通。

實(shí)際上解釋?zhuān)?dāng)一個(gè)+5V電源提供給晶體管1的集電極端，同時(shí)基極端飽和，發(fā)射極端將收到一個(gè)高輸出，因?yàn)榫w管是正偏的。發(fā)射極的高輸出直接通過(guò)串聯(lián)連接到第二個(gè)晶體管的集電極。現(xiàn)在，類(lèi)似地在第二個(gè)晶體管，集電極的輸入是高的，在這種情況下，基極端也是高的，這意味著第二個(gè)晶體管也處于飽和狀態(tài)高輸入將從集電極傳遞到發(fā)射極。這個(gè)高輸出在發(fā)射極去LED，使LED開(kāi)。

因此，所有四種情況都具有與實(shí)際與邏輯門(mén)相同的輸入和輸出。因此，我們使用晶體管構(gòu)建了一個(gè)與邏輯門(mén)。希望你能理解本教程，并喜歡學(xué)習(xí)新的東西。完整的工作設(shè)置可以在下面的視頻中找到。在我們的下一個(gè)教程中，我們還將學(xué)習(xí)如何使用晶體管和非門(mén)使用晶體管構(gòu)建OR門(mén)。

本文編譯自circuitdigest