PMOS i NMOS tranzistori

Mikroprocesori su građeni od tranzistora. Konkretno, oni su izrađeni od MOS tranzistora. MOS je akronim za Metal-Oxide Semiconductor. Postoje dvije vrste MOS tranzistora: pMOS (pozitivni MOS) i nMOS (negativni MOS). Svaki pMOS i nMOS dolazi opremljen s tri glavne komponente: kapija, izvor i odvod.

Da biste ispravno razumjeli kako pMOS i nMOS funkcioniraju, važno je prvo definirati neke pojmove:

zatvoreni krug: To znači da struja teče od vrata do izvora.

otvoreni krug: To znači da struja ne teče od vrata do izvora; nego struja teče od kapije do odvoda.

Kada nMOS tranzistor primi napon koji nije zanemariv, veza između izvora i odvoda djeluje kao žica. Električna energija će teći od izvora do odvoda nesputano - to se naziva zatvorenim krugom. S druge strane, kada nMOS tranzistor primi napon od oko 0 volti, veza između izvora i odvoda bit će prekinuta i to se naziva otvorenim krugom.

Primjer nMOS tranzistora

Tranzistor p-tipa radi točno suprotno od tranzistora n-tipa. Dok će nMOS formirati zatvoreni krug s izvorom kada napon nije zanemariv, pMOS će formirati otvoreni krug s izvorom kada napon nije zanemariv.

Primjer pMOS tranzistora

Kao što možete vidjeti na gornjoj slici pMOS tranzistora, jedina razlika između pMOS tranzistora i nMOS tranzistora je mali krug između vrata i prve šipke. Ovaj krug invertira vrijednost iz napona; tako, ako kapija šalje napon reprezentativan za vrijednost od 1, tada će pretvarač promijeniti 1 u 0 i uzrokovati da krug funkcionira u skladu s tim.

Budući da pMOS i nMOS funkcioniraju na suprotan način - na komplementaran način - kada ih obje kombiniramo u jedan divovski MOS krug, to se naziva cMOS sklop, što je skraćenica za komplementarni metal-oksidni poluvodič.

Korištenje MOS sklopova

Možemo kombinirati pMOS i nMOS sklopove kako bismo izgradili složenije strukture zvane GATES, točnije: logička vrata. Koncept ovih logičkih funkcija i njihovih povezanih tablica istinitosti već smo predstavili u prethodnom blogu, koje možete pronaći klikom na ovdje.

Možemo spojiti pMOS tranzistor koji se spaja na izvor i nMOS tranzistor koji se spaja na masu. Ovo će biti naš prvi primjer cMOS tranzistora.

Primjer NE kapije

Ovaj cMOS tranzistor djeluje na način sličan NOT logičkoj funkciji.

Pogledajmo tablicu istine NE:

NE tablica istine

U tablici istine NE, svaka ulazna vrijednost: A je invertirana. Što se događa s gornjim krugom?

Pa, zamislimo da je unos 0.

0 dolazi i ide gore i dolje kroz žicu i na pMOS (gore) i nMOS (dolje). Kada vrijednost 0 dosegne pMOS, ona se invertira u 1; pa je veza s izvorom zatvorena. To će proizvesti logičku vrijednost 1 sve dok spoj na uzemljenje (odvod) nije također zatvoren. Pa, budući da su tranzistori komplementarni, znamo da nMOS tranzistor neće invertirati vrijednost; dakle, uzima vrijednost 0 onakvu kakva jest i stoga će stvoriti otvoreni krug prema zemlji (odvod). Tako se za vrata proizvodi logička vrijednost 1.

IN vrijednost 0 proizvodi OUT vrijednost 1

Što se događa ako je 1 IN vrijednost? Pa, slijedeći iste korake kao gore, vrijednost 1 se šalje i na pMOS i na nMOS. Kada pMOS primi vrijednost, vrijednost se invertira u 0; dakle, veza s IZVORIM je otvorena. Kada nMOS primi vrijednost, vrijednost se ne invertuje; tako, vrijednost ostaje 1. Kada nMOS primi vrijednost od 1, veza se zatvara; dakle, veza sa zemljom je zatvorena. Ovo će proizvesti logičku vrijednost 0.

Vrijednost IN od 1 proizvodi vrijednost OUT od 0.

Stavljajući dva skupa ulaza/izlaza zajedno daje se:

Tablica istine za vrata NE.

Lako je vidjeti da je ova tablica istine potpuno ista kao ona koju logička funkcija NE proizvodi. Dakle, ovo je poznato kao NE vrata.

Možemo li koristiti ova dva jednostavna tranzistora za izradu kompliciranijih struktura? Apsolutno! Zatim ćemo izgraditi vrata NOR i vrata OR.

Primjer NOR vrata

Ovaj sklop koristi dva pMOS tranzistora na vrhu i dva nMOS tranzistora na dnu. Opet, pogledajmo ulaz u vrata da vidimo kako se ponaša.

Kada je A 0, a B 0, ova kapija će invertirati obje vrijednosti u 1 kada dođu do pMOS tranzistora; međutim, nMOS tranzistori će oba zadržati vrijednost 0. To će dovesti do toga da vrata proizvedu vrijednost od 1.

Kada je A 0, a B 1, ova kapija će invertirati obje vrijednosti kada dođu do pMOS tranzistora; dakle, A će se promijeniti u 1, a B će se promijeniti u 0. Ovo neće dovesti do izvora; budući da oba tranzistora zahtijevaju zatvoreni krug kako bi spojili ulaz na izvor. nMOS tranzistori ne invertiraju vrijednosti; dakle, nMOS pridružen A će proizvesti 0, a nMOS povezan s B će proizvesti 1; tako će nMOS povezan s B proizvesti zatvoreni krug prema zemlji. To će dovesti do toga da vrata proizvedu vrijednost od 0.

Kada je A 1, a B 0, ova kapija će invertirati obje vrijednosti kada dođu do pMOS tranzistora; dakle, A će se promijeniti u 0, a B će se promijeniti u 1. Ovo neće dovesti do izvora; budući da oba tranzistora zahtijevaju zatvoreni krug kako bi spojili ulaz na izvor. nMOS tranzistori ne invertiraju vrijednosti; pa će nMOS pridružen A proizvesti 1, a nMOS povezan s B proizvesti će 0; tako će nMOS povezan s A-om proizvesti zatvoreni krug prema zemlji. To će dovesti do toga da vrata proizvedu vrijednost od 0.

Kada je A 1, a B 1, ova kapija će invertirati obje vrijednosti kada dođu do pMOS tranzistora; dakle, A će se promijeniti u 0, a B će se promijeniti u 0. Ovo neće dovesti do izvora; budući da oba tranzistora zahtijevaju zatvoreni krug kako bi spojili ulaz na izvor. nMOS tranzistori ne invertiraju vrijednosti; dakle, nMOS pridružen A će proizvesti 1, a nMOS povezan s B će proizvesti 1; tako će nMOS povezan s A i nMOS povezan s B proizvesti zatvoreni krug prema zemlji. To će dovesti do toga da vrata proizvedu vrijednost od 0.

Dakle, tablica istinitosti vrata je sljedeća:

Izlaz NOR vrata.

U međuvremenu, tablica istinitosti logičke funkcije NOR je sljedeća:

Izlaz logičke funkcije NOR.

Dakle, potvrdili smo da su ova vrata NOR vrata jer dijeli svoju tablicu istinitosti s NOR logičkom funkcijom.

Sada ćemo spojiti oba vrata, koja smo do sada stvorili, kako bismo proizveli vrata ILI. Zapamtite, NOR znači NE ILI; dakle, ako izokrenemo već invertirana vrata, vratit ćemo original. Stavimo ovo na test kako bismo ga vidjeli na djelu.

Primjer vrata ILI

Ono što smo učinili ovdje je da smo uzeli NOR vrata od prije i primijenili NOT vrata na izlaz. Kao što smo gore pokazali, NOT vrata će uzeti vrijednost 1 i dati 0, a NOT vrata će uzeti vrijednost 0 i dati 1.

Ovo će uzeti vrijednosti NOR vrata i pretvoriti sve 0 u 1 i 1 u 0. Dakle, tablica istinitosti će biti sljedeća:

Tablica istine za NOR vrata i OR vrata

Ako želite više vježbanja testiranja ovih vrata, slobodno isprobajte gore navedene vrijednosti i uvjerite se da vrata proizvode ekvivalentne rezultate!

Primjer NAND vrata

Tvrdim da je ovo NAND vrata, ali hajdemo testirati tablicu istinitosti ovih vrata da utvrdimo je li to stvarno NAND vrata.

Kada je A 0, a B 0, A-ov pMOS će proizvesti 1, a A-ov nMOS će proizvesti 0; tako će ova vrata proizvesti logičku 1 budući da su spojena na izvor sa zatvorenim krugom i odvojena od zemlje s otvorenim krugom.

Kada je A 0, a B 1, A-ov pMOS će proizvesti 1, a A-ov nMOS će proizvesti 0; tako će ova vrata proizvesti logičku 1 budući da su spojena na izvor sa zatvorenim krugom i odvojena od zemlje s otvorenim krugom.

Kada je A 1, a B 0, B-ov pMOS će proizvesti 1, a B-ov nMOS će proizvesti 0; tako će ova vrata proizvesti logičku 1 budući da su spojena na izvor sa zatvorenim krugom i odvojena od zemlje s otvorenim krugom.

Kada je A 1, a B 1, A-ov pMOS će proizvesti 0, a A-ov nMOS će proizvesti 1; dakle, moramo provjeriti i B-ov pMOS i nMOS. B-ov pMOS će proizvesti 0, a B-ov nMOS će proizvesti 1; tako će ova vrata proizvesti logičku 0 budući da su isključena s izvora s otvorenim krugom i spojena na masu zatvorenim krugom.

Tablica istine je sljedeća:

Tablica istine gornje kapije.

U međuvremenu, tablica istinitosti logičke funkcije NAND je sljedeća:

Dakle, potvrdili smo da je ovo doista NAND vrata.

Sada, kako da izgradimo I kapiju? Pa, izgradit ćemo vrata I na isti način kao što smo izgradili vrata ILI od vrata NOR! Priložit ćemo inverter!

Primjer vrata I

Budući da smo sve što smo učinili primjenili funkciju NOT na izlaz NAND vrata, tablica istine će izgledati ovako:

Potpuna tablica istine za I i NAND

Još jednom, provjerite kako biste bili sigurni da je ono što vam govorim istina.

Danas smo pokrili što su pMOS i nMOS tranzistori, kao i kako ih koristiti za izgradnju složenijih struktura! Nadam se da vam je ovaj blog bio informativan. Ako želite čitati moje prethodne blogove, pronaći ćete popis ispod.

Ostavite poruku 

Lista Poruka