PMOS és NMOS tranzisztorok

A mikroprocesszorok tranzisztorokból épülnek fel. Különösen MOS tranzisztorokból készülnek. A MOS a Metal-Oxide Semiconductor rövidítése. Kétféle MOS tranzisztor létezik: pMOS (pozitív-MOS) és nMOS (negatív-MOS). Minden pMOS és nMOS három fő összetevővel van felszerelve: a kapuval, a forrással és a lefolyóval.

A pMOS és az nMOS működésének megfelelő megértéséhez fontos először meghatározni néhány fogalmat:

zárt áramkör: Ez azt jelenti, hogy az elektromosság a kaputól a forrás felé áramlik.

nyitott áramkör: Ez azt jelenti, hogy az áram nem folyik a kaputól a forrás felé; hanem inkább áram folyik a kapuból a lefolyóba.

Amikor egy nMOS tranzisztor nem elhanyagolható feszültséget kap, a forrás és a lefolyó közötti kapcsolat vezetékként működik. Az áram a forrásból akadálytalanul áramlik a lefolyóba – ezt zárt körnek nevezik. Másrészt, amikor egy nMOS tranzisztor 0 volt körüli feszültséget kap, a forrás és a lefolyó közötti kapcsolat megszakad, és ezt szakadásnak nevezik.

Példa egy nMOS tranzisztorra

A p-típusú tranzisztor pontosan ellentétes az n-típusú tranzisztorral. Míg az nMOS zárt áramkört képez a forrással, ha a feszültség nem elhanyagolható, a pMOS pedig nyitott áramkört képez a forrással, ha a feszültség nem elhanyagolható.

Példa pMOS tranzisztorra

Amint a pMOS tranzisztor fenti képén látható, az egyetlen különbség a pMOS tranzisztor és az nMOS tranzisztor között a kapu és az első rúd közötti kis kör. Ez a kör megfordítja az értéket a feszültségből; tehát, ha a kapu 1-es értékű feszültséget küld, akkor az inverter az 1-et 0-ra változtatja, és az áramkör ennek megfelelően működik.

Mivel a pMOS és az nMOS ellentétes módon – komplementer módon – működnek, ha mindkettőt egy óriási MOS áramkörbe egyesítjük, cMOS áramkörnek nevezzük, ami a komplementer fém-oxid félvezetőt jelenti.

A MOS áramkörök felhasználása

Kombinálhatjuk a pMOS és nMOS áramköröket, hogy bonyolultabb struktúrákat, úgynevezett GATES-eket, pontosabban logikai kapukat építsünk. Ezeknek a logikai függvényeknek a fogalmát és a hozzájuk tartozó igazságtáblázatokat már bemutattuk az előző blogban, amit a linkre kattintva találhat meg itt.

Csatolhatunk egy pMOS tranzisztort ami a forráshoz csatlakozik és egy nMOS tranzisztort ami a földhöz csatlakozik. Ez lesz az első példa cMOS tranzisztorra.

Példa a NEM kapura

Ez a cMOS tranzisztor a NEM logikai funkcióhoz hasonlóan működik.

Vessünk egy pillantást a NEM igazság táblázatra:

NEM igazságtáblázat

A NOT igazság táblázatban minden bemeneti érték: A invertált. Mi történik a fenti áramkörrel?

Nos, képzeljük el, hogy a bemenet 0.

A 0 bejön, és felfelé és lefelé megy a vezetéken mind a pMOS-hoz (fent), mind az nMOS-hoz (alul). Amikor a 0 érték eléri a pMOS-t, akkor 1-re változik; így a kapcsolat a forrással zárva van. Ez 1-es logikai értéket ad mindaddig, amíg a földhöz való csatlakozás (lefolyó) nincs lezárva. Nos, mivel a tranzisztorok komplementerek, tudjuk, hogy az nMOS tranzisztor nem fogja megfordítani az értéket; tehát a 0 értéket úgy veszi, ahogy van, és ezért szakadást hoz létre a föld felé (lefolyó). Így a kapu logikai értéke 1 lesz.

A 0 IN érték 1 OUT értéket eredményez

Mi történik, ha 1 az IN érték? Nos, a fenti lépéseket követve az 1-es érték elküldésre kerül mind a pMOS-nak, mind az nMOS-nak. Amikor a pMOS megkapja az értéket, az érték 0-ra változik; így nyitott a kapcsolat a FORRÁSSAL. Amikor az nMOS megkapja az értéket, az érték nem kerül megfordításra; így az érték 1 marad. Amikor az nMOS 1-es értéket kap, a kapcsolat megszakad; így a földdel való kapcsolat zárva van. Ez 0 logikai értéket eredményez.

Az 1 IN érték 0 OUT értéket ad.

A két bemeneti/kimeneti készletet összeadva a következő eredményt kapjuk:

Az igazságtáblázat egy NEM kapuhoz.

Nagyon könnyű belátni, hogy ez az igazságtábla pontosan ugyanaz, mint amit a logikai függvény NEM állít elő. Így ezt NEM kapunak nevezik.

Használhatjuk ezt a két egyszerű tranzisztort bonyolultabb szerkezetek készítésére? Teljesen! Ezután építünk egy NOR-kaput és egy VAGY-kaput.

Példa a NOR kapura

Ez az áramkör két pMOS tranzisztort használ felül és két nMOS tranzisztort alul. Ismét nézzük meg a kapu bemenetét, hogy lássuk, hogyan viselkedik.

Ha A 0 és B értéke 0, ez a kapu mindkét értéket 1-re inverzi, amikor elérik a pMOS tranzisztorokat; mindazonáltal az nMOS tranzisztorok mindkét értéke 0 marad. Ez arra készteti a kaput, hogy 1-es értéket állítson elő.

Ha A 0 és B 1, ez a kapu mindkét értéket megfordítja, amikor elérik a pMOS tranzisztorokat; tehát A 1-re, B pedig 0-ra változik. Ez nem vezet a forráshoz; mivel mindkét tranzisztornak zárt áramkörre van szüksége ahhoz, hogy a bemenetet a forráshoz csatlakoztassa. Az nMOS tranzisztorok nem invertálják az értékeket; tehát az A-val társított nMOS 0-t, a B-vel társított nMOS pedig 1-et ad; így a B-vel társított nMOS zárt áramkört hoz létre a föld felé. Ez arra készteti a kaput, hogy 0 értéket állítson elő.

Ha A 1 és B 0, ez a kapu mindkét értéket megfordítja, amikor elérik a pMOS tranzisztorokat; tehát A 0-ra, B pedig 1-re változik. Ez nem vezet a forráshoz; mivel mindkét tranzisztornak zárt áramkörre van szüksége ahhoz, hogy a bemenetet a forráshoz csatlakoztassa. Az nMOS tranzisztorok nem invertálják az értékeket; tehát az A-val társított nMOS 1-et, a B-vel társított nMOS pedig 0-t ad; így az Awill-hez kapcsolódó nMOS zárt áramkört hoz létre a föld felé. Ez arra készteti a kaput, hogy 0 értéket állítson elő.

Ha A 1 és B értéke 1, ez a kapu mindkét értéket megfordítja, amikor elérik a pMOS tranzisztorokat; tehát A 0-ra, B pedig 0-ra változik. Ez nem vezet forráshoz; mivel mindkét tranzisztornak zárt áramkörre van szüksége ahhoz, hogy a bemenetet a forráshoz csatlakoztassa. Az nMOS tranzisztorok nem invertálják az értékeket; tehát az A-val társított nMOS 1-et, a B-vel társított nMOS pedig 1-et ad; így az A-val társított nMOS és a B-vel társított nMOS zárt áramkört hoz létre a földhöz. Ez arra készteti a kaput, hogy 0 értéket állítson elő.

Így a kapu igazságtáblázata a következő:

A NOR kapu kimenete.

Eközben a NOR logikai függvény igazságtáblázata a következő:

A NOR logikai függvény kimenete.

Így megerősítettük, hogy ez a kapu NOR-kapu, mert megosztja igazságtábláját a NOR logikai függvénnyel.

Most összerakjuk az eddig létrehozott mindkét kaput, hogy egy VAGY kaput hozzunk létre. Ne feledje, a NOR jelentése NEM VAGY; tehát ha egy már fordított kaput megfordítunk, akkor visszakapjuk az eredetit. Tegyük ezt próbára, hogy működés közben lássuk.

Példa egy VAGY kapura

Amit itt megtettünk, az az, hogy a NOR kaput vettük a korábbiakból, és egy NOT kaput alkalmaztunk a kimenetre. Ahogy fentebb bemutattuk, a NEM kapu 1 értéket vesz fel, és 0-t ad ki, a NEM kapu pedig 0-t és 1-et ad ki.

Ez felveszi a NOR-kapu értékeit, és az összes 0-t 1-re és 1-et 0-ra konvertálja. Így az igazságtáblázat a következő lesz:

Egy NOR-kapu és egy VAGY-kapu igazságtáblázata

Ha szeretne még gyakorolni ezeknek a kapuknak a tesztelését, bátran próbálja ki a fenti értékeket és győződjön meg róla, hogy a kapu egyenértékű eredményeket produkál!

Példa egy NAND kapura

Azt állítom, hogy ez egy NAND-kapu, de teszteljük ennek a kapunak az igazságtáblázatát, hogy eldöntsük, valóban NAND-kapu-e.

Ha A értéke 0 és B értéke 0, akkor A pMOS-ja 1-et, és A nMOS-ja 0-t; így ez a kapu logikai 1-et fog produkálni, mivel zárt áramkörrel csatlakozik a forráshoz, és nyitott áramkörrel van leválasztva a földről.

Ha A értéke 0 és B értéke 1, akkor A pMOS-ja 1-et, és A nMOS-ja 0-t; így ez a kapu logikai 1-et fog produkálni, mivel zárt áramkörrel csatlakozik a forráshoz, és nyitott áramkörrel van leválasztva a földről.

Ha A értéke 1 és B értéke 0, akkor B pMOS-ja 1-et, B nMOS-ja 0-t; így ez a kapu logikai 1-et fog produkálni, mivel zárt áramkörrel csatlakozik a forráshoz, és nyitott áramkörrel van leválasztva a földről.

Ha A értéke 1 és B értéke 1, akkor A pMOS-ja 0-t, és A nMOS-ja 1-et eredményez; tehát ellenőriznünk kell B pMOS-ját és nMOS-ját is. B pMOS-ja 0-t, B nMOS-ja 1-et ad; így ez a kapu logikai 0-t fog produkálni, mivel nyitott áramkörrel le van választva a forrásról, és zárt áramkörrel kapcsolódik a földhöz.

Az igazságtáblázat a következő:

A fenti kapu igazságtáblázata.

Eközben a NAND logikai függvény igazságtáblázata a következő:

Így ellenőriztük, hogy ez valóban egy NAND-kapu.

Most hogyan építsünk ÉS-kaput? Nos, az ÉS kaput pontosan ugyanúgy fogjuk megépíteni, mint a VAGY kaput a NOR kapuból! Csatlakoztatunk invertert!

Példa egy ÉS kapura

Mivel mindössze egy NOT függvényt alkalmaztunk egy NAND-kapu kimenetére, az igazságtábla így fog kinézni:

Az AND és a NAND teljes igazságtáblázata

Még egyszer, kérjük, ellenőrizze, hogy megbizonyosodjon arról, hogy amit mondok, az igaz.

Ma bemutattuk, hogy mik azok a pMOS és nMOS tranzisztorok, és hogyan használhatók fel bonyolultabb szerkezetek felépítésére! Remélem hasznosnak találtad ezt a blogot. Ha szeretné olvasni a korábbi blogjaimat, az alábbi listát találja.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista