Tranzistory PMOS a NMOS

Mikroprocesory sú postavené z tranzistorov. Najmä sú konštruované z tranzistorov MOS. MOS je skratka pre Metal-Oxide Semiconductor. Existujú dva typy tranzistorov MOS: pMOS (pozitívny MOS) a nMOS (záporný MOS). Každý pMOS a nMOS je vybavený tromi hlavnými komponentmi: bránou, zdrojom a odtokom.

Aby ste správne pochopili, ako fungujú pMOS a nMOS, je dôležité najprv definovať niektoré pojmy:

uzavretý okruh: To znamená, že elektrina prúdi od brány k zdroju.

otvorený okruh: To znamená, že elektrina netečie z brány do zdroja; ale skôr elektrina tečie z brány do odtoku.

Keď tranzistor nMOS dostane nezanedbateľné napätie, spojenie od zdroja k kolektoru funguje ako drôt. Elektrina bude prúdiť zo zdroja do odtoku bez zábran – toto sa označuje ako uzavretý okruh. Na druhej strane, keď tranzistor nMOS dostane napätie okolo 0 voltov, spojenie zo zdroja s kolektorom sa preruší a toto sa označuje ako otvorený okruh.

Príklad tranzistora nMOS

Tranzistor typu p pracuje presne proti tranzistoru typu n. Zatiaľ čo nMOS vytvorí so zdrojom uzavretý obvod, keď je napätie nezanedbateľné, pMOS vytvorí so zdrojom otvorený obvod, keď bude napätie nezanedbateľné.

Príklad tranzistora pMOS

Ako môžete vidieť na obrázku vyššie uvedeného tranzistora pMOS, jediný rozdiel medzi tranzistorom pMOS a tranzistorom nMOS je malý kruh medzi hradlom a prvou čiarou. Tento kruh obráti hodnotu z napätia; takže ak brána odošle napätie reprezentujúce hodnotu 1, potom invertor zmení 1 na 0 a spôsobí, že obvod bude podľa toho fungovať.

Pretože pMOS a nMOS fungujú opačným spôsobom - komplementárnym spôsobom - keď ich spojíme do jedného obrovského obvodu MOS, nazýva sa to obvod cMOS, čo znamená komplementárny polovodič z oxidu kovu.

Využitie obvodov MOS

Môžeme kombinovať obvody pMOS a nMOS, aby sme vytvorili zložitejšie štruktúry nazývané GATES, presnejšie: logické brány. Koncept týchto logických funkcií a k nim priradených pravdivostných tabuliek sme si predstavili už v predchádzajúcom blogu, ktorý nájdete po kliknutí tu.

Môžeme pripojiť tranzistor pMOS, ktorý sa pripája k zdroju a tranzistor nMOS, ktorý sa pripája k zemi. Toto bude náš prvý príklad cMOS tranzistora.

Príklad brány NOT

Tento cMOS tranzistor funguje podobným spôsobom ako logická funkcia NOT.

Pozrime sa na tabuľku NIE:

NIE tabuľka pravdy

V tabuľke pravdy NOT je každá vstupná hodnota: A invertovaná. Čo sa stane s okruhom vyššie?

Predstavme si, že vstup je 0.

0 prichádza a ide hore aj dole po kábli k pMOS (hore) aj nMOS (dolu). Keď hodnota 0 dosiahne pMOS, obráti sa na 1; takže spojenie so zdrojom je uzavreté. Toto vytvorí logickú hodnotu 1, pokiaľ nie je uzavreté aj spojenie so zemou (odtok). No, keďže tranzistory sú komplementárne, vieme, že tranzistor nMOS neprevráti hodnotu; takže nadobudne hodnotu 0 tak, ako je, a vytvorí – teda – otvorený okruh so zemou (odtok). Pre bránu sa teda vytvorí logická hodnota 1.

Hodnota IN 0 vytvára hodnotu OUT 1

Čo sa stane, ak 1 je IN hodnota? Po rovnakých krokoch ako vyššie sa hodnota 1 odošle do pMOS aj nMOS. Keď hodnotu prijme pMOS, hodnota sa obráti na 0; teda spojenie so ZDROJOM je otvorené. Keď hodnotu prijme nMOS, hodnota sa neprevráti; teda hodnota zostane 1. Keď nMOS prijme hodnotu 1, spojenie sa uzavrie; takže spojenie so zemou je uzavreté. Výsledkom bude logická hodnota 0.

Hodnota IN 1 vytvára hodnotu OUT 0.

Spojením dvoch sád vstupov/výstupov dohromady získate:

Tabuľka pravdy pre bránu NOT.

Je celkom ľahké vidieť, že táto pravdivostná tabuľka je úplne rovnaká ako tá, ktorú NIE produkuje logická funkcia. Toto je teda známe ako brána NOT.

Môžeme použiť tieto dva jednoduché tranzistory na vytvorenie zložitejších štruktúr? Absolútne! Ďalej postavíme bránu NOR a bránu OR.

Príklad brány NOR

Tento obvod používa dva tranzistory pMOS v hornej časti a dva tranzistory nMOS v spodnej časti. Opäť sa pozrime na vstup do brány, aby sme videli, ako sa správa.

Keď A je 0 a B je 0, toto hradlo prevráti obe hodnoty na 1, keď dosiahnu tranzistory pMOS; avšak tranzistory nMOS si oba zachovajú hodnotu 0. Vďaka tomu bude hradlo produkovať hodnotu 1.

Keď A je 0 a B je 1, toto hradlo prevráti obe hodnoty, keď dosiahnu tranzistory pMOS; takže A sa zmení na 1 a B sa zmení na 0. Toto nepovedie k zdroju; pretože oba tranzistory vyžadujú uzavretý obvod na pripojenie vstupu k zdroju. Tranzistory nMOS neinvertujú hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvorí 0 a nMOS spojený s B vytvorí 1; teda nMOS spojený s B vytvorí uzavretý obvod so zemou. To povedie k tomu, že brána vytvorí hodnotu 0.

Keď A je 1 a B je 0, toto hradlo prevráti obe hodnoty, keď dosiahnu tranzistory pMOS; takže A sa zmení na 0 a B sa zmení na 1. Toto nepovedie k zdroju; pretože oba tranzistory vyžadujú uzavretý obvod na pripojenie vstupu k zdroju. Tranzistory nMOS neinvertujú hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvorí 1 a nMOS spojený s B vytvorí 0; teda nMOS spojený s Awill vytvára uzavretý obvod so zemou. To povedie k tomu, že brána vytvorí hodnotu 0.

Keď A je 1 a B je 1, toto hradlo prevráti obe hodnoty, keď dosiahnu tranzistory pMOS; takže A sa zmení na 0 a B sa zmení na 0. Toto nepovedie k zdroju; pretože oba tranzistory vyžadujú uzavretý obvod na pripojenie vstupu k zdroju. Tranzistory nMOS neinvertujú hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvorí 1 a nMOS spojený s B vytvorí 1; teda nMOS spojený s A a nMOS spojený s B vytvoria uzavretý obvod so zemou. To povedie k tomu, že brána vytvorí hodnotu 0.

Pravdivosť brány je teda nasledovná:

Výstup brány NOR.

Medzitým je pravdivostná tabuľka logickej funkcie NOR nasledovná:

Výstup logickej funkcie NOR.

Potvrdili sme teda, že toto hradlo je hradlo NOR, pretože zdieľa svoju pravdivostnú tabuľku s logickou funkciou NOR.

Teraz spojíme obe brány, ktoré sme doteraz vytvorili, aby sme vytvorili bránu OR. Pamätajte, že NOR znamená NIE ALEBO; teda, ak prevrátime už obrátené hradlo, dostaneme späť originál. Poďme si to otestovať, aby sme to videli v praxi.

Príklad brány OR

To, čo sme tu urobili, je, že sme prevzali hradlo NOR z predtým a aplikovali hradlo NOT na výstup. Ako sme uviedli vyššie, brána NOT nadobudne hodnotu 1 a na výstupe bude 0 a brána NOT bude mať hodnotu 0 a na výstupe bude 1.

Toto prevezme hodnoty brány NOR a prevedie všetky 0 na 1 a 1 na 0. Pravdivostná tabuľka teda bude vyzerať takto:

Tabuľka pravdy brány NOR a brány OR

Ak by ste chceli viac praxe testovania týchto brán, pokojne si vyskúšajte vyššie uvedené hodnoty a presvedčte sa, že brána poskytuje ekvivalentné výsledky!

Príklad brány NAND

Tvrdím, že je to brána NAND, ale otestujme tabuľku pravdy tejto brány, aby sme zistili, či je to skutočne brána NAND.

Keď A je 0 a B je 0, pMOS A vytvorí 1 a nMOS A vytvorí 0; toto hradlo teda vytvorí logickú 1, pretože je pripojené k zdroju s uzavretým obvodom a odpojené od zeme s otvoreným obvodom.

Keď A je 0 a B je 1, pMOS A vytvorí 1 a nMOS A vytvorí 0; toto hradlo teda vytvorí logickú 1, pretože je pripojené k zdroju s uzavretým obvodom a odpojené od zeme s otvoreným obvodom.

Keď A je 1 a B je 0, pMOS B vytvorí 1 a nMOS B vytvorí 0; toto hradlo teda vytvorí logickú 1, pretože je pripojené k zdroju s uzavretým obvodom a odpojené od zeme s otvoreným obvodom.

Keď A je 1 a B je 1, pMOS A vytvorí 0 a nMOS A vytvorí 1; takže musíme skontrolovať aj pMOS a nMOS B. PMOS B vytvorí 0 a nMOS B vytvorí 1; toto hradlo teda vytvorí logickú 0, pretože je odpojené od zdroja s otvoreným obvodom a spojené so zemou s uzavretým obvodom.

Pravdivostná tabuľka je nasledovná:

Tabuľka pravdy vyššie uvedenej brány.

Medzitým je pravdivostná tabuľka logickej funkcie NAND nasledovná:

Overili sme teda, že toto je skutočne brána NAND.

Teraz, ako postavíme bránu AND? No, postavíme bránu AND presne tak, ako sme postavili bránu OR z brány NOR! Priložíme striedač!

Príklad brány AND

Keďže všetko, čo sme urobili, je aplikovanie funkcie NOT na výstup brány NAND, pravdivostná tabuľka bude vyzerať takto:

Kompletná pravdivostná tabuľka AND a NAND

Ešte raz si prosím overte, že to, čo vám hovorím, je pravda.

Dnes sme sa zaoberali tým, čo sú tranzistory pMOS a nMOS a ako ich použiť na vytváranie zložitejších štruktúr! Dúfam, že vám tento blog priniesol informácie. Ak by ste si chceli prečítať moje predchádzajúce blogy, nižšie nájdete zoznam.

Zanechajte správu 

zoznam správ