Tranzistory PMOS a NMOS

Mikroprocesory se skládají z tranzistorů. Zejména jsou konstruovány z tranzistorů MOS. MOS je zkratka pro Metal-Oxide Semiconductor. Existují dva typy tranzistorů MOS: pMOS (pozitivní-MOS) a nMOS (negativní-MOS). Každý pMOS a nMOS je vybaven třemi hlavními součástmi: hradlem, zdrojem a odtokem.

Pro správné pochopení toho, jak pMOS a nMOS fungují, je důležité nejprve definovat některé pojmy:

uzavřený okruh: To znamená, že elektřina proudí od brány ke zdroji.

otevřený okruh: To znamená, že elektřina neproudí od brány ke zdroji; ale spíše elektřina teče z brány do odpadu.

Když tranzistor nMOS přijme nezanedbatelné napětí, spojení od zdroje k kolektoru funguje jako drát. Elektřina bude proudit ze zdroje do odpadu bez zábran – tomu se říká uzavřený okruh. Na druhou stranu, když tranzistor nMOS přijme napětí kolem 0 voltů, spojení mezi zdrojem a kolektorem se přeruší a toto se nazývá otevřený obvod.

Příklad tranzistoru nMOS

Tranzistor typu p pracuje přesně proti tranzistoru typu n. Zatímco nMOS bude tvořit uzavřený obvod se zdrojem, když je napětí nezanedbatelné, pMOS vytvoří se zdrojem otevřený obvod, když je napětí nezanedbatelné.

Příklad tranzistoru pMOS

Jak můžete vidět na obrázku výše uvedeného tranzistoru pMOS, jediný rozdíl mezi tranzistorem pMOS a tranzistorem nMOS je malý kruh mezi hradlem a prvním pruhem. Tento kruh převrací hodnotu z napětí; takže pokud brána odešle napětí reprezentující hodnotu 1, pak měnič změní 1 na 0 a způsobí, že obvod bude podle toho fungovat.

Protože pMOS a nMOS fungují opačným způsobem – komplementárně – když je oba spojíme do jednoho obřího obvodu MOS, nazývá se obvod cMOS, což je zkratka pro komplementární polovodič z oxidu kovu.

Využití obvodů MOS

Můžeme kombinovat obvody pMOS a nMOS, abychom vytvořili složitější struktury nazývané GATES, přesněji: logická hradla. Koncept těchto logických funkcí a k nim přidružené pravdivostní tabulky jsme již představili v předchozím blogu, který najdete po kliknutí zde.

Můžeme připojit tranzistor pMOS, který se připojí ke zdroji a tranzistor nMOS, který se připojí k zemi. Toto bude náš první příklad cMOS tranzistoru.

Příklad brány NOT

Tento cMOS tranzistor funguje podobným způsobem jako logická funkce NOT.

Podívejme se na tabulku NOT pravda:

NE tabulka pravdy

V pravdivostní tabulce NOT je každá vstupní hodnota: A invertována. Co se stane s výše uvedeným okruhem?

No, představme si, že vstup je 0.

0 přichází a jde jak nahoru, tak dolů po drátu jak k pMOS (nahoře), tak k nMOS (dole). Když hodnota 0 dosáhne pMOS, převrátí se na 1; takže připojení ke zdroji je uzavřeno. Tím vznikne logická hodnota 1, pokud není uzavřeno také spojení se zemí (odtok). No, protože tranzistory jsou komplementární, víme, že tranzistor nMOS neinvertuje hodnotu; takže nabývá hodnotu 0 tak, jak je, a vytvoří – tedy – otevřený obvod k zemi (odtok). Tím se pro bránu vytvoří logická hodnota 1.

Hodnota IN 0 vytváří hodnotu OUT 1

Co se stane, když 1 je hodnota IN? Po stejných krocích jako výše se hodnota 1 odešle jak do pMOS, tak do nMOS. Když pMOS přijme hodnotu, hodnota se invertuje na 0; tedy připojení ke SOURCE je otevřené. Když je hodnota přijata nMOS, hodnota není invertována; hodnota tedy zůstane 1. Když nMOS přijme hodnotu 1, spojení se uzavře; takže spojení se zemí je uzavřeno. Tím vznikne logická hodnota 0.

Hodnota IN 1 vytváří hodnotu OUT 0.

Spojením dvou sad vstupů/výstupů dohromady získáte:

Tabulka pravdy pro bránu NOT.

Je docela snadné vidět, že tato pravdivostní tabulka je přesně stejná jako ta, kterou logická funkce NOT produkuje. Toto je tedy známé jako brána NOT.

Můžeme tyto dva jednoduché tranzistory použít k vytvoření složitějších struktur? Absolutně! Dále postavíme bránu NOR a bránu OR.

Příklad brány NOR

Tento obvod používá dva tranzistory pMOS nahoře a dva tranzistory nMOS dole. Znovu se podívejme na vstup do brány, abychom viděli, jak se chová.

Když A je 0 a B je 0, toto hradlo invertuje obě hodnoty na 1, když dosáhnou tranzistorů pMOS; nicméně tranzistory nMOS si oba udrží hodnotu 0. To povede k tomu, že hradlo vytvoří hodnotu 1.

Když A je 0 a B je 1, toto hradlo invertuje obě hodnoty, když dosáhnou tranzistorů pMOS; takže A se změní na 1 a B se změní na 0. To nepovede ke zdroji; protože oba tranzistory vyžadují pro připojení vstupu ke zdroji uzavřený obvod. Tranzistory nMOS neinvertují hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvoří 0 a nMOS spojený s B vytvoří 1; tak nMOS spojený s B vytvoří uzavřený obvod k zemi. To povede k tomu, že brána vytvoří hodnotu 0.

Když A je 1 a B je 0, toto hradlo invertuje obě hodnoty, když dosáhnou tranzistorů pMOS; takže A se změní na 0 a B se změní na 1. To nepovede ke zdroji; protože oba tranzistory vyžadují pro připojení vstupu ke zdroji uzavřený obvod. Tranzistory nMOS neinvertují hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvoří 1 a nMOS spojený s B vytvoří 0; tak, nMOS spojený s Awill produkovat uzavřený obvod k zemi. To povede k tomu, že brána vytvoří hodnotu 0.

Když A je 1 a B je 1, toto hradlo invertuje obě hodnoty, když dosáhnou pMOS tranzistorů; takže A se změní na 0 a B se změní na 0. To nepovede ke zdroji; protože oba tranzistory vyžadují pro připojení vstupu ke zdroji uzavřený obvod. Tranzistory nMOS neinvertují hodnoty; takže nMOS spojený s A vytvoří 1 a nMOS spojený s B vytvoří 1; tak nMOS spojený s A a nMOS spojený s B vytvoří uzavřený obvod k zemi. To povede k tomu, že brána vytvoří hodnotu 0.

Pravdivostní tabulka brány je tedy následující:

Výstup brány NOR.

Mezitím je pravdivostní tabulka logické funkce NOR následující:

Výstup logické funkce NOR.

Potvrdili jsme tedy, že toto hradlo je hradlem NOR, protože sdílí svou pravdivostní tabulku s logickou funkcí NOR.

Nyní dáme obě brány, které jsme dosud vytvořili, dohromady, abychom vytvořili bránu OR. Pamatujte, že NOR znamená NOT OR; pokud tedy převrátíme již převrácené hradlo, dostaneme zpět původní. Pojďme to otestovat, abychom to viděli v akci.

Příklad brány OR

To, co jsme zde udělali, je, že jsme vzali hradlo NOR z dřívějška a aplikovali hradlo NOT na výstup. Jak jsme si ukázali výše, brána NOT bude mít hodnotu 1 a na výstupu bude 0 a brána NOT bude mít hodnotu 0 a na výstupu bude 1.

To převezme hodnoty brány NOR a převede všechny 0 na 1 a 1 na 0. Pravdivostní tabulka tedy bude vypadat takto:

Tabulka pravdy brány NOR a brány OR

Pokud byste chtěli více praxe testování těchto bran, neváhejte a vyzkoušejte si výše uvedené hodnoty a uvidíte, že brána poskytuje ekvivalentní výsledky!

Příklad brány NAND

Tvrdím, že se jedná o bránu NAND, ale pojďme otestovat pravdivostní tabulku této brány, abychom zjistili, zda se skutečně jedná o bránu NAND.

Když A je 0 a B je 0, pMOS A vytvoří 1 a nMOS A vytvoří 0; toto hradlo tedy vytvoří logickou 1, protože je připojeno ke zdroji s uzavřeným obvodem a odpojeno od země s otevřeným obvodem.

Když A je 0 a B je 1, pMOS A vytvoří 1 a nMOS A vytvoří 0; toto hradlo tedy vytvoří logickou 1, protože je připojeno ke zdroji s uzavřeným obvodem a odpojeno od země s otevřeným obvodem.

Když A je 1 a B je 0, pMOS B vytvoří 1 a nMOS B vytvoří 0; toto hradlo tedy vytvoří logickou 1, protože je připojeno ke zdroji s uzavřeným obvodem a odpojeno od země s otevřeným obvodem.

Když A je 1 a B je 1, pMOS A vytvoří 0 a nMOS A vytvoří 1; takže musíme zkontrolovat také pMOS a nMOS B. PMOS B vytvoří 0 a nMOS B vytvoří 1; toto hradlo tedy vytvoří logickou 0, protože je odpojeno od zdroje s otevřeným obvodem a připojeno k zemi s uzavřeným obvodem.

Pravdivostní tabulka je následující:

Pravdivostní tabulka výše uvedené brány.

Mezitím je pravdivostní tabulka logické funkce NAND následující:

Ověřili jsme tedy, že se skutečně jedná o bránu NAND.

Nyní, jak postavíme bránu AND? No, postavíme bránu AND přesně stejným způsobem, jakým jsme postavili bránu NEBO z brány NOR! Připojíme měnič!

Příklad brány AND

Protože vše, co jsme udělali, je aplikování funkce NOT na výstup brány NAND, bude pravdivostní tabulka vypadat takto:

Kompletní pravdivostní tabulku AND a NAND

Znovu prosím ověřte, abyste se ujistili, že to, co vám říkám, je pravda.

Dnes jsme se zabývali tím, co jsou tranzistory pMOS a nMOS a jak je používat k vytváření složitějších struktur! Doufám, že jste našli tento blog informativní. Pokud byste si chtěli přečíst mé předchozí blogy, níže najdete seznam.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv