PMOS ir NMOS tranzistoriai

Mikroprocesoriai yra pagaminti iš tranzistorių. Visų pirma, jie yra pagaminti iš MOS tranzistorių. MOS yra metalo oksido puslaidininkio akronimas. Yra dviejų tipų MOS tranzistoriai: pMOS (teigiamas MOS) ir nMOS (neigiamas MOS). Kiekviename pMOS ir nMOS yra trys pagrindiniai komponentai: vartai, šaltinis ir kanalizacija.

Norint tinkamai suprasti, kaip veikia pMOS ir nMOS, pirmiausia svarbu apibrėžti kai kuriuos terminus:

uždara grandinė: tai reiškia, kad elektra teka iš vartų į šaltinį.

atvira grandinė: tai reiškia, kad elektra neteka iš vartų į šaltinį; bet veikiau elektra teka iš vartų į kanalizaciją.

Kai nMOS tranzistorius gauna nereikšmingą įtampą, jungtis nuo šaltinio iki kanalizacijos veikia kaip laidas. Elektra netrukdoma tekės iš šaltinio į kanalizaciją – tai vadinama uždara grandine. Kita vertus, kai nMOS tranzistorius gauna maždaug 0 voltų įtampą, jungtis nuo šaltinio iki kanalizacijos nutrūksta ir tai vadinama atvira grandine.

nMOS tranzistoriaus pavyzdys

P tipo tranzistorius veikia tiksliai priešingai nei n tipo tranzistorius. Jei nMOS sudarys uždarą grandinę su šaltiniu, kai įtampa yra nereikšminga, pMOS sudarys atvirą grandinę su šaltiniu, kai įtampa yra nereikšminga.

pMOS tranzistoriaus pavyzdys

Kaip matote aukščiau parodytame pMOS tranzistoriaus paveikslėlyje, vienintelis skirtumas tarp pMOS tranzistoriaus ir nMOS tranzistoriaus yra mažas apskritimas tarp vartų ir pirmosios juostos. Šis apskritimas apverčia vertę nuo įtampos; taigi, jei vartai siunčia įtampą, atitinkančią 1 reikšmę, keitiklis pakeis 1 į 0 ir atitinkamai pradės veikti grandinėje.

Kadangi pMOS ir nMOS veikia priešingai – papildomu būdu – kai juos abu sujungiame į vieną milžinišką MOS grandinę, ji vadinama cMOS grandine, kuri reiškia papildomą metalo oksido puslaidininkį.

MOS grandinių naudojimas

Mes galime sujungti pMOS ir nMOS grandines, kad sukurtume sudėtingesnes struktūras, vadinamas GATES, tiksliau: loginiais vartais. Šių loginių funkcijų sąvoką ir su jomis susijusias tiesos lenteles jau pristatėme ankstesniame tinklaraštyje, kurį rasite paspaudę čia.

Galime prijungti pMOS tranzistorių, kuris jungiasi prie šaltinio ir nMOS tranzistorių, kuris jungiasi prie žemės. Tai bus pirmasis mūsų cMOS tranzistoriaus pavyzdys.

NE vartų pavyzdys

Šis cMOS tranzistorius veikia panašiai kaip NE loginė funkcija.

Pažvelkime į NE tiesos lentelę:

NE tiesos lentelė

Lentelėje NOT tiesos kiekviena įvesties reikšmė: A yra apversta. Kas atsitiks su aukščiau esančia grandine?

Na, įsivaizduokime, kad įvestis yra 0.

0 ateina ir eina aukštyn ir žemyn laidu į pMOS (viršuje) ir nMOS (apačioje). Kai reikšmė 0 pasiekia pMOS, ji apverčiama į 1; Taigi, ryšys su šaltiniu yra uždarytas. Tai sudarys loginę reikšmę 1, kol jungtis su žeme (nutekėjimas) taip pat nebus uždaryta. Na, kadangi tranzistoriai papildo vienas kitą, žinome, kad nMOS tranzistorius vertės neapvers; vadinasi, reikšmė 0 yra tokia, kokia yra, ir sukuria atvirą grandinę į žemę (nutekėjimą). Taigi vartams sukuriama loginė reikšmė 1.

Kai IN reikšmė yra 0, OUT reikšmė yra 1

Kas atsitiks, jei 1 yra IN reikšmė? Na, atlikus tuos pačius veiksmus, kaip aprašyta aukščiau, 1 reikšmė siunčiama ir į pMOS, ir į nMOS. Kai reikšmę gauna pMOS, reikšmė apverčiama į 0; taigi ryšys su ŠALTINIU yra atviras. Kai reikšmę gauna nMOS, reikšmė neapverčiama; taigi, reikšmė išlieka 1. Kai nMOS gauna reikšmę 1, ryšys nutraukiamas; Taigi, jungtis su žeme yra uždaryta. Taip bus gauta 0 loginė reikšmė.

Kai IN reikšmė yra 1, OUT reikšmė yra 0.

Sudėjus du įvesties / išvesties rinkinius, gaunama:

Tiesos lentelė NE vartams.

Gana lengva pastebėti, kad ši tiesos lentelė yra lygiai tokia pati, kaip ir loginė funkcija NE. Taigi, tai žinoma kaip NE vartai.

Ar galime naudoti šiuos du paprastus tranzistorius sudėtingesnėms struktūroms sukurti? absoliučiai! Toliau pastatysime NOR vartus ir OR vartus.

NOR vartų pavyzdys

Šioje grandinėje naudojami du pMOS tranzistoriai viršuje ir du nMOS tranzistoriai apačioje. Vėlgi, pažiūrėkime į vartų įvestį, kad pamatytume, kaip jie elgiasi.

Kai A yra 0 ir B yra 0, šie vartai apvers abi reikšmes į 1, kai jos pasiekia pMOS tranzistorius; tačiau nMOS tranzistoriai išlaikys 0 reikšmę. Dėl to vartai sukurs 1 reikšmę.

Kai A yra 0 ir B yra 1, šie vartai apvers abi reikšmes, kai jos pasiekia pMOS tranzistorius; taigi, A pasikeis į 1, o B pasikeis į 0. Tai nenuves prie šaltinio; kadangi abiem tranzistoriams reikalinga uždara grandinė, kad būtų galima prijungti įvestį prie šaltinio. nMOS tranzistoriai neapverčia reikšmių; taigi, nMOS, susietas su A, duos 0, o nMOS, susietas su B – 1; taigi, nMOS, susietas su B, sukurs uždarą grandinę į žemę. Dėl to vartai sukurs 0 vertę.

Kai A yra 1 ir B yra 0, šie vartai apvers abi reikšmes, kai pasieks pMOS tranzistorius; taigi, A pasikeis į 0, o B pasikeis į 1. Tai nenuves į šaltinį; kadangi abiem tranzistoriams reikalinga uždara grandinė, kad būtų galima prijungti įvestį prie šaltinio. nMOS tranzistoriai neapverčia reikšmių; taigi, nMOS, susietas su A, duos 1, o nMOS, susietas su B – 0; taigi, nMOS, susietas su Awill, sukuria uždarą grandinę į žemę. Dėl to vartai sukurs 0 vertę.

Kai A yra 1 ir B yra 1, šie vartai apvers abi reikšmes, kai jos pasiekia pMOS tranzistorius; taigi, A pasikeis į 0, o B pasikeis į 0. Tai nenuves į šaltinį; kadangi abiem tranzistoriams reikalinga uždara grandinė, kad būtų galima prijungti įvestį prie šaltinio. nMOS tranzistoriai neapverčia reikšmių; taigi, nMOS, susietas su A, duos 1, o nMOS, susietas su B, duos 1; taigi, nMOS, susietas su A, ir nMOS, susietas su B, sukurs uždarą grandinę į žemę. Dėl to vartai sukurs 0 vertę.

Taigi, vartų tiesos lentelė yra tokia:

NOR vartų išėjimas.

Tuo tarpu NOR loginės funkcijos tiesos lentelė yra tokia:

NOR loginės funkcijos išvestis.

Taigi, mes patvirtinome, kad šie vartai yra NOR vartai, nes jie dalijasi savo tiesos lentele su NOR logine funkcija.

Dabar mes sujungsime abu vartus, kuriuos iki šiol sukūrėme, kad sukurtume ARBA vartus. Atminkite, NOR reiškia NOT OR; taigi, jei apverssime jau apverstus vartus, sugrąžinsime originalus. Išbandykime tai, kad pamatytume, kaip tai veikia.

ARBA vartų pavyzdys

Tai, ką mes padarėme čia, yra paėmę NOR gate iš anksčiau ir pritaikėme NOT vartus prie išvesties. Kaip parodėme aukščiau, NE vartai įgis 1 reikšmę ir išves 0, o vartai NE – 0 ir išves 1.

Tai paims NORS vartų reikšmes ir pavers visus 0 į 1 ir 1 į 0. Taigi tiesos lentelė bus tokia:

OR vartų ir ARBA vartų tiesos lentelė

Jei norite daugiau praktikos išbandyti šiuos vartus, nedvejodami išbandykite aukščiau pateiktas vertes ir įsitikinkite, kad vartai duoda lygiaverčius rezultatus!

NAND vartų pavyzdys

Teigiu, kad tai NAND vartai, bet patikrinkime šių vartų tiesos lentelę, kad nustatytų, ar tai tikrai NAND vartai.

Kai A yra 0, o B yra 0, A pMOS duos 1, o A nMOS – 0; taigi, šie vartai sukurs loginį 1, nes jie yra prijungti prie šaltinio uždara grandine ir atjungti nuo žemės su atvira grandine.

Kai A yra 0, o B yra 1, A pMOS duos 1, o A nMOS – 0; taigi, šie vartai sukurs loginį 1, nes jie yra prijungti prie šaltinio uždara grandine ir atjungti nuo žemės su atvira grandine.

Kai A yra 1, o B yra 0, B pMOS duos 1, o B nMOS – 0; taigi, šie vartai sukurs loginį 1, nes jie yra prijungti prie šaltinio uždara grandine ir atjungti nuo žemės su atvira grandine.

Kai A yra 1, o B yra 1, A pMOS duos 0, o A nMOS – 1; Taigi, mes taip pat turime patikrinti B pMOS ir nMOS. B pMOS duos 0, o B nMOS – 1; taigi šie vartai sukurs loginį 0, nes jie yra atjungti nuo šaltinio esant atvirai grandinei ir prijungti prie žemės su uždara grandine.

Tiesos lentelė yra tokia:

Aukščiau pateiktų vartų tiesos lentelė.

Tuo tarpu NAND loginės funkcijos tiesos lentelė yra tokia:

Taigi, mes patikrinome, ar tai iš tikrųjų yra NAND vartai.

Dabar, kaip sukurti IR vartus? Na, mes statysime IR vartus lygiai taip pat, kaip statėme ARBA vartus iš NOR vartų! Prijungsime keitiklį!

IR vartų pavyzdys

Kadangi viskas, ką padarėme, tai NAND vartų išvesties funkcija NOT, tiesos lentelė atrodys taip:

Pilna AND ir NAND tiesos lentelė

Vėlgi, patikrinkite, kad įsitikintumėte, jog tai, ką jums sakau, yra tiesa.

Šiandien mes apžvelgėme, kas yra pMOS ir nMOS tranzistoriai, taip pat kaip juos naudoti kuriant sudėtingesnes struktūras! Tikiuosi, kad šis tinklaraštis buvo informatyvus. Jei norėtumėte perskaityti mano ankstesnius tinklaraščius, sąrašą rasite žemiau.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas