תכנון שער ושער באמצעות טרנזיסטורים

כמו שרבים מאיתנו יודעים מעגל משולב או IC הוא שילוב של מעגלים קטנים רבים בחבילה קטנה אשר ביחד מבצעים משימה פסולתית. כמו מגבר תפעולי או 555 טיימר IC בנוי על ידי שילוב של טרנזיסטורים רבים, כפכפים, שערים לוגיים ומעגלים דיגיטליים משולבים אחרים. באופן דומה ניתן לבנות כפכף באמצעות שילוב של שערי לוגיקה ואת שערי הלוגיקה עצמו ניתן לבנות באמצעות כמה טרנזיסטורים.

שערי לוגיקה הם היסודות של מעגל אלקטרוני דיגיטלי רב. מהכפכפים הבסיסיים ועד למיקרו-בקרים שערי לוגיקה מהווים את העיקרון הבסיסי לאופן אחסון ועיבוד של סיביות. הם קובעים את הקשר בין כל קלט ופלט של מערכת באמצעות לוגיקה ארטמטית. ישנם סוגים רבים ושונים של שערי לוגיקה ולכל אחד מהם יש לוגיקה שונה המשמשת למטרות שונות. אך המוקד של מאמר זה יהיה על שער AND כי אחר כך נבנה שער AND באמצעות מעגל טרנזיסטור BJT. מרגש נכון? בואו נתחיל.

ושער ההיגיון

שער לוגיקה AND הוא שער לוגיקה בצורת D עם שני כניסות ויציאה אחת אחת, כאשר צורת D בין הכניסה לפלט היא המעגל ההגיוני. ניתן להסביר את הקשר בין ערכי קלט ופלט באמצעות טבלת האמת של שער AND המוצגת להלן.

ניתן להסביר את פלט המשוואות בקלות באמצעות המשוואה הבוליאנית AND Gate, שהיא Q = A x B או Q = AB. לפיכך, עבור שער AND הפלט הוא גבוה רק כאשר שתי התשומות גבוהות.

טרָנזִיסטוֹר

טרנזיסטור הוא מכשיר מוליך למחצה עם שלושה מסופים הניתנים לחיבור למעגל חיצוני. המכשיר יכול לשמש כמתג וגם כמגבר לשינוי הערכים או לבקרת העברת אות חשמלי.

עבור בניית AND שער לוגי באמצעות טרנזיסטור היינו הטרנזיסטורים BJT אשר ניתן לסווג נוספת לשני סוגים: PNP ו NPN - Bipolar צומת טרנזיסטורים. סמל המעגל עבור כל אחד מהם ניתן לראות להלן.

מאמר זה יסביר לכם כיצד לבנות מעגל AND שער באמצעות טרנזיסטור. ההיגיון של שער AND הוסבר כבר לעיל וכדי לבנות שער AND באמצעות טרנזיסטור נלך לפי אותה טבלת האמת המוצגת לעיל.

תרשים מעגלים ורכיבים נדרשים

רשימת הרכיבים הנדרשים לבניית שער AND באמצעות טרנזיסטור NPN מפורטים כדלקמן:

1. שני טרנזיסטורי NPN. (אתה יכול גם להשתמש בטרנזיסטור PNP אם זמין)
2. שני נגדי 10KΩ ונגד 4-5KΩ אחד.
3. נורית LED אחת (דיודת פולטות אור) לבדיקת הפלט.
4. קרש לחם.
5. ספק כוח +5V.
6. שני כפתורי PUSH.
7. חוטי חיבור.

המעגל מייצג את שני הקלטים A & B עבור שער AND ויציאה, Q שיש להם גם אספקת + 5 V לקולט הטרנזיסטור הראשון המחובר בסדרה לטרנזיסטור השני ונורית LED מחוברת למסוף הפולט של הטרנזיסטור השני. הקלטים A ו- B מחוברים למסוף הבסיס של טרנזיסטור 1 וטרנזיסטור 2 בהתאמה, והפלט Q עובר לנורת המסוף החיובית. התרשים שלהלן מייצג את המעגל שהוסבר לעיל לבניית שער AND באמצעות טרנזיסטור NPN.

הטרנזיסטורים המשמשים במדריך זה הם טרנזיסטור BC547 NPN ונוספו עם כל הרכיבים הנ"ל במעגל, כמוצג להלן.

אם אין לך את כפתורי הלחיצה, אתה יכול גם להשתמש בחוטים כמתג על ידי הוספה או הסרה שלהם בכל עת שנדרש (במקום ללחוץ על swtich). אותו הדבר ניתן היה לראות בסרטון שבו הייתי משתמש בחוטים כמתג המחובר למסוף הבסיס לשני הטרנזיסטורים.

אותו מעגל כשנבנה באמצעות רכיבי החומרה שהוזכרו לעיל, המעגל ייראה בערך כמו בתמונה למטה.

עבודה של שער באמצעות טרנזיסטור

כאן נשתמש בטרנזיסטור כמתג ולכן, כאשר מתח מופעל דרך מסוף אספן של הטרנזיסטור NPN, המתח מגיע לצומת הפולט רק כאשר בצומת הבסיס יש אספקת מתח בין 0 וולט למתח אספן.

באופן דומה, המעגל שלמעלה יביא את נורית ה- LED לזוהר כלומר היציאה היא 1 (גבוהה) רק כאשר שתי הכניסות הן 1 (גבוהה) כלומר כאשר יש ספק מתח במסוף הבסיס של שני הטרנזיסטורים. כלומר, יהיה נתיב זרם ישר ישר מ- VCC (+ 5V ספק כוח) אל ה- LED ובהמשך לקרקע. נוח בכל המקרים, הפלט יהיה 0 (נמוך) והנורית תהיה כבויה. ניתן להסביר את כל אלה ביתר פירוט על ידי הבנת כל מקרה אחד אחד.

מקרה 1: כאשר שתי התשומות אפסות - A = 0 ו- B = 0.

כאשר שתי כניסות A & B הן 0, אינך צריך ללחוץ על אף אחד מכפתורי הלחיצה במקרה זה. אם אינך משתמש בלחצני הלחיצה, הסר את החוטים המחוברים, את כפתורי הלחץ ואת מסוף הבסיס של שני הטרנזיסטורים. אז קיבלנו את שתי הקלט A & B כ- 0 ועכשיו עלינו לבדוק את הפלט, שגם הוא אמור להיות 0 על פי טבלת האמת של שער AND.

כעת, כאשר מתח מסופק דרך מסוף הקולט של טרנזיסטור 1, הפולט אינו מקבל שום קלט מכיוון שערך המסוף הבסיסי הוא 0. באופן דומה, הפולט של הטרנזיסטור 1 המחובר לקולט טרנזיסטור 2, נוכחי או מתח וגם את ערך הבסיס הטרמינל של טרנזיסטור 2 הוא 0. לכן, 2 ^nd של פולט טרנזיסטור כפלט את הערך 0 וכתוצאה מכך, LED יהיה OFF.

מקרה 2: כאשר הקלטים הם - A = 0 & B = 1.

במקרה השני, כאשר הקלטים הם A = 0 & B = 1, למעגל יש כניסה ראשונה כ- 0 (נמוכה) והכניסה השנייה כ- 1 (גבוהה) לבסיס הטרנזיסטור 1 ו -2, בהתאמה. כעת, כאשר אספקת 5 וולט מועברת לאספן של הטרנזיסטור הראשון, אין שינוי בהעברת הפאזה של הטרנזיסטור מכיוון שלטרמינל הבסיס יש כניסה 0. אשר מעביר ערך 0 לפולט ופולט הטרנזיסטור הראשון מחובר לקולט הטרנזיסטור השני בסדרה, כך שערך 0 נכנס לקולט הטרנזיסטור השני.

כעת, לטרנזיסטור השני יש ערך גבוה בבסיס, כך שהוא יאפשר לאותו ערך שהתקבל בקולט לעבור לפולט. אך מכיוון שהערך הוא 0 במסוף הקולט של הטרנזיסטור השני, לכן הפולט יהיה גם 0 והנורית המחוברת לפולט לא תבריק.

מקרה 3: כאשר הקלטים הם - A = 1 & B = 0.

כאן, הקלט הוא 1 (גבוה) לבסיס הטרנזיסטור הראשון ונמוך לבסיס הטרנזיסטור השני. לכן, הנתיב הנוכחי יתחיל מאספקת חשמל 5V לאספן הטרנזיסטור השני שיעבור דרך הקולט והפולט של הטרנזיסטור הראשון מאחר וערך מסוף הבסיס גבוה עבור הטרנזיסטור הראשון.

אבל בטרנזיסטור השני, ערך המסוף הבסיסי הוא 0 ולכן, שום זרם לא עובר מהקולט לפולט הטרנזיסטור השני וכתוצאה מכך, הוביל עדיין יהיה כבוי בלבד.

מקרה 4: כאשר שתי התשומות הן אחת - A = 1 & B = 1.

המקרה האחרון וכאן שתי הכניסות אמורות להיות גבוהות המחוברות למסופי הבסיס של שני הטרנזיסטורים. המשמעות היא בכל פעם שזרם או מתח עוברים דרך הקולט של שני הטרנזיסטורים, הבסיס מגיע לרוויה שלו והטרנזיסטור מוליך.

בהסבר מעשי, כאשר אספקת + 5V מסופקת למסוף הקולט של הטרנזיסטור 1 וגם מסוף הבסיס רווי אז, מסוף הפולט יקבל תפוקה גבוהה מכיוון שהטרנזיסטור מוטה קדימה. תפוקה גבוהה זה בבית הפולט מגיעה ישירות אל האספן של 2 ^nd הטרנזיסטור באמצעות חיבור בסדרה. כעת, באופן דומה בטרנזיסטור השני, הקלט בקולט גבוה ובמקרה זה, מסוף הבסיס גם הוא גבוה, כלומר הטרנזיסטור השני נמצא גם הוא במצב רווי והקלט הגבוה יעבור מהקולט לפולט. תפוקה גבוהה זו בפולט עוברת אל ה- LED שמדליק את ה- LED.

לפיכך, לכל ארבעת המקרים יש תשומות ויציאות זהות לשער הלוגי בפועל. לפיכך, בנינו שער AND Logic באמצעות טרנזיסטור. מקווה שהבנת את ההדרכה ונהנית ללמוד משהו חדש. את העבודה המלאה של המערך תוכלו למצוא בסרטון למטה. במדריך הבא שלנו נלמד גם כיצד לבנות שער OR באמצעות טרנזיסטור ו- NOT שער באמצעות טרנזיסטור. אם יש לך שאלות השאיר אותן בסעיף ההערות למטה או השתמש בפורומים שלנו לשאלות טכניות אחרות.