Транзистор простое объяснение: простым языком для чайников, схемы

Как работают транзисторы – простое объяснение

Транзистор — полезный и практичный компонент, который можно использовать для создания множества интересных проектов. В этом практическом руководстве вы узнаете, как работают транзисторы, и сможете использовать их в своих будущих схемах.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

На самом деле это довольно просто, если вы изучите основы. Мы сосредоточимся на двух наиболее распространенных транзисторах: биполярных и MOSFET.

Транзистор может работать в 2 режимах:

1. ключевой режим
2. режиме усиления

В ключевом режиме транзистор работает как электронный переключатель. Он может включать и выключать ток. Проще всего представить себе транзистор как реле без каких-либо движущихся частей. Транзистор похож на реле в том смысле, что вы можете использовать его для включения и выключения чего-либо.

В режиме усиления транзистор может быть включен частично и это режим работы полезен при усилении слабого сигнала.

Как работают биполярные транзисторы

Начнем с классического биполярного NPN транзистора. У него три вывода:

Блок питания 0…30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

• База (b — base)
• Коллектор (c — collector)
• Эмиттер (e — emitter)

Когда транзистор включен, то через него может течь ток от коллектора к эмиттеру. Когда он выключен, ток не течет. В приведенном ниже примере транзистор выключен. Это означает, что через него не может протекать ток, поэтому светодиод не светиться.

Чтобы включить транзистор, вам необходимо подать напряжение около 0,7 В на базу относительно эмиттера. Если бы у вас была батарея 0,7 В вы могли бы подключить ее между базой и эмиттером и транзистор бы включился. Поскольку у большинства из нас нет батареи с напряжением 0,7 В, то как мы можем включить транзистор?

Легко! Переход транзистора база-эмиттер работает как диод. Диод имеет прямое напряжение, которое он «берет» из имеющегося напряжения питания. Если вы последовательно подключите резистор, то остальная часть напряжения упадет на резисторе. Таким образом, вы автоматически получите около 0,7 В, добавив всего один резистор.

Это тот же принцип используется для ограничения тока через светодиод, чтобы он не сгорел.

Если вы еще добавите кнопку, то вы можете управлять транзистором и, следовательно, светодиодом, включая и выключая его с помощью кнопки:

Выбор номиналов компонентов схемы

Чтобы выбрать необходимые номиналы компонентов, вам нужно знать еще один важный параметр транзистора — коэффициент усиления.

Когда ток течет от базы к эмиттеру, транзистор включается, так что больший ток может течь от коллектора к эмиттеру.

Между величинами этих двух токов существует связь. Это называется усилением транзистора. Для транзистора общего назначения, такого как BC547 или 2N3904 коэффициент усиления составляет в среднем около 100. Это означает, что если вы подадите ток 0,1 мА на переход база-эмиттер, то по направлению коллектор-эмиттер вы получите ток 10 мА (в 100 раз больше).

Какое должно быть сопротивление резистора R1, чтобы получить ток 0,1 мА?

Если у нас в качестве источника питания батарея 9 В и мы знаем что падение напряжения на переходе база-эмиттер составляет 0,7 В, то на резисторе останется 8,3 В. Чтобы найти сопротивление резистора вы можете использовать закон Ома:

То есть вам необходимо использовать резистор сопротивлением 83 кОм. Это не стандартное значение, поэтому из стандартного номинального ряда возьмем самое близкое значение равное 82 кОм.

Резистор R2 предназначен для ограничения тока, проходящего через светодиод. Сопротивление 1 кОм будет достаточным.

Как подобрать транзистор

NPN-транзистор является наиболее распространенным типом биполярных транзисторов. Но есть еще один тип биполярного транзистора — PNP-транзистор, который работает точно также как и NPN-транзистор, только все токи идут в противоположном направлении.

При выборе транзистора важно учитывать, какой ток транзистор может пропустить через себя без повреждения. Это называется током коллектора (Ic ).

Как работает MOSFET транзистор

MOSFET транзистор (полевой транзистор) — еще один очень распространенный тип транзистора. Он также имеет три вывода:

• Затвор (G — gate )
• Исток (S — source )
• Сток (D — drain )

N-канальный MOSFET работает также как и биполярный NPN-транзистор, но с одним важным отличием:

• В биполярном NPN транзисторе ток, протекающий через переход база-эмиттер определяет силу тока, текущего через переход коллектор-эмиттер.
• В MOSFET транзисторе напряжение между затвором и истоком определяет, какой ток будет течь от стока к истоку.

Вот почему для MOSFET транзистора вам не нужен резистор, включенный последовательно с затвором, как в случае с NPN-транзистором. Вместо этого вам понадобится резистор, подключенный между затвором и минусом питания, чтобы надежно отключить транзистор, когда кнопка не нажата:

Поскольку напряжение на затворе определяет, сколько тока может протекать от стока к истоку, вы можете подумать о добавлении резистора последовательно с кнопкой.

Таким образом, у вас получиться делитель напряжения, с помощью которого вы можете выставить точное напряжение на затворе.

Как выбрать MOSFET-транзистор

В приведенном выше примере используется N-канальный полевой транзистор. Полевые транзисторы с P-каналом работают так же, только ток течет в противоположном направлении, а напряжение затвор-исток должно быть отрицательным.

На выбор доступны тысячи различных полевых транзисторов. Но если вы хотите построить схему, приведенную выше, то вы можете применить BS170 или IRF510.

При выборе полевого транзистора следует учитывать две вещи:

1. Пороговое напряжение затвор-исток. Для включения транзистора требуется более высокое напряжение.
2. Непрерывный ток стока. Это максимальный ток, который может протекать через транзистор.

Есть и другие важные параметры, о которых следует помнить, в зависимости от области применения. Но это выходит за рамки данной статьи. Помните об этих двух параметрах, и у вас будет хорошая отправная точка.

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

 

Транзистор как усилитель

Транзистор также может работать в качестве усилителя слабых сигналов, то есть он может находиться в любом положении между «полностью включено» и «полностью выключено».

Это означает, что слабый сигнал может управлять транзистором и создать более сильную копию этого сигнала на переходе коллектор-эмиттер (или сток-исток). Таким образом, транзистор может усиливать слабые сигналы.

Вот простой усилитель для управления динамиком сигналом прямоугольной формы:

 

Портативный паяльник TS80P

TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

Толщина – база – транзистор

Cтраница 1

Толщина базы транзистора должна быть много меньше диффузионной длины инжектируемых в нее носителей о ( б1 5 – ь25 мкмс.  [1]

В-постоянные, зависящие от свойства полупроводника и

толщины базы транзистора.  [2]

Изменение относительного коэффициента усиления по току кремниевых транзисторов в зависимости от интегрального потока нейтронов с энергией. 0 1 Мэв.  [3]

Это находит простое физическое объяснение: чем больше толщина базы транзистора, тем большее число нейтронов взаимодействует на своем пути с ядрами атомов вещества и тем больше нарушается структура кристаллической решетки. Следовательно, более стойкими к воздействию радиации являются высокочастотные полупроводниковые приборы, имеющие тонкую базу.  [4]

Исходя из принципа действия биполярного транзистора диффузионная длина неосновных носителей должна быть значительно больше толщины базы транзистора. Однако для уменьшения времени рассасывания носителей при работе транзистора в переключающих импульсных схемах, переводящих транзистор из режима отсечки в режим насыщения и обратно, необходим исходный материал с малым временем жизни неосновных носителей заряда, а следовательно, и с малой диффузионной длиной. Таким образом, для изготовления биполярных транзисторов должен быть использован полупроводник с оптимальным значением диффузионной длины неосновных носителей заряда.  [5]

В связи с тем, что коллекторный переход практически сосредоточен в области базы, изменения толщины коллекторного перехода при изменениях напряжения на коллекторе приводят к изменению толщины базы. Изменение толщины базы транзистора в результате изменения толщины слоев пространственного заряда электрических переходов лри изменении напряжения на них называется модуляцией толщины базы.  [6]

Векторная диаграмма напряжений и токов в транзисторе f граничная частота транзистора. т – время жизни носителей в базе.  [7]

Чем скорее проходят дырки базу, тем меньше значение та и тем выше граничная частота транзистора. Для повышения граничной частоты уменьшают толщину базы транзистора.  [8]

Как уже было сказано в гл. III, быстродействие ключей определяется прежде всего эффективным временем жизни и толщиной базы транзистора и, следовательно, необходимая скорость переключения может быть получена соответствующим выбором типа транзистора.  [9]

Для изготовления биполярных транзисторов должен быть использован полупроводник с оптимальным значением диффузионной длины неосновных носителей.

Исходя из принципа действия биполярного транзистора диффузионная длина неосновных носителей должна быть значительно больше толщины базы транзистора. Однако для уменьшения времени рассасывания при работе транзистора в импульсных схемах необходим исходный материал с малым временем жизни неосновных носителей, а следовательно, и с малой диффузионной длиной.  [10]

Принцип работы транзистора.  [11]

Прямое напряжение U уменьшает потенциальный барьер в эмиттерном переходе, и сопротивление п-области эмиттера снижается. Электроны из n – области свободно преодолевают потенциальный барьер и попадают в р-об-ласть базы.

Толщина базы транзистора очень мала.  [12]

Время задержки определяется временами диффузии носителей к центральному р – – переходу. С ростом интенсивности света время t3 уменьшается вследствие увеличения коэффициента диффузии. Для повышения фоточувствительности и уменьшения времени задержки целесообразно уменьшать толщины баз составляющих транзисторов.  [13]

Страницы:      1

Факты о транзисторах для детей

Несколько типов транзисторов в индивидуальной упаковке

Транзистор представляет собой электронный компонент, который можно использовать как часть усилителя или как переключатель. Он изготовлен из полупроводникового материала. Транзисторы можно найти в большинстве электронных устройств. Транзистор был большим достижением после триодной лампы, поскольку он потреблял гораздо меньше электроэнергии и работал на много лет дольше, чтобы переключать или усиливать другой электронный ток.

Транзистор можно использовать для самых разных целей, включая усилители и цифровые переключатели для компьютерных микропроцессоров. В цифровой работе в основном используются МОП-транзисторы. Некоторые транзисторы упакованы в индивидуальную упаковку, в основном для того, чтобы они могли работать с большой мощностью. Большинство транзисторов находятся внутри интегральных схем.

Содержание

• Как они работают
  • Визуализация
• Использование
• Материалы
• История
• Важность
• Галерея
• Картинки для детей

Как они работают

Когда на центральный контакт подается питание, мощность может течь.

Транзисторы имеют три вывода: затвор, сток и исток (у биполярного транзистора провода можно назвать эмиттером, коллектором и базой). Когда исток (или эмиттер) подключен к отрицательной клемме батареи, а сток (или коллектор) к положительной клемме, в цепи не будет протекать электричество (если у вас последовательно с транзистором включена только лампа). Но когда вы касаетесь затвора и стока вместе, транзистор пропускает электричество. Это связано с тем, что когда затвор заряжен положительно, положительные электроны будут толкать другие положительные электроны в транзисторе, пропуская отрицательные электроны. Транзистор также может работать, когда затвор просто заряжен положительно, поэтому он не должен касаться стока.

Визуализация

Простой способ представить себе, как работает транзистор, это шланг с острым изгибом, который не дает воде проходить через него. Вода — это электроны, и когда вы положительно заряжаете ворота, они разгибают шланг, позволяя воде течь.

Условное обозначение транзистора Дарлингтона. «В» — база, «С» — коллектор, «Е» — эмиттер.

Базовая схема транзистора Дарлингтона состоит из двух биполярных транзисторов, соединенных эмиттером с базой, так что они действуют как один транзистор. Один из транзисторов подключен так, что он управляет током на базе другого транзистора. Это означает, что вы можете контролировать то же самое количество тока с очень небольшим количеством тока, поступающего в базу.

Использование

Когда затвор P-канального МОП-транзистора заряжен положительно, через него будет протекать электричество. Это полезно для электроники, для которой требуется, чтобы переключатель был включен, что делает его электронным переключателем. Это конкурирует с механическим переключателем, который требует постоянного нажатия на него.

В полевом МОП-транзисторе, используемом в качестве усилителя, транзисторы берут на себя ток стока и истока, и, поскольку ток истока намного больше, чем ток стока, обычно ток стока возрастает до значения тока истоков, усиливая его.

Материалы

Транзисторы изготовлены из полупроводниковых химических элементов, обычно из кремния, который относится к современной группе 14 (ранее группа IV) в периодической таблице элементов. Германий, еще один элемент группы 14, используется вместе с кремнием в специализированных транзисторах. Исследователи также изучают транзисторы, изготовленные из особых форм углерода. Транзисторы также могут быть изготовлены из таких соединений, как арсенид галлия.

История

Транзистор не был первым трехвыводным устройством. Триод служил той же цели, что и транзистор 50 лет назад. Вакуумные лампы были важны в бытовой технике до транзисторов. К сожалению, лампы были большими и хрупкими, потребляли много энергии и недолговечны. Транзистор решил эти проблемы.

Трем физикам приписывают изобретение транзистора в 1947 году: Уолтеру Х. Браттейну, Джону Бардину и Уильяму Шокли, которые внесли наибольший вклад.

Важность

Транзистор сегодня является очень важным компонентом. Если бы не транзистор, такие устройства, как сотовые телефоны и компьютеры, были бы совсем другими, а возможно, их вообще не было бы изобретено. Транзисторы сделаны очень маленькими (десятки атомов шириной), так что миллиарды их могут быть помещены в небольшой компьютерный чип.

Галерея

Картинки для детей

• Ассорти из дискретных транзисторов. Пакеты по порядку сверху вниз: ТО-3, ТО-126, ТО-92, СОТ-23.

• Юлиус Эдгар Лилиенфельд предложил концепцию полевого транзистора в 1925 году.

• Герберт Матаре в 1950 году. Он независимо изобрел точечный транзистор в июне 1948 года.

• Транзистор с поверхностным барьером Philco, разработанный и произведенный в 1953

• Транзистор Дарлингтона открылся, поэтому внутри можно увидеть настоящую микросхему транзистора (маленький квадрат). Транзистор Дарлингтона фактически представляет собой два транзистора на одном кристалле. Один транзистор намного больше другого, но оба имеют большие размеры по сравнению с транзисторами при крупномасштабной интеграции, потому что этот конкретный пример предназначен для силовых приложений.

• Работа полевого транзистора и его кривая Id-Vg. Сначала, когда напряжение на затворе не подается, в канале нет инверсионных электронов, поэтому устройство выключено. По мере увеличения напряжения на затворе плотность инверсионных электронов в канале увеличивается, ток увеличивается, и, таким образом, устройство включается.

• Символ транзистора, созданный на португальском тротуаре в Университете Авейру.

• Набор дискретных транзисторов

Все содержимое статей энциклопедии Kiddle (включая изображения статей и факты) можно свободно использовать по лицензии Attribution-ShareAlike, если не указано иное. Процитируйте эту статью:

Факты о транзисторах для детей. Энциклопедия Киддла.

От транзисторов к затворам!

---

---

Для целей этого класса мы будем рассматривать транзисторы как основные строительные блоки компьютерного оборудования.

Транзистор является электронное устройство, имеющее три конца: источник, сток и затвор. Фигура ниже показаны три отдельных транзистора (около 1960-х годов). Современные технологии позволяет нам упаковать до 1 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр (около 2006). Процессор Intel размером менее квадратного дюйма имеет более 1,5 миллиард транзисторов на нем (около 2007 г.) – доступны дополнительные данные здесь.

Рисунок 1: Изображение отдельных транзисторов (любезно предоставлено Википедией).

Более удобно изображать транзисторы с помощью рисунка ниже.

Рисунок 2: Символ, используемый для изображения транзистора с тремя контактами точки.

---

Транзисторы как краны!

Работу транзистора можно объяснить, проводя аналогию к кранам.

Так же, как транзистор, кран подключен к источник (вода компании), кран сливает в раковину , а подача воды через кран регулируется шибером (ручкой). Если ручка крана (ворота) есть оказалось НА вода течет из источника в раковину, иначе если ручка крана (ворота) есть выключен вода не течет.

Рис. 3: Работа крана: заслонка регулирует поток воды из источник тонуть.

Если мы представим факт, что вода течет от источника к раковине с 1 (или ВКЛ) и то, что вода не течет из источник на сток с 0 (или OFF), мы можем понять как работает транзистор, просто превращая «воду» в «электричество». В особый:

• Когда затвор транзистора включен (или имеет значение 1 ), то электричество течет от источника к приемнику а транзистор называется ON

• В противном случае, когда ворота транзистора OFF (или имеет значение 0 ), затем электричество не течет от источника к стоку и говорят, что транзистор OFF .

Текущая технология, используемая для создания компьютерного оборудования (чипов), называется CMOS, что означает Complementary MetalOxideSemiconductor.

В КМОП, помимо использования описанного транзистора выше мы используем другой вид транзисторов, который оказывается на когда ворота ВЫКЛ. и выключается , когда ворота НА . Другими словами, его действие является «дополняющим» (или противоположным) по отношению к тот, который мы только что описали выше. Символ этого комплементарного типа транзисторов показан ниже. Символ очень похож на транзистор, который мы описали выше, за исключением «пузырь», соединенный с воротами. Этот пузырь означает, что этот транзистор работает наоборот (это ON когда гейт OFF и OFF когда гейт НА .

Рисунок 4: Символ, используемый для обозначения комплементарного транзистора.

Если провести аналогию с кранами, можно представить себе кран, который позволяет воде течь из источника в раковину, когда его ручка затянут, но не тогда, когда ручка ослаблена.

---

Использование транзисторов для построения больших схем

Используя транзисторы в качестве строительных блоков, мы можем создавать более крупные схемы которые выполняют интересные (логические) операции.

Наш первый пример — схема НЕ . На рисунке ниже показано как соединить два транзистора вместе, чтобы построить инвертор (также известный как ворота НЕ ).

Рис. 5: Схема инвертора (известная как вентиль НЕ).

Теперь давайте выясним, что будет делать приведенная выше схема инвертора при представлении вход (т.е. X ). Мы знаем, что X может занять одно из двух значений: 0 или 1 . Изучим каждый в отдельности.

• Если X=0 то по определению нижнего транзистора будет OFF , что означает, что электричество не сможет течь из его источник к его стоку. Также, по определению, верхний транзистор будет быть НА , а это значит, что электричество сможет поступать из его источник к его стоку. Вопрос в том, будет ли электричество? выходящий из Z (где Z – это вывод этого схема). Ответ ДА. Поскольку верхний транзистор открыт, а нижний транзистор выключен, электричество, вытекающее из батареи, пройти через верхний транзистор, но не сможет пройти нижний. Другими словами, он будет вытекать через Z . Чтобы визуализировать работу инвертора, может быть полезно подумать об этом примере, используя аналогию с водой, обсуждавшуюся ранее.

• Если X=1 то по определению нижнего транзистора будет ON , что означает, что любая электроэнергия, уже имеющаяся в источник будет сливаться в раковину. Также, по определению, верхний транзистор будет быть OFF , что означает, что электричество не сможет течь из его источник к его стоку. Вопрос в том, будет ли электричество? выходящий из Z (где Z – это выход этого схема). Ответ – нет. Так как верхний транзистор выключен и нижний транзистор включен, электричество, вытекающее из батареи, блокируется верхним транзистором и любым электричеством, которое может существовать в Z , будет слив. Другими словами, электричества не будет. вытекающий через Z . Опять же, может быть полезно подумать о в этом примере используется аналогия с водой, обсуждавшаяся ранее.

В приведенной ниже таблице резюмируется работа логического элемента НЕ, предоставляя выход (Z). для каждого возможного входа (X) схемы. Таблицы, подобные этой (предоставляющей нам со значением функции для всех возможных комбинаций входов этого функция) называются таблицами истинности.

НЕ Х З 0 1 1 0

Рисунок 6: Таблица истинности, обобщающая работу инвертора схема (функция НЕ).

 

На рисунке ниже показано, как можно построить другую схему, используя транзисторы. Эта схема имеет два входа X и Y и один вывод Z .

Рисунок 7: Схема «не одновременно X и Y» (функция НЕ-И).

Есть 4 возможности для входов, а именно

• Х=0, Y=0
• Х=0, Y=1
• Х=1, Y=0
• Х=1, Y=1

попробуем сделать анализ, аналогичный тому, что мы сделали для NOT ворота. В В частности, рассмотрим случай, когда оба X и Y равны 0. По определению два нижних транзистора будут ВЫКЛ. , в то время как двумя верхними будут ON , что позволит электричеству течь от аккумулятор к выходу Z . Таким образом, для X=0, Y=0 получаем Z=1 . В случае, когда оба X и Y равны 1, два нижних транзистора будут ON , а два верхних будут ВЫКЛ , поэтому электричество не будет поступать от батареи к вывод Z . Таким образом, для X=1, Y=1 мы получаем Z=0 . в случае, когда X=0 и Y=1 , мы замечаем, что один из двух верхних транзисторы будут на а остальные будут ВЫКЛ. . Аналогично, для нижних транзисторов будет ON , а другой будет OFF . Таким образом, электричество еще сможет течь на Z (через НА транзистор сверху), таким образом, получается Z=1 . Случай для X=1, Y=0 аналогично. Это дает Z=1 .

Таким образом, мы получаем приведенную ниже таблицу истинности для схемы, показанной выше.

НЕ-И Х Д З 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Рис. 8: Таблица истинности, обобщающая работу логического элемента И-НЕ.

Приведенная выше таблица истинности говорит, что выход схемы равен 0 только когда два входа равны 1 , это прямо противоположно логическая функция И (логическая функция И выводит 1 всякий раз, когда как его первый вход, так и его второй вход равны 1). Таким образом, мы называем эту схему «Не И». ворота или ворота NAND .

Чтобы построить И , все, что нам нужно сделать, это соединить выход Затвор И-НЕ на вход затвора НЕ .

Рисунок 9: Схема «оба X и Y» (функция И).

 

Подобно вентилю NAND , мы можем построить NOR . (Не ИЛИ) ворота как показано на рисунке ниже.

Рисунок 10: Схема «не X и не Y» (функция ИЛИ-НЕ).

Мы оставляем в качестве упражнения проверку того, что таблица истинности приведенного выше схема показана ниже.

НО Х Д З 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

Рис. 11: Таблица истинности, обобщающая работу вентиля ИЛИ-НЕ.

 

И так же, как мы смогли получить функцию И с помощью подключение выхода функции НЕ-И ко входу НЕ (см. рис. 9), мы можем получить функцию ИЛИ (который выводит 1 всякий раз, когда хотя бы один из его входов равен 1) на подключение выхода функции ИЛИ-НЕ ко входу НЕ функция.

 

---

Основные логические функции

Из вышеприведенных примеров и обсуждения мы делаем вывод, что мы можно построить основные логические функции И , ИЛИ , и НЕ с использованием транзисторов.

Поскольку мы будем использовать эти функции (или вентили) в будущих проектах, мы дадим их символы, чтобы нам не пришлось рисовать все транзисторы и все соединения каждый раз, когда мы хотим использовать (скажем) шлюз ИЛИ .

Для ворот ИЛИ мы будем использовать следующий символ:

ИЛИ Х Д З 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Рисунок 12: Символ вентиля ИЛИ и его таблица истинности.

Для ворот и мы будем использовать следующий символ:

И Х Д З 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

  Рис. 13. Символ вентиля И и его таблица истинности.

Наконец, для ворот НЕ мы будем использовать следующий символ:

НЕ Х З 0 1 1 0

Рисунок 14: Символ вентиля НЕ и его таблица истинности.

---

Прочие логические функции

Соединяя элементы И, ИЛИ и НЕ вместе, мы можем построить более сложные (логические) функции.

Давайте начнем с простого примера, показанного на рисунке ниже, а именно: строительство трехвходовой вентиль ИЛИ из двухвходового вентиля ИЛИ . Уведомление что поведение вентиля ИЛИ с тремя входами должно производить вывод 1 , когда хотя бы один из входов равен 1 , в противном случае (т.е. когда все входы равны 0 , производит 0 ).

 

Рис. 15. Функция ИЛИ с тремя входами, построенная с использованием двух 2-входные вентили ИЛИ.

Этот процесс можно обобщить, что позволит нам построить четырехвходовые, пятивходовые и т. д. ИЛИ вентилей.

Точно так же мы можем построить вентили И с более чем двумя входами. Например На рисунке ниже показаны два различных способа реализации 4-входового И вентиль от 2-входа И ворота.

Рис. 16. Функция И с 4 входами, построенная с использованием трех 2-входные вентили И.

Приведенные выше два примера просты, поскольку можно предсказать поведение многих И вентилей, соединенных вместе, или поведение многих ИЛИ вентилей, соединенных вместе. Однако, вообще говоря, это может быть не так просто. Учитывая произвольную схему, мы можем найти что он делает, строя свою таблицу истинности , который является табулирование выхода схемы для всех возможных входов комбинации. Возьмем, к примеру, схему ниже.

Рисунок 17: Функция, построенная путем соединения различных И, ИЛИ, а НЕ ворота.

Во-первых, мы замечаем, что у него есть два входа: X и Y . Каждый один из этих входов может принимать одно из двух значений 0 и 1 . Таким образом, таблица истинности для этой схемы будет иметь четыре записи. Для каждой такой записи мы должны узнать выход З . Мы делаем это, маркируя цепь.

Например, если X = 0 и Y = 0 , мы можем пометить различные входы и выходы всех ворот, пока мы не узнаем, что Z = 0 , как показано ниже.

Рисунок 18: Выход функции на рисунке 15, когда X=0 и Y=0.

Точно так же мы можем сделать это для X = 0 и Y = 1 , чтобы получить Z = 1 , как показано ниже.

Рисунок 19: Выход функции на рисунке 15, когда X=0 и Y=1.

Если мы сделаем это для всех 4 входных комбинаций, мы получим таблицу истинности ниже.

Исключающее ИЛИ Х Д З 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Рисунок 20: Таблица истинности для функции на рисунке 17 — функция известен как XOR.

Обратите внимание, что описанную выше процедуру можно использовать для определения таблицы истинности для любую логическую схему.

Из таблицы истинности на рис. 20 видно, что поведение схемы таково, что она выдает на выходе 1 , если оба входа не совпадают –т. е. когда любой из его входов равен 1 , но не оба . Этот функция называется эксклюзивной функцией или функцией (исключающее ИЛИ). На рисунке ниже показано символ, используемый для изображения функции XOR (или вентиля), показанной на рисунке 17. 

Рисунок 21: Символ вентиля XOR.

Можете ли вы угадать, сколько транзисторов потребуется, чтобы построить описанный выше вентиль исключающее ИЛИ?

Подводя итог, если мы возьмем транзисторы в качестве строительного блока, можно увидеть, как объединить несколько транзисторов для создания логических функций, таких как И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ и т.