ریزپردازنده ها از ترانزیستور ساخته شده اند. به طور خاص، آنها از ترانزیستورهای MOS ساخته شده اند. MOS مخفف Metal-Oxide Semiconductor است. دو نوع ترانزیستور MOS وجود دارد: pMOS (MOS مثبت) و nMOS (MOS منفی). هر pMOS و nMOS مجهز به سه جزء اصلی است: دروازه، منبع، و تخلیه.

برای درک صحیح نحوه عملکرد pMOS و nMOS، ابتدا باید چند اصطلاح را تعریف کنیم:

مدار بسته: به این معنی است که برق از دروازه به منبع جریان دارد.

مدار باز: این بدان معناست که برق از دروازه به منبع جریان ندارد. بلکه برق از دروازه به سمت زهکشی جریان دارد.

هنگامی که یک ترانزیستور nMOS یک ولتاژ غیر قابل اغماض دریافت می کند، اتصال از منبع به تخلیه به عنوان یک سیم عمل می کند. الکتریسیته بدون ممانعت از منبع به سمت تخلیه جریان می یابد - به این یک مدار بسته می گویند. از طرف دیگر، هنگامی که یک ترانزیستور nMOS ولتاژی در حدود 0 ولت دریافت می کند، اتصال منبع به تخلیه قطع می شود و به آن مدار باز می گویند.

نمونه ای از ترانزیستور nMOS

ترانزیستور نوع p دقیقا برخلاف ترانزیستور نوع n عمل می کند. در حالی که nMOS یک مدار بسته با منبع تشکیل می دهد که ولتاژ ناچیز باشد، pMOS یک مدار باز با منبع زمانی که ولتاژ ناچیز باشد تشکیل می دهد.

نمونه ای از ترانزیستور pMOS

همانطور که در تصویر ترانزیستور pMOS نشان داده شده در بالا مشاهده می کنید، تنها تفاوت بین یک ترانزیستور pMOS و یک ترانزیستور nMOS، دایره کوچک بین گیت و اولین میله است. این دایره مقدار ولتاژ را معکوس می کند. بنابراین، اگر گیت نماینده ولتاژی با مقدار 1 ارسال کند، اینورتر 1 را به 0 تغییر می دهد و باعث می شود مدار مطابق با آن عمل کند.

از آنجایی که pMOS و nMOS برعکس عمل می کنند - به صورت مکمل - وقتی هر دو را در یک مدار MOS غول پیکر ترکیب می کنیم، مدار cMOS نامیده می شود که مخفف نیمه هادی اکسید فلزی مکمل است.

استفاده از مدارهای MOS

ما می‌توانیم مدارهای pMOS و nMOS را با هم ترکیب کنیم تا ساختارهای پیچیده‌تری به نام GATE بسازیم، به طور خاص: گیت‌های منطقی. ما قبلاً مفهوم این توابع منطقی و جداول صدق مرتبط با آنها را در وبلاگ قبلی معرفی کرده ایم که می توانید با کلیک روی آنها بیابید. اینجا کلیک نمایید.

ما می توانیم یک ترانزیستور pMOS که به منبع وصل می شود و یک ترانزیستور nMOS که به زمین متصل می شود وصل کنیم. این اولین نمونه ما از ترانزیستور cMOS خواهد بود.

نمونه ای از دروازه NOT

این ترانزیستور cMOS به شیوه ای مشابه تابع منطقی NOT عمل می کند.

بیایید نگاهی به جدول حقیقت NOT بیندازیم:

جدول حقیقت نیست

در جدول حقیقت NOT، هر مقدار ورودی: A معکوس است. با مدار بالا چه اتفاقی می افتد؟

خوب، بیایید تصور کنیم ورودی 0 باشد.

0 وارد می شود و از سیم بالا و پایین می رود و به pMOS (بالا) و nMOS (پایین) می رسد. وقتی مقدار 0 به pMOS می رسد، به 1 وارونه می شود. بنابراین، اتصال به منبع بسته است. این مقدار منطقی 1 را تولید می کند تا زمانی که اتصال به زمین (زهکشی) نیز بسته نباشد. خوب، از آنجایی که ترانزیستورها مکمل یکدیگر هستند، می دانیم که ترانزیستور nMOS مقدار را معکوس نمی کند. بنابراین، مقدار 0 را همانطور که هست می گیرد و - بنابراین - یک مدار باز به زمین (درن) ایجاد می کند. بنابراین، مقدار منطقی 1 برای دروازه تولید می شود.

مقدار IN 0 مقدار OUT 1 را تولید می کند

اگر 1 مقدار IN باشد چه اتفاقی می افتد؟ خوب، با دنبال کردن همان مراحل بالا، مقدار 1 هم به pMOS و هم به nMOS ارسال می شود. هنگامی که مقدار توسط pMOS دریافت می شود، مقدار به 0 معکوس می شود. بنابراین، اتصال به SOURCE باز است. هنگامی که مقدار توسط nMOS دریافت می شود، مقدار معکوس نمی شود. بنابراین، مقدار 1 باقی می ماند. هنگامی که مقدار 1 توسط nMOS دریافت می شود، اتصال بسته می شود. بنابراین، اتصال به زمین بسته است. این مقدار منطقی 0 را تولید می کند.

مقدار IN 1 مقدار OUT 0 را تولید می کند.

از کنار هم قرار دادن دو مجموعه ورودی/خروجی به دست می آید:

جدول حقیقت برای یک دروازه NOT.

به راحتی می توان فهمید که این جدول حقیقت دقیقاً همان چیزی است که تابع منطقی NOT تولید می کند. بنابراین، این به عنوان دروازه NOT شناخته می شود.

آیا می توانیم از این دو ترانزیستور ساده برای ساختن ساختارهای پیچیده تر استفاده کنیم؟ کاملا! بعد، یک دروازه NOR و یک دروازه OR می سازیم.

نمونه ای از دروازه NOR

این مدار از دو ترانزیستور pMOS در بالا و دو ترانزیستور nMOS در پایین استفاده می کند. بیایید دوباره به ورودی دروازه نگاه کنیم تا ببینیم چگونه رفتار می کند.

هنگامی که A 0 و B 0 است، این گیت هر دو مقدار را با رسیدن به ترانزیستور pMOS به 1 معکوس می کند. با این حال، ترانزیستورهای nMOS هر دو مقدار 0 را حفظ می کنند. این باعث می شود که گیت مقدار 1 را تولید کند.

وقتی A 0 و B 1 باشد، این گیت وقتی به ترانزیستورهای pMOS می رسند، هر دو مقدار را معکوس می کند. بنابراین، A به 1 و B به 0 تغییر می کند. این به منبع منجر نمی شود. زیرا هر دو ترانزیستور برای اتصال ورودی به منبع به مدار بسته نیاز دارند. ترانزیستورهای nMOS مقادیر را معکوس نمی کنند. بنابراین، nMOS مرتبط با A یک عدد 0 و nMOS مرتبط با B یک عدد 1 تولید می کند. بنابراین، nMOS مرتبط با B یک مدار بسته به زمین تولید می کند. این باعث می شود که گیت مقدار 0 را تولید کند.

وقتی A 1 و B 0 است، این گیت هر دو مقدار را با رسیدن به ترانزیستور pMOS معکوس می کند. بنابراین، A به 0 و B به 1 تغییر می کند. این به منبع منجر نمی شود. زیرا هر دو ترانزیستور برای اتصال ورودی به منبع به مدار بسته نیاز دارند. ترانزیستورهای nMOS مقادیر را معکوس نمی کنند. بنابراین، nMOS مرتبط با A یک عدد 1 و nMOS مرتبط با B یک عدد 0 تولید خواهد کرد. بنابراین، nMOS مرتبط با Awill یک مدار بسته به زمین ایجاد می کند. این باعث می شود که گیت مقدار 0 را تولید کند.

هنگامی که A 1 و B 1 است، این گیت هر دو مقدار را با رسیدن به ترانزیستور pMOS معکوس می کند. بنابراین، A به 0 و B به 0 تغییر می کند. این منجر به منبع نمی شود. زیرا هر دو ترانزیستور برای اتصال ورودی به منبع به مدار بسته نیاز دارند. ترانزیستورهای nMOS مقادیر را معکوس نمی کنند. بنابراین، nMOS مرتبط با A یک عدد 1 و nMOS مرتبط با B یک عدد 1 تولید می کند. بنابراین، nMOS مرتبط با A و nMOS مرتبط با B یک مدار بسته به زمین تولید می کنند. این باعث می شود که گیت مقدار 0 را تولید کند.

بنابراین، جدول حقیقت دروازه به شرح زیر است:

خروجی دروازه NOR.

در همین حال، جدول صدق تابع منطقی NOR به شرح زیر است:

خروجی تابع منطقی NOR.

بنابراین، ما تأیید کرده‌ایم که این دروازه یک دروازه NOR است زیرا جدول حقیقت خود را با تابع منطقی NOR به اشتراک می‌گذارد.

اکنون، هر دو دروازه‌ای را که تا کنون ایجاد کرده‌ایم، کنار هم قرار می‌دهیم تا یک دروازه OR تولید کنیم. به یاد داشته باشید، NOR مخفف NOT OR است. بنابراین، اگر یک گیت از قبل معکوس شده را معکوس کنیم، نسخه اصلی را برمی گردانیم. بیایید این را آزمایش کنیم تا در عمل آن را ببینیم.

نمونه ای از دروازه OR

کاری که ما در اینجا انجام دادیم این است که گیت NOR را از قبل گرفته ایم و یک گیت NOT را در خروجی اعمال کرده ایم. همانطور که در بالا نشان دادیم، دروازه NOT مقدار 1 را می گیرد و 0 را خروجی می دهد، و دروازه NOT مقدار 0 را دریافت می کند و خروجی 1 را می دهد.

این مقادیر دروازه NOR را می گیرد و همه 0 ها را به 1 و 1 ها را به 0 تبدیل می کند. بنابراین جدول صدق به صورت زیر خواهد بود:

جدول حقیقت یک دروازه NOR و یک دروازه OR

اگر می‌خواهید تمرین بیشتری برای آزمایش این گیت‌ها داشته باشید، با خیال راحت مقادیر بالا را برای خودتان امتحان کنید و ببینید که گیت نتایج مشابهی را ایجاد می‌کند!

نمونه ای از گیت NAND

من ادعا می کنم که این یک دروازه NAND است، اما بیایید جدول حقیقت این گیت را آزمایش کنیم تا مشخص کنیم که آیا واقعاً یک دروازه NAND است یا خیر.

وقتی A 0 و B 0 باشد، pMOS A یک 1 و nMOS A یک 0 تولید می کند. بنابراین، این گیت از آنجایی که با مدار بسته به منبع متصل است و با مدار باز از زمین جدا می شود، یک 1 منطقی تولید می کند.

وقتی A 0 و B 1 باشد، pMOS A یک 1 و nMOS A یک 0 تولید می کند. بنابراین، این گیت از آنجایی که با مدار بسته به منبع متصل است و با مدار باز از زمین جدا می شود، یک 1 منطقی تولید می کند.

وقتی A 1 و B 0 باشد، pMOS B یک 1 و nMOS B یک 0 تولید می کند. بنابراین، این گیت از آنجایی که با مدار بسته به منبع متصل است و با مدار باز از زمین جدا می شود، یک 1 منطقی تولید می کند.

وقتی A 1 و B 1 باشد، pMOS A یک 0 و nMOS A یک 1 تولید می کند. بنابراین، ما باید pMOS و nMOS B را نیز بررسی کنیم. pMOS B یک عدد 0 و nMOS B یک عدد 1 تولید می کند. بنابراین، این گیت یک 0 منطقی تولید می کند زیرا با مدار باز از منبع جدا شده و با مدار بسته به زمین متصل می شود.

جدول حقیقت به شرح زیر است:

جدول حقیقت دروازه بالا.

در همین حال، جدول صدق تابع منطقی NAND به شرح زیر است:

بنابراین، ما تأیید کردیم که این در واقع یک دروازه NAND است.

حال، چگونه یک دروازه AND بسازیم؟ خوب، ما یک دروازه AND درست به همان روشی که یک دروازه OR از یک دروازه NOR ساختیم، خواهیم ساخت! ما یک اینورتر وصل می کنیم!

نمونه ای از دروازه AND

از آنجایی که تمام کارهایی که انجام داده‌ایم یک تابع NOT به خروجی یک گیت NAND اعمال می‌شود، جدول حقیقت به شکل زیر خواهد بود:

جدول حقیقت کامل AND و NAND

مجدداً لطفاً بررسی کنید تا مطمئن شوید آنچه به شما می گویم حقیقت دارد.

امروز، ما به چیستی ترانزیستورهای pMOS و nMOS و همچنین نحوه استفاده از آنها برای ساخت ساختارهای پیچیده تر پرداختیم! امیدوارم این وبلاگ برای شما مفید بوده باشد. اگر دوست دارید وبلاگ های قبلی من را بخوانید، لیست زیر را خواهید یافت.

قبلی:حالت های خرابی دیود زنر - تفاوت بین دیود باز و دیود کوتاه یا کوتاه

بعد:مبانی: سیگنال دهی تک پایانی و دیفرانسیل

ترک یک پیام

فهرست پیام

نظرات در حال بارگذاری ...