PMOS і NMOS транзістары

Мікрапрацэсары пабудаваны з транзістараў. У прыватнасці, яны пабудаваны з МОП-транзістараў. MOS - гэта абрэвіятура ад Metal-Oxide Semiconductor. Ёсць два тыпу МОП-транзістараў: pMOS (станоўчы MOS) і nMOS (адмоўны MOS). Кожны pMOS і nMOS абсталяваны трыма асноўнымі кампанентамі: засаўкай, крыніцай і стокам.

Каб правільна зразумець, як працуюць pMOS і nMOS, важна спачатку вызначыць некаторыя тэрміны:

замкнёная ланцуг: гэта азначае, што электрычнасць цячэ ад варот да крыніцы.

разомкнутая ланцуг: гэта азначае, што электрычнасць не цячэ ад варот да крыніцы; а хутчэй, электрычнасць цячэ ад варот да каналізацыі.

Калі транзістар nMOS атрымлівае нязначнае напружанне, злучэнне ад крыніцы да стоку дзейнічае як провад. Электрычнасць будзе паступаць ад крыніцы ў каналізацыю бесперашкодна - гэта называецца замкнёным ланцугом. З іншага боку, калі транзістар nMOS атрымлівае напружанне каля 0 вольт, злучэнне ад крыніцы да стоку будзе парушана, і гэта называецца размыканнем ланцуга.

Прыклад транзістара nMOS

Транзістар p-тыпу працуе дакладна супраць транзістара n-тыпу. У той час як nMOS будзе ўтвараць замкнёную ланцуг з крыніцай, калі напружанне нязначнае, pMOS будзе ўтвараць незамкнутую ланцуг з крыніцай, калі напружанне нязначнае.

Прыклад pMOS-транзістара

Як вы можаце бачыць на малюнку pMOS-транзістара, паказаным вышэй, адзіная розніца паміж pMOS-транзістарам і nMOS-транзістарам - гэта маленькі круг паміж засаўкай і першай палоскай. Гэты круг інвертуе значэнне ад напружання; такім чынам, калі вароты пасылаюць напружанне, якое прадстаўляе значэнне 1, то інвертар зменіць 1 на 0 і прымусіць схему функцыянаваць адпаведна.

Паколькі pMOS і nMOS функцыянуюць супрацьлеглым чынам - у камплементарнай форме - калі мы аб'ядноўваем іх абодва ў адну гіганцкую MOS схему, гэта называецца схема cMOS, што азначае камплементарны паўправаднік з аксіду металу.

Выкарыстоўваючы схемы MOS

Мы можам аб'яднаць схемы pMOS і nMOS, каб пабудаваць больш складаныя структуры, якія называюцца GATES, больш канкрэтна: лагічныя вароты. Мы ўжо прадставілі паняцце гэтых лагічных функцый і звязаных з імі табліц ісціннасці ў папярэднім блогу, які вы можаце знайсці, націснуўшы тут.

Мы можам далучыць pMOS-транзістар, які падключаецца да крыніцы, і nMOS-транзістар, які падключаецца да зямлі. Гэта будзе наш першы прыклад cMOS-транзістара.

Прыклад варот НЕ

Гэты cMOS-транзістар дзейнічае падобным чынам да НЕлагічнай функцыі.

Давайце паглядзім на табліцу НЕ ісціны:

НЕ табліца ісціны

У табліцы ісціны НЕ кожнае ўваходнае значэнне: A інвертуецца. Што адбываецца з схемай вышэй?

Ну, давайце ўявім, што ўвод роўны 0.

0 прыходзіць і ідзе як уверх, так і ўніз па дроце як да pMOS (уверсе), так і да nMOS (унізе). Калі значэнне 0 дасягае pMOS, яно ператвараецца ў 1; такім чынам, злучэнне з крыніцай зачынена. Гэта дасць лагічнае значэнне 1, пакуль злучэнне з зазямленнем (дрэнаж) таксама не будзе зачынена. Ну, паколькі транзістары ўзаемадапаўняльныя, мы ведаем, што транзістар nMOS не будзе інвертаваць значэнне; такім чынам, ён прымае значэнне 0 як ёсць і, такім чынам, створыць разрыў ланцуга на зямлю (дрэнаж). Такім чынам, для варот атрымліваецца лагічнае значэнне 1.

Значэнне IN, роўнае 0, дае значэнне OUT роўнае 1

Што адбудзецца, калі 1 - гэта значэнне IN? Што ж, выконваючы тыя ж дзеянні, што і вышэй, значэнне 1 адпраўляецца як на pMOS, так і на nMOS. Калі значэнне прымаецца pMOS, значэнне ператвараецца ў 0; такім чынам, падключэнне да КРЫНІЦЫ адкрыта. Калі значэнне прымаецца nMOS, значэнне не інвертуецца; такім чынам, значэнне застаецца 1. Калі nMOS атрымлівае значэнне 1, злучэнне зачыняецца; такім чынам, злучэнне з зазямленнем зачынена. Гэта дасць лагічнае значэнне 0.

Значэнне IN, роўнае 1, дае значэнне OUT роўнае 0.

Злучэнне двух набораў уводу / вываду разам дае:

Табліца ісціны для брамы НЕ.

Зусім лёгка заўважыць, што гэтая табліца ісціннасці сапраўды такая ж, што і лагічная функцыя НЕ стварае. Такім чынам, гэта вядома як НЕ вароты.

Ці можам мы выкарыстоўваць гэтыя два простых транзістара для стварэння больш складаных канструкцый? Абсалютна! Далей мы пабудуем вароты NOR і OR вароты.

Прыклад брамы NOR

У гэтай схеме выкарыстоўваюцца два pMOS-транзістара ўверсе і два nMOS-транзістара ўнізе. Зноў жа, давайце паглядзім на ўваход у вароты, каб убачыць, як ён сябе паводзіць.

Калі A роўна 0, а B роўны 0, гэты варот інвертуе абодва значэння ў 1, калі яны дасягаюць pMOS-транзістараў; аднак, абодва транзістары nMOS будуць падтрымліваць значэнне 0. Гэта прывядзе да таго, што вароты атрымаюць значэнне 1.

Калі A роўна 0, а B роўны 1, гэты затвор будзе інвертаваць абодва значэння, калі яны дасягнуць pMOS-транзістараў; такім чынам, A зменіцца на 1 і B зменіцца на 0. Гэта не прывядзе да крыніцы; так як абодва транзістара патрабуюць замкнёнай ланцуга, каб падключыць уваход да крыніцы. nMOS-транзістары не інвертуюць значэння; такім чынам, nMOS, звязаны з A, дасць 0, а nMOS, звязаны з B, будзе вырабляць 1; такім чынам, nMOS, звязаны з B, будзе ствараць замкнёную ланцуг на зямлю. Гэта прывядзе вароты да атрымання значэння 0.

Калі A роўна 1, а B роўны 0, гэты затвор будзе інвертаваць абодва значэння, калі яны дасягнуць pMOS-транзістараў; такім чынам, A зменіцца на 0 і B зменіцца на 1. Гэта не прывядзе да крыніцы; так як абодва транзістара патрабуюць замкнёнай ланцуга, каб падключыць уваход да крыніцы. nMOS-транзістары не інвертуюць значэння; такім чынам, nMOS, звязаны з A, дасць 1, а nMOS, звязаны з B, будзе вырабляць 0; такім чынам, nMOS, звязаны з A, створыць замкнёную ланцуг на зямлю. Гэта прывядзе вароты да атрымання значэння 0.

Калі A роўна 1, а B роўны 1, гэты затвор будзе інвертаваць абодва значэння, калі яны дасягнуць pMOS-транзістараў; такім чынам, A зменіцца на 0 і B зменіцца на 0. Гэта не прывядзе да крыніцы; так як абодва транзістара патрабуюць замкнёнай ланцуга, каб падключыць уваход да крыніцы. nMOS-транзістары не інвертуюць значэння; такім чынам, nMOS, звязаны з A, дасць 1, а nMOS, звязаны з B, дасць 1; такім чынам, nMOS, звязаны з A, і nMOS, звязаны з B, створаць замкнёную ланцуг на зямлю. Гэта прывядзе вароты да атрымання значэння 0.

Такім чынам, табліца ісціны варот выглядае наступным чынам:

Выхад варот НІ.

Між тым, табліца ісціннасці лагічнай функцыі NOR выглядае наступным чынам:

Выхад лагічнай функцыі NOR.

Такім чынам, мы пацвердзілі, што гэты варот з'яўляецца варотам NOR, таму што ён падзяляе сваю табліцу ісціннасці з лагічнай функцыяй NOR.

Цяпер мы злучым абодва вароты, якія мы стварылі да гэтага часу, разам, каб стварыць вароты АБО. Памятайце, NOR азначае НЕ АБО; такім чынам, калі мы інвертуем ужо перавернуты вароты, мы вернем арыгінал. Давайце праверым гэта, каб убачыць гэта ў дзеянні.

Прыклад варот OR

Тое, што мы зрабілі, гэта тое, што мы ўзялі вароты NOR з раней і ўжылі вароты NOT да выхаду. Як мы паказалі вышэй, шлюз НЕ будзе прымаць значэнне 1 і выводзіць 0, а варот НЕ прымае значэнне 0 і выводзіць 1.

Гэта прыме значэнні варота NOR і ператворыць усе 0 у 1 і 1 у 0. Такім чынам, табліца ісціны будзе выглядаць наступным чынам:

Табліца ісціны варотаў НІ і варотаў АБО

Калі вы хочаце больш практыкавацца ў тэсціраванні гэтых варот, не саромейцеся апрабаваць вышэйпрыведзеныя значэнні і пераканайцеся, што вароты дае эквівалентныя вынікі!

Прыклад шлюза NAND

Я сцвярджаю, што гэта вароты NAND, але давайце праверым табліцу ісціны гэтага варота, каб вызначыць, ці сапраўды гэта вароты NAND.

Калі A роўны 0, а B роўны 0, pMOS A дасць 1, а nMOS A - 0; такім чынам, гэты шлюз будзе вырабляць лагічную 1, так як ён злучаны з крыніцай з замкнёным ланцугом і адлучаны ад зямлі пры разамкнутым ланцугу.

Калі A роўны 0, а B роўны 1, pMOS A дасць 1, а nMOS A - 0; такім чынам, гэты шлюз будзе вырабляць лагічную 1, так як ён злучаны з крыніцай з замкнёным ланцугом і адлучаны ад зямлі пры разамкнутым ланцугу.

Калі A роўны 1, а B роўны 0, pMOS B будзе даваць 1, а nMOS B - 0; такім чынам, гэты шлюз будзе вырабляць лагічную 1, так як ён злучаны з крыніцай з замкнёным ланцугом і адлучаны ад зямлі з разомкнутым ланцугом.

Калі A роўны 1, а B роўны 1, pMOS A дасць 0, а nMOS A будзе даваць 1; такім чынам, мы таксама павінны праверыць pMOS і nMOS B. pMOS B дасць 0, а nMOS B - 1; такім чынам, гэты шлюз будзе вырабляць лагічны 0, так як ён адключаны ад крыніцы пры разамкнутай ланцугу і злучаны з зазямленнем па замкнёнай схеме.

Табліца ісціны выглядае наступным чынам:

Прыведзеная вышэй табліца ісціны варот.

Між тым, табліца ісціннасці лагічнай функцыі NAND выглядае наступным чынам:

Такім чынам, мы пераканаліся, што гэта сапраўды шлюз NAND.

Цяпер, як мы пабудуем вароты І? Што ж, мы пабудуем вароты І так жа, як мы пабудавалі вароты АБО з брамы НІ! Далучаем інвертар!

Прыклад варот І

Паколькі ўсё, што мы зрабілі, гэта прымянілі функцыю НЕ да вываду варот NAND, табліца ісціны будзе выглядаць так:

Поўная табліца ісціны AND і NAND

Зноў жа, калі ласка, праверце, каб пераканацца, што тое, што я вам кажу, праўда.

Сёння мы разгледзелі, што такое pMOS і nMOS транзістары, а таксама як выкарыстоўваць іх для стварэння больш складаных структур! Спадзяюся, вы знайшлі гэты блог інфарматыўным. Калі вы хочаце прачытаць мае папярэднія блогі, вы знойдзеце спіс ніжэй.

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў