ПМОС и НМОС транзистори

Микропроцесори су изграђени од транзистора. Конкретно, они су направљени од МОС транзистора. МОС је акроним за Метал-Окиде Семицондуцтор. Постоје две врсте МОС транзистора: пМОС (позитивни МОС) и нМОС (негативни МОС). Сваки пМОС и нМОС долази опремљен са три главне компоненте: капија, извор и одвод.

Да бисте правилно разумели како пМОС и нМОС функционишу, важно је прво дефинисати неке појмове:

затворено коло: То значи да струја тече од капије до извора.

отворени круг: То значи да струја не тече од капије до извора; већ струја тече од капије до одвода.

Када нМОС транзистор прими напон који није занемарљив, веза између извора и одвода делује као жица. Струја ће тећи од извора до одвода неспутано - ово се назива затвореним кругом. С друге стране, када нМОС транзистор прими напон од око 0 волти, веза између извора и одвода ће бити прекинута и то се назива отвореним кругом.

Пример нМОС транзистора

Транзистор п-типа ради потпуно супротно од транзистора н-типа. Док ће нМОС формирати затворено коло са извором када напон није занемарљив, пМОС ће формирати отворени круг са извором када напон није занемарљив.

Пример пМОС транзистора

Као што можете видети на слици пМОС транзистора приказаном изнад, једина разлика између пМОС транзистора и нМОС транзистора је мали круг између капије и прве шипке. Овај круг инвертује вредност од напона; тако да, ако капија шаље напон репрезентативан за вредност од 1, онда ће претварач променити 1 у 0 и проузроковати да коло функционише у складу са тим.

Пошто пМОС и нМОС функционишу на супротан начин - на комплементаран начин - када их комбинујемо у једно огромно МОС коло, то се зове цМОС коло, што је скраћеница за комплементарни метал-оксидни полупроводник.

Коришћење МОС кола

Можемо комбиновати пМОС и нМОС кола да бисмо изградили сложеније структуре зване ГАТЕС, тачније: логичке капије. Већ смо представили концепт ових логичких функција и њихових повезаних табела истинитости у претходном блогу, који можете пронаћи кликом на ovde.

Можемо прикључити пМОС транзистор који се повезује са извором и нМОС транзистор који се повезује са земљом. Ово ће бити наш први пример цМОС транзистора.

Пример капије НЕ

Овај цМОС транзистор делује на начин сличан НОТ логичкој функцији.

Хајде да погледамо табелу истине НЕ:

НЕ табела истине

У табели истинитости НЕ, свака улазна вредност: А је инвертована. Шта се дешава са горњим кругом?

Па, замислимо да је унос 0.

0 долази и иде горе и доле по жици и до пМОС (горе) и нМОС (доле). Када вредност 0 достигне пМОС, она се инвертује у 1; па је веза са извором затворена. Ово ће произвести логичку вредност од 1 све док веза са уземљењем (одвод) није такође затворена. Па, пошто су транзистори комплементарни, знамо да нМОС транзистор неће инвертовати вредност; дакле, он узима вредност 0 онакву каква јесте и створиће - дакле - отворено коло до земље (одвод). Тако се производи логичка вредност 1 за капију.

Вредност ИН од 0 производи вредност ОУТ од 1

Шта се дешава ако је 1 ИН вредност? Па, пратећи исте кораке као горе, вредност 1 се шаље и на пМОС и на нМОС. Када пМОС прими вредност, вредност се инвертује у 0; тиме је веза са ИЗВОРИМ отворена. Када нМОС прими вредност, вредност се не инвертује; тако, вредност остаје 1. Када нМОС прими вредност од 1, веза се затвара; па је веза са земљом затворена. Ово ће произвести логичку вредност од 0.

Вредност ИН од 1 производи вредност ОУТ од 0.

Стављањем два скупа улаза/излаза заједно добијате:

Табела истине за НЕ капију.

Лако је видети да је ова табела истинитости потпуно иста као она коју логичка функција НЕ производи. Дакле, ово је познато као НЕ капија.

Можемо ли користити ова два једноставна транзистора да направимо компликованије структуре? Апсолутно! Затим ћемо изградити НОР капију и ОР капију.

Пример НОР капије

Ово коло користи два пМОС транзистора на врху и два нМОС транзистора на дну. Опет, погледајмо улаз у капију да видимо како се понаша.

Када је А 0 и Б 0, ова капија ће инвертовати обе вредности у 1 када стигну до пМОС транзистора; међутим, нМОС транзистори ће оба задржати вредност 0. Ово ће довести до тога да капија произведе вредност од 1.

Када је А 0, а Б 1, ова капија ће инвертовати обе вредности када стигну до пМОС транзистора; дакле, А ће се променити у 1 и Б ће се променити у 0. Ово неће довести до извора; пошто оба транзистора захтевају затворено коло да би се повезао улаз са извором. нМОС транзистори не инвертују вредности; тако да ће нМОС повезан са А произвести 0, а нМОС повезан са Б ће произвести 1; тако ће нМОС повезан са Б произвести затворено коло према земљи. Ово ће довести до тога да капија произведе вредност од 0.

Када је А 1 и Б 0, ова капија ће инвертовати обе вредности када стигну до пМОС транзистора; дакле, А ће се променити у 0, а Б ће се променити у 1. Ово неће довести до извора; пошто оба транзистора захтевају затворено коло да би се повезао улаз са извором. нМОС транзистори не инвертују вредности; тако да ће нМОС повезан са А произвести 1, а нМОС повезан са Б ће произвести 0; тако, нМОС повезан са Авилл-ом производи затворено коло према земљи. Ово ће довести до тога да капија произведе вредност од 0.

Када је А 1, а Б 1, ова капија ће инвертовати обе вредности када стигну до пМОС транзистора; дакле, А ће се променити у 0, а Б ће се променити у 0. Ово неће довести до извора; пошто оба транзистора захтевају затворено коло да би се повезао улаз са извором. нМОС транзистори не инвертују вредности; тако да ће нМОС повезан са А произвести 1, а нМОС повезан са Б ће произвести 1; тако, нМОС повезан са А и нМОС повезан са Б ће произвести затворено коло према земљи. Ово ће довести до тога да капија произведе вредност од 0.

Дакле, табела истинитости капије је следећа:

Излаз НОР капије.

У међувремену, табела истинитости логичке функције НОР је следећа:

Излаз логичке функције НОР.

Тако смо потврдили да је ова капија НОР капија јер дели своју табелу истинитости са НОР логичком функцијом.

Сада ћемо спојити обе капије, које смо до сада креирали, да бисмо произвели капију ИЛИ. Запамтите, НОР значи НЕ ИЛИ; па, ако инвертујемо већ обрнуту капију, вратићемо оригинал. Хајде да ово ставимо на тест да бисмо то видели на делу.

Пример капије ИЛИ

Оно што смо урадили овде је да смо узели НОР капију од раније и применили НЕ капију на излаз. Као што смо показали изнад, НОТ капија ће узети вредност 1 и дати 0, а НОТ капија ће узети вредност 0 и дати 1.

Ово ће узети вредности НОР капије и претворити све 0 у 1 и 1 у 0. Дакле, табела истинитости ће бити следећа:

Табела истинитости капије НОР и капије ОР

Ако желите више вежбања у тестирању ових капија, слободно испробајте горе наведене вредности и уверите се да капија даје еквивалентне резултате!

Пример НАНД капије

Тврдим да је ово НАНД капија, али хајде да тестирамо табелу истинитости ове капије да утврдимо да ли је заиста НАНД капија.

Када је А 0, а Б 0, А-ов пМОС ће произвести 1, а А-ов нМОС ће произвести 0; тако ће ова капија произвести логичку 1 пошто је повезана са извором са затвореним колом и искључена са земље са отвореним колом.

Када је А 0, а Б 1, А-ов пМОС ће произвести 1, а А-ов нМОС ће произвести 0; тако ће ова капија произвести логичку 1 пошто је повезана са извором са затвореним колом и искључена са земље са отвореним колом.

Када је А 1, а Б 0, Б-ов пМОС ће произвести 1, а Б-ов нМОС ће произвести 0; тако, ова капија ће произвести логичку 1 пошто је повезана са извором са затвореним колом и искључена са земље са отвореним колом.

Када је А 1, а Б 1, А-ов пМОС ће произвести 0, а А-ов нМОС ће произвести 1; тако да морамо проверити и Б-ове пМОС и нМОС. Б-ов пМОС ће произвести 0, а Б-ов нМОС ће произвести 1; тако, ова капија ће произвести логичку 0 пошто је искључена са извора са отвореним кругом и повезана са земљом са затвореним колом.

Табела истине је следећа:

Табела истине горње капије.

У међувремену, табела истинитости НАНД логичке функције је следећа:

Тако смо потврдили да је ово, заиста, НАНД капија.

Сада, како да направимо И капију? Па, направићемо капију И на исти начин као што смо направили капију ИЛИ од капије НОР! Прикачићемо инвертер!

Пример капије И

Пошто смо све што смо урадили применили функцију НОТ на излаз НАНД капије, табела истинитости ће изгледати овако:

Потпуна табела истине за И и НАНД

Још једном, молимо вас да проверите да бисте били сигурни да је оно што вам говорим истина.

Данас смо покрили шта су пМОС и нМОС транзистори, као и како их користити за изградњу сложенијих структура! Надам се да вам је овај блог информативан. Ако желите да читате моје претходне блогове, наћи ћете листу испод.

Остави поруку 

Листа порука