PMOS- en NMOS-transistoren

Microprocessors zijn opgebouwd uit transistoren. In het bijzonder zijn ze opgebouwd uit MOS-transistoren. MOS is een acroniem voor Metal Oxide Semiconductor. Er zijn twee soorten MOS-transistoren: pMOS (positieve-MOS) en nMOS (negatieve-MOS). Elke pMOS en nMOS is uitgerust met drie hoofdcomponenten: de poort, de bron en de afvoer.

Om goed te begrijpen hoe een pMOS en een nMOS werken, is het belangrijk om eerst enkele termen te definiëren:

gesloten circuit: Dit betekent dat de elektriciteit van de poort naar de bron stroomt.

open circuit: Dit betekent dat de elektriciteit niet van de poort naar de bron stroomt; maar er stroomt eerder elektriciteit van de poort naar de afvoer.

Wanneer een nMOS-transistor een niet te verwaarlozen spanning ontvangt, werkt de verbinding van de source naar de drain als een draad. Elektriciteit zal ongeremd van de bron naar de afvoer stromen - dit wordt een gesloten circuit genoemd. Aan de andere kant, wanneer een nMOS-transistor een spanning van ongeveer 0 volt ontvangt, wordt de verbinding van de source naar de drain verbroken en dit wordt een open circuit genoemd.

Voorbeeld van een nMOS-transistor

De p-type transistor werkt precies tegengesteld aan de n-type transistor. Terwijl de nMOS een gesloten circuit vormt met de bron wanneer de spanning niet te verwaarlozen is, zal de pMOS een open circuit vormen met de bron wanneer de spanning niet te verwaarlozen is.

Voorbeeld van een pMOS-transistor

Zoals je kunt zien in de afbeelding van de pMOS-transistor hierboven, is het enige verschil tussen een pMOS-transistor en een nMOS-transistor de kleine cirkel tussen de poort en de eerste balk. Deze cirkel keert de waarde van de spanning om; dus als de poort een spanning verzendt die representatief is voor een waarde van 1, dan zal de omvormer de 1 veranderen in een 0 en ervoor zorgen dat het circuit overeenkomstig functioneert.

Omdat pMOS en nMOS op een tegengestelde manier functioneren - op een complementaire manier - wanneer we beide combineren in één gigantisch MOS-circuit, wordt het een cMOS-circuit genoemd, wat staat voor complementaire metaaloxide-halfgeleider.

De MOS-circuits gebruiken

We kunnen pMOS- en nMOS-circuits combineren om complexere structuren te bouwen die GATES worden genoemd, meer specifiek: logische poorten. We hebben het concept van deze logische functies en de bijbehorende waarheidstabellen al geïntroduceerd in de vorige blog, die u kunt vinden door te klikken op hier.

We kunnen een pMOS-transistor aansluiten die verbinding maakt met de bron en een nMOS-transistor die verbinding maakt met de grond. Dit wordt ons eerste voorbeeld van een cMOS-transistor.

Voorbeeld van een NIET-poort

Deze cMOS-transistor werkt op een manier die vergelijkbaar is met de NIET-logische functie.

Laten we eens kijken naar de NIET-waarheidstabel:

GEEN waarheidstabel

In de NOT-waarheidstabel wordt elke invoerwaarde: A omgekeerd. Wat gebeurt er met bovenstaande schakeling?

Laten we ons voorstellen dat de invoer een 0 is.

De 0 komt binnen en gaat zowel omhoog als omlaag langs de draad naar zowel de pMOS (boven) als de nMOS (onder). Wanneer de waarde 0 de pMOS bereikt, wordt deze omgekeerd naar een 1; dus de verbinding met de bron is gesloten. Dit levert een logische waarde van 1 op, zolang de verbinding met de grond (afvoer) niet ook is afgesloten. Welnu, aangezien de transistors complementair zijn, weten we dat de nMOS-transistor de waarde niet zal inverteren; dus het neemt de waarde 0 zoals het is en zal - daarom - een open circuit naar de grond creëren (afvoer). Zo wordt een logische waarde van 1 geproduceerd voor de poort.

Een IN-waarde van 0 levert een OUT-waarde van 1 . op

Wat gebeurt er als een 1 de IN-waarde is? Welnu, door dezelfde stappen te volgen als hierboven, wordt de waarde 1 verzonden naar zowel de pMOS als de nMOS. Wanneer de waarde wordt ontvangen door de pMOS, wordt de waarde omgekeerd naar een 0; dus de verbinding met de SOURCE is open. Wanneer de waarde wordt ontvangen door de nMOS, wordt de waarde niet omgekeerd; de waarde blijft dus een 1. Wanneer een waarde van 1 wordt ontvangen door de nMOS, wordt de verbinding gesloten; dus de verbinding met de grond is gesloten. Dit levert een logische waarde van 0 op.

Een IN-waarde van 1 levert een OUT-waarde van 0 op.

Het samenvoegen van de twee sets input/output levert:

De waarheidstabel voor een NIET-poort.

Het is vrij gemakkelijk in te zien dat deze waarheidstabel exact dezelfde is als die welke de logische functie NOT produceert. Dit staat dus bekend als een NIET-poort.

Kunnen we deze twee eenvoudige transistoren gebruiken om meer gecompliceerde structuren te maken? Absoluut! Vervolgens bouwen we een NOR-poort en een OF-poort.

Een voorbeeld van een NOR-poort

Deze schakeling maakt gebruik van twee pMOS-transistoren aan de bovenkant en twee nMOS-transistoren aan de onderkant. Nogmaals, laten we eens kijken naar de invoer van de poort om te zien hoe deze zich gedraagt.

Wanneer A 0 is en B 0 is, zal deze poort beide waarden omkeren naar een 1 wanneer ze de pMOS-transistoren bereiken; de nMOS-transistoren behouden echter beide de waarde 0. Dit zal ertoe leiden dat de poort een waarde van 1 produceert.

Wanneer A 0 is en B 1 is, zal deze poort beide waarden omkeren wanneer ze de pMOS-transistors bereiken; dus A verandert in 1 en B verandert in 0. Dit leidt niet naar de bron; omdat beide transistoren een gesloten circuit nodig hebben om de ingang met de bron te verbinden. De nMOS-transistors keren de waarden niet om; dus de nMOS geassocieerd met A zal een 0 produceren, en de nMOS geassocieerd met B zal een 1 produceren; dus de nMOS geassocieerd met B zal een gesloten circuit naar de grond produceren. Dit zal ertoe leiden dat de poort een waarde van 0 produceert.

Wanneer A 1 is en B 0 is, zal deze poort beide waarden omkeren wanneer ze de pMOS-transistors bereiken; dus A verandert in 0 en B verandert in 1. Dit leidt niet naar de bron; omdat beide transistoren een gesloten circuit nodig hebben om de ingang met de bron te verbinden. De nMOS-transistors keren de waarden niet om; dus de nMOS geassocieerd met A zal een 1 produceren en de nMOS geassocieerd met B zal een 0 produceren; dus de nMOS geassocieerd met Awill produceren een gesloten circuit naar de grond. Dit zal ertoe leiden dat de poort een waarde van 0 produceert.

Wanneer A 1 is en B 1 is, zal deze poort beide waarden omkeren wanneer ze de pMOS-transistors bereiken; dus A zal veranderen in 0 en B zal veranderen in 0. Dit zal niet leiden tot source; omdat beide transistoren een gesloten circuit nodig hebben om de ingang met de bron te verbinden. De nMOS-transistors keren de waarden niet om; dus de nMOS geassocieerd met A zal een 1 produceren en de nMOS geassocieerd met B zal een 1 produceren; dus de nMOS geassocieerd met A en de nMOS geassocieerd met B zullen een gesloten circuit naar de grond produceren. Dit zal ertoe leiden dat de poort een waarde van 0 produceert.

De waarheidstabel van de poort is dus als volgt:

De uitgang van de NOR-poort.

Ondertussen is de waarheidstabel van de NOR logische functie als volgt:

De uitvoer van de NOR-logische functie.

We hebben dus bevestigd dat deze poort een NOR-poort is omdat deze zijn waarheidstabel deelt met de logische NOR-functie.

Nu zullen we beide poorten, die we tot nu toe hebben gemaakt, samenvoegen om een ​​OF-poort te produceren. Onthoud dat NOR staat voor NOT OR; dus als we een reeds geïnverteerde poort omkeren, krijgen we de originele terug. Laten we dit op de proef stellen om het in actie te zien.

Voorbeeld van een OF-poort

Wat we hier hebben gedaan, is dat we de NOR-poort van eerder hebben genomen en een NIET-poort op de uitvoer hebben toegepast. Zoals we hierboven hebben aangetoond, zal de NIET-poort de waarde 1 aannemen en een 0 uitvoeren, en de NIET-poort een waarde van 0 aannemen en een 1 uitvoeren.

Dit neemt de waarden van de NOR-poort en converteert alle nullen naar 0s en 1s naar nullen. De waarheidstabel ziet er dus als volgt uit:

Waarheidstabel van een NOR-poort en een OF-poort

Als je meer wilt oefenen met het testen van deze poorten, voel je dan vrij om de bovenstaande waarden zelf uit te proberen en te zien dat de poort gelijkwaardige resultaten oplevert!

Voorbeeld van een NAND-poort

Ik beweer dat dit een NAND-poort is, maar laten we de waarheidstabel van deze poort testen om te bepalen of het echt een NAND-poort is.

Wanneer A 0 is en B 0 is, zal de pMOS van A een 1 produceren en zal de nMOS van A een 0 produceren; deze poort zal dus een logische 1 produceren, omdat deze is verbonden met de bron met een gesloten circuit en is losgekoppeld van de grond met een open circuit.

Wanneer A 0 is en B 1 is, zal de pMOS van A een 1 produceren en zal de nMOS van A een 0 produceren; deze poort zal dus een logische 1 produceren, omdat deze is verbonden met de bron met een gesloten circuit en is losgekoppeld van de grond met een open circuit.

Wanneer A 1 is en B 0 is, zal de pMOS van B een 1 produceren en zal de nMOS van B een 0 produceren; deze poort zal dus een logische 1 produceren, omdat deze is verbonden met de bron met een gesloten circuit en is losgekoppeld van de grond met een open circuit.

Wanneer A 1 is en B 1 is, zal de pMOS van A een 0 produceren en zal de nMOS van A een 1 produceren; dus we moeten ook de pMOS en nMOS van B controleren. B's pMOS zal een 0 produceren, en B's nMOS zal een 1 produceren; deze poort zal dus een logische 0 produceren omdat deze is losgekoppeld van de bron met een open circuit en verbonden met de grond met een gesloten circuit.

De waarheidstabel is als volgt:

De waarheidstabel van de bovenstaande poort.

Ondertussen is de waarheidstabel van de NAND logische functie als volgt:

We hebben dus geverifieerd dat dit inderdaad een NAND-poort is.

Hoe bouwen we nu een EN-poort? Welnu, we zullen een EN-poort bouwen op precies dezelfde manier waarop we een OF-poort van een NOR-poort hebben gebouwd! We gaan een omvormer aansluiten!

Voorbeeld van een EN-poort

Aangezien alles wat we hebben gedaan een NOT-functie is toegepast op de uitvoer van een NAND-poort, ziet de waarheidstabel er als volgt uit:

Volledige waarheidstabel van AND en NAND

Nogmaals, controleer alstublieft om er zeker van te zijn dat wat ik u vertel de waarheid is.

Vandaag hebben we besproken wat pMOS- en nMOS-transistors zijn en hoe we ze kunnen gebruiken om complexere structuren te bouwen! Ik hoop dat je deze blog informatief vond. Mocht je mijn eerdere blogs willen lezen, dan vind je de lijst hieronder.

Laat een bericht achter 

Message List