تصميم بوابة وبوابة باستخدام الترانزستورات

كما يعرف الكثير منا ، فإن الدوائر المتكاملة أو الدائرة المتكاملة هي مزيج من العديد من الدوائر الصغيرة في حزمة صغيرة تؤدي معًا مهمة كومان. مثل مكبر الصوت التشغيلي أو 555 Timer IC ، تم تصميمه من خلال مجموعة من العديد من الترانزستورات و Flip-Flops و Logic Gates وغيرها من الدوائر الرقمية التوافقية. وبالمثل ، يمكن بناء Flip-Flop باستخدام مجموعة من البوابات المنطقية ويمكن بناء Logic Gates نفسها باستخدام عدد قليل من الترانزستورات.

البوابات المنطقية هي أساسيات العديد من الدوائر الإلكترونية الرقمية. من Flip-Flops الأساسي إلى Microcontrollers تشكل البوابات المنطقية المبدأ الأساسي لكيفية تخزين البتات ومعالجتها. يذكرون العلاقة بين كل مدخلات ومخرجات لنظام ما باستخدام المنطق الحسابي. هناك أنواع مختلفة من البوابات المنطقية ولكل منها منطق مختلف يمكن استخدامه لأغراض مختلفة. لكن التركيز في هذه المقالة سيكون على AND Gate لأننا لاحقًا سنبني بوابة AND باستخدام دائرة ترانزستور BJT. مثير أليس كذلك؟ هيا بنا نبدأ.

و بوابة المنطق

البوابة المنطقية AND هي بوابة منطقية على شكل D مع مدخلين ومخرج واحد ، حيث يكون الشكل D بين المدخلات والمخرجات هو الدائرة المنطقية. يمكن شرح العلاقة بين قيم المدخلات والمخرجات باستخدام جدول حقيقة البوابة AND الموضح أدناه.

يمكن شرح ناتج المعادلات بسهولة باستخدام المعادلة المنطقية AND Gate Boolean ، وهي Q = A x B أو Q = AB. ومن ثم ، بالنسبة لبوابة AND ، يكون الناتج مرتفعًا فقط عندما يكون كل من المدخلات عالية.

الترانزستور

الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات له ثلاثة أطراف يمكن توصيلها بدائرة خارجية. يمكن استخدام الجهاز كمفتاح وأيضًا كمكبر للصوت لتغيير القيم أو التحكم في مرور الإشارة الكهربائية.

ل بناء وبوابة منطق استخدام الترانزستور نحن سوف تستخدم الترانزستورات BJT التي يمكن زيادة تصنف إلى نوعين: PNP و NPN - ثنائي القطب مفرق الترانزستورات. يمكن رؤية رمز الدائرة لكل منهم أدناه.

ستشرح لك هذه المقالة كيفية بناء دائرة AND Gate باستخدام الترانزستور. تم شرح منطق البوابة AND أعلاه بالفعل وبناء بوابة AND باستخدام الترانزستور ، سوف نتبع نفس جدول الحقيقة الموضح أعلاه.

مطلوب مخطط الدائرة والمكونات

قائمة المكونات المطلوبة لبناء بوابة AND باستخدام ترانزستور NPN مذكورة على النحو التالي:

1. اثنان من الترانزستورات NPN. (يمكنك أيضًا استخدام ترانزستور PNP إذا كان متاحًا)
2. مقاومين 10KΩ ومقاوم واحد 4-5K-5.
3. مصباح LED واحد (الصمام الثنائي الباعث للضوء) للتحقق من الإخراج.
4. لوح توصيل.
5. مصدر طاقة A + 5V.
6. زران دفع.
7. توصيل الأسلاك.

تمثل الدائرة كلاً من المدخلات A & B للبوابة AND والإخراج ، Q والتي تحتوي أيضًا على مصدر + 5V لمجمع الترانزستور الأول المتصل في سلسلة بالترانزستور الثاني ويتم توصيل مؤشر LED بطرف الباعث الترانزستور الثاني. يتم توصيل المدخلات A & B بالمحطة الأساسية للترانزستور 1 والترانزستور 2 ، على التوالي ، وينتقل الإخراج Q إلى الطرف الموجب LED. يمثل الرسم البياني أدناه الدائرة الموضحة أعلاه لبناء بوابة AND باستخدام NPN Transistor.

الترانزستورات المستخدمة في هذا البرنامج التعليمي هي BC547 NPN Transistor وتمت إضافتها مع جميع المكونات المذكورة أعلاه في الدائرة ، كما هو موضح أدناه.

إذا لم يكن لديك أزرار الضغط معك ، فيمكنك أيضًا استخدام الأسلاك كمفتاح عن طريق إضافتها أو إزالتها عند الحاجة (بدلاً من الضغط على مفتاح التبديل). يمكن رؤية الشيء نفسه في الفيديو حيث سأستخدم الأسلاك كمفتاح متصل بالطرف الأساسي لكل من الترانزستورات.

نفس الدائرة عند إنشائها باستخدام مكونات الأجهزة المذكورة أعلاه ، ستبدو الدائرة كما في الصورة أدناه.

عمل البوابة باستخدام الترانزستور

هنا سنستخدم الترانزستور كمفتاح وهكذا ، عندما يتم تطبيق جهد من خلال طرف جامع لترانزستور NPN ، يصل الجهد إلى تقاطع المشع فقط عندما يكون تقاطع القاعدة مزودًا بجهد كهربائي بين 0 فولت و جهد المجمع.

وبالمثل ، فإن الدائرة أعلاه ستجعل LED يتوهج ، أي أن الناتج هو 1 (مرتفع) فقط عندما يكون كلا المدخلين 1 (مرتفع) ، أي عندما يكون هناك مصدر جهد عند الطرف الأساسي لكل من الترانزستورات. بمعنى ، سيكون هناك مسار تيار مستقيم من VCC (+ 5V مصدر طاقة) إلى LED وإلى الأرض. الباقي في جميع الحالات ، سيكون الإخراج 0 (منخفض) وسيتم إيقاف تشغيل LED. يمكن شرح كل ذلك بمزيد من التفصيل من خلال فهم كل حالة واحدة تلو الأخرى.

الحالة 1: عندما يكون كلا المدخلين صفراً - A = 0 & B = 0.

عندما يكون كلا المدخلين A و B 0 ، فلن تحتاج إلى الضغط على أي من الأزرار الانضغاطية في هذه الحالة. إذا كنت لا تستخدم الأزرار الانضغاطية ، فقم بإزالة الأسلاك المتصلة ، والأزرار الانضغاطية وطرف القاعدة لكل من الترانزستورات. لذلك ، حصلنا على كلا المدخلين A و B كـ 0 والآن نحتاج إلى التحقق من المخرجات ، والتي يجب أن تكون أيضًا 0 وفقًا لجدول الحقيقة في البوابة AND.

الآن ، عندما يتم توفير الجهد من خلال طرف المجمع للترانزستور 1 ، لا يتلقى الباعث أي دخل لأن القيمة النهائية الأساسية هي 0. وبالمثل ، فإن باعث الترانزستور 1 المتصل بمجمع الترانزستور 2 ، لا يوفر التيار أو الجهد وكذلك القيمة الطرفية الأساسية للترانزستور 2 هي 0. لذا ، فإن باعث الترانزستور ^الثاني يخرج القيمة 0 ونتيجة لذلك ، سيكون LED مغلقًا.

الحالة 2: عندما تكون المدخلات - A = 0 & B = 1.

في الحالة الثانية ، عندما تكون المدخلات A = 0 & B = 1 ، يكون الإدخال الأول للدائرة هو 0 (منخفض) والمدخل الثاني 1 (مرتفع) لقاعدة الترانزستور 1 و 2 ، على التوالي. الآن ، عندما يتم تمرير إمداد 5 فولت إلى جامع الترانزستور الأول ، فلا يوجد تغيير في تحول طور الترانزستور لأن المحطة الأساسية بها 0 مدخلات. الذي يمرر القيمة 0 إلى الباعث ، ويتم توصيل باعث الترانزستور الأول بمجمع الترانزستور الثاني على التوالي ، لذلك تذهب القيمة 0 إلى مجمع الترانزستور الثاني.

الآن ، الترانزستور الثاني له قيمة عالية في القاعدة ، لذلك سيسمح لنفس القيمة المستلمة في المجمع بالمرور إلى الباعث. ولكن نظرًا لأن القيمة هي 0 في طرف المجمع للترانزستور الثاني ، فإن هذا هو السبب في أن الباعث سيكون أيضًا 0 ولن يتوهج مؤشر LED المتصل بالباعث.

الحالة 3: عندما تكون المدخلات - A = 1 & B = 0.

هنا ، يكون الإدخال 1 (مرتفع) لقاعدة الترانزستور الأولى ومنخفض لقاعدة الترانزستور الثانية. لذلك ، سيبدأ المسار الحالي من مصدر طاقة 5 فولت إلى جامع الترانزستور الثاني الذي يمر عبر المجمع وباعث الترانزستور الأول نظرًا لأن القيمة الطرفية الأساسية مرتفعة بالنسبة للترانزستور الأول.

ولكن في الترانزستور الثاني ، القيمة النهائية الأساسية هي 0 وبالتالي ، لا يمر أي تيار من المجمع إلى باعث الترانزستور الثاني ، ونتيجة لذلك ، سيظل المصباح مغلقًا فقط.

الحالة 4: عندما يكون المدخلان واحدًا - A = 1 & B = 1.

الحالة الأخيرة وهنا من المفترض أن يكون كلا المدخلين مرتفعين ومتصلين بالمطاريف الأساسية لكل من الترانزستورات. هذا يعني أنه عندما يمر تيار أو جهد عبر جامع كل من الترانزستورات ، تصل القاعدة إلى تشبعها ويوصل الترانزستور.

شرح عمليًا ، عندما يتم توفير مصدر + 5 فولت لمحطة تجميع الترانزستور 1 وأيضًا تكون المحطة الأساسية مشبعة بعد ذلك ، ستحصل محطة الإرسال على مخرجات عالية نظرًا لأن الترانزستور متحيز للأمام. ينتقل هذا الإخراج المرتفع عند الباعث مباشرة إلى مجمع الترانزستور ^{الثاني من} خلال اتصال متسلسل. الآن ، وبالمثل في الترانزستور الثاني ، يكون الإدخال في المجمع مرتفعًا وفي هذه الحالة ، يكون طرف القاعدة مرتفعًا أيضًا ، مما يعني أن الترانزستور الثاني أيضًا في حالة مشبعة وأن المدخلات العالية ستنتقل من المجمع إلى الباعث. يذهب هذا الناتج المرتفع عند الباعث إلى LED الذي يقوم بتشغيل LED.

ومن ثم ، فإن جميع الحالات الأربع لها نفس المدخلات والمخرجات مثل البوابة المنطقية AND الفعلية. وهكذا ، قمنا ببناء بوابة AND Logic باستخدام الترانزستور. آمل أن تكون قد فهمت البرنامج التعليمي واستمتعت بتعلم شيء جديد. يمكن العثور على عمل الإعداد الكامل في الفيديو أدناه. لدينا في البرنامج التعليمي القادمة ونحن سوف تتعلم أيضا كيفية بناء أو البوابة باستخدام الترانزستور و NOT بوابة باستخدام الترانزستور. إذا كانت لديك أي أسئلة ، فاتركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدم منتدياتنا للأسئلة الفنية الأخرى.