Est-il possible de créer des portes logiques modulaires à partir de transistors à des fins d'enseignement?

Dom

2020-07-07 18:52:22 UTC

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J'aimerais travailler sur quelques circuits logiques de base avec des jeunes et je voulais les construire à partir de zéro (transistors), pas de portes logiques si possible.

Nous avons fait les bases: buffer, NOT, AND, OR, NAND, XOR en utilisant simplement des mosfets et des résistances NPN. Nous avons même pu accéder aux verrous en D. À titre d'exemple, les portes ET avec lesquelles nous jouons ont été construites comme ceci:

schematic

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Le problème est que comme les circuits sont devenus de plus en plus complexes, avec des émetteurs de transistors alimentant d'autres bases de transistors, je n'ai pu faire fonctionner les choses qu'en équilibrant très soigneusement les valeurs de résistance pour m'assurer que les transistors sont déclenchés quand ils le devraient. être.

Je voudrais pouvoir construire des portes logiques modulaires, qui sont identiques et peuvent simplement être connectées les unes aux autres sans avoir à calculer soigneusement les valeurs de résistance.

Une autre restriction est que nous avons actuellement 200 transistors NPN BC547ATA et un grand nombre de résistances, donc si c'est réalisable sans acheter plus de composants, ce serait idéal.

Pourquoi ne pas utiliser des résistances de base sur un schéma comme celui-là?

Voyant à quel point les transistors sont bon marché et à quel point la logique utilisant un type de transistor singulier est pratiquement inexistante ces jours-ci, je suggérerais simplement de vous procurer des transistors PNP (ou mieux nmos / pmos) pour que vous puissiez créer une série de circuits plus complémentaire?

Pour les systèmes plus grands, vous aurez besoin d'une implémentation avec gain pour restaurer les marges de bruit et vous voudrez probablement conduire activement haut et bas, pas seulement activé ou désactivé ... vous aurez donc besoin de types PNP.Envisagez des travaux de formation en ingénierie dans des couches d'abstraction d'oignon inversées.Vous construisez une porte discrète puis vous utilisez des portes IC, puis des IC à fonction fixe avec des MCU, des CPLD et des FPGA.Les gens qui gardent tout cela discrètement ne sont pas très réalistes pour apprendre comment fonctionne quelque chose d'utile.

Suggestion: connectez uniquement les transistors NPN près de la terre et les transistors PNP près du rail d'alimentation, vous n'aurez alors pas besoin d'équilibrer les valeurs de résistance.Votre exemple de circuit a des transistors NPN près du rail d'alimentation, ce qui est défectueux.

En fait, la "porte ET" illustrée ci-dessus ne fonctionne pas.La LED s'allumera dès que l'interrupteur inférieur est activé, quel que soit l'état de l'interrupteur supérieur.Ah, peu importe - je viens de remarquer que vous avez dit "mosfets" même si vous avez également dit NPN et utilisé des symboles BJT dans votre schéma.Avant d'aller plus loin, vous devez savoir quelles sont les différences entre les MOSFET et les BJT.Mais si vous utilisez des MOSFET à canal N, vous aurez besoin de résistances pull-down sur les portes.

En fait, le BC547 ** est ** un BJT, donc mon commentaire original est valable - la porte AND ne fonctionne pas.

@uglyoldbob Je travaillais de mémoire lorsque j'ai dessiné le schéma mais je devais avoir des résistances sur les bases.

Le schéma @DaveTweed ci-dessus est incorrect.J'aurais eu des résistances sur les bases, ce qui, lorsque vous équilibrez correctement les valeurs, lui permet de fonctionner comme une porte ET.

Il me semble que le fait que vous ne puissiez pas vraiment utiliser les circuits trop simplifiés pour créer des circuits logiques arbitrairement complexes est une leçon utile en soi.Pourquoi ne pas utiliser la logique 74HC comme tout le monde?Avec un peu de chance, ils en apprendront également sur le verrouillage.

@SpehroPefhany Mon objectif est de jeter les bases et de passer au plus vite aux portes logiques packagées.Je ne pense tout simplement pas qu'il serait utile pour un enfant de neuf ans de partir d'une «boîte noire», car au moins un transistor peut «comprendre» un interrupteur électronique.