Transistors PMOS i NMOS

Els microprocessadors estan construïts amb transistors. En particular, es construeixen amb transistors MOS. MOS és l'acrònim de Metal-Oxide Semiconductor. Hi ha dos tipus de transistors MOS: pMOS (positiu-MOS) i nMOS (negatiu-MOS). Cada pMOS i nMOS ve equipat amb tres components principals: la porta, la font i el drenatge.

Per entendre correctament com funcionen un pMOS i un nMOS, primer és important definir alguns termes:

circuit tancat: vol dir que l'electricitat flueix des de la porta fins a la font.

circuit obert: això significa que l'electricitat no flueix de la porta a la font; sinó més aviat, l'electricitat flueix des de la porta fins al desguàs.

Quan un transistor nMOS rep una tensió no menyspreable, la connexió de la font al drenatge actua com un cable. L'electricitat fluirà de la font al desguàs sense inhibició; això s'anomena circuit tancat. D'altra banda, quan un transistor nMOS rep una tensió al voltant de 0 volts, la connexió de la font al drenatge es trencarà i això s'anomena circuit obert.

Exemple de transistor nMOS

El transistor de tipus p funciona exactament en contra del transistor de tipus n. Mentre que el nMOS formarà un circuit tancat amb la font quan la tensió no sigui negligible, el pMOS formarà un circuit obert amb la font quan la tensió no sigui negligible.

Exemple de transistor pMOS

Com podeu veure a la imatge del transistor pMOS que es mostra a dalt, l'única diferència entre un transistor pMOS i un transistor nMOS és el petit cercle entre la porta i la primera barra. Aquest cercle inverteix el valor de la tensió; per tant, si la porta envia una tensió representativa d'un valor d'1, aleshores l'inversor canviarà l'1 a un 0 i farà que el circuit funcioni en conseqüència.

Com que pMOS i nMOS funcionen de manera oposada, de manera complementària, quan els combinem en un circuit MOS gegant, s'anomena circuit cMOS, que significa semiconductor complementari d'òxid metàl·lic.

Utilitzant els circuits MOS

Podem combinar circuits pMOS i nMOS per tal de construir estructures més complexes anomenades GATES, més concretament: portes lògiques. Ja hem introduït el concepte d'aquestes funcions lògiques i les seves taules de veritat associades al bloc anterior, que podeu trobar fent clic. aquí.

Podem connectar un transistor pMOS que es connecta a la font i un transistor nMOS que es connecta a terra. Aquest serà el nostre primer exemple de transistor cMOS.

Exemple de porta NOT

Aquest transistor cMOS actua d'una manera similar a la funció lògica NOT.

Fem una ullada a la taula de veritat NOT:

NO taula de veritat

A la taula de veritat NOT, cada valor d'entrada: A s'inverteix. Què passa amb el circuit anterior?

Bé, imaginem que l'entrada és un 0.

El 0 entra i puja i baixa pel cable tant al pMOS (superior) com al nMOS (a baix). Quan el valor 0 arriba al pMOS, s'inverteix a 1; per tant, la connexió a la font està tancada. Això produirà un valor lògic d'1 sempre que la connexió a terra (desguàs) també no estigui tancada. Bé, com que els transistors són complementaris, sabem que el transistor nMOS no invertirà el valor; per tant, pren el valor 0 tal com és i, per tant, crearà un circuit obert a terra (drenatge). Així, es produeix un valor lògic d'1 per a la porta.

Un valor IN de 0 produeix un valor OUT d'1

Què passa si un 1 és el valor IN? Bé, seguint els mateixos passos anteriors, el valor 1 s'envia tant al pMOS com al nMOS. Quan el pMOS rep el valor, el valor s'inverteix a 0; així, la connexió a la FONT està oberta. Quan el nMOS rep el valor, el valor no s'inverteix; així, el valor continua sent un 1. Quan el nMOS rep un valor d'1, la connexió es tanca; per tant, la connexió a terra està tancada. Això produirà un valor lògic de 0.

Un valor IN d'1 produeix un valor OUT de 0.

En combinar els dos conjunts d'entrada/sortida, s'obté:

La taula de la veritat per a una porta NO.

És bastant fàcil veure que aquesta taula de veritat és exactament la mateixa que la que produeix la funció lògica NO. Per tant, això es coneix com a porta NOT.

Podem utilitzar aquests dos transistors simples per fer estructures més complicades? Absolutament! A continuació, construirem una porta NOR i una porta OR.

Un exemple de porta NOR

Aquest circuit utilitza dos transistors pMOS a la part superior i dos transistors nMOS a la part inferior. De nou, mirem l'entrada de la porta per veure com es comporta.

Quan A és 0 i B és 0, aquesta porta invertirà els dos valors a un 1 quan arribin als transistors pMOS; tanmateix, els transistors nMOS mantindran el valor de 0. Això farà que la porta produeixi un valor d'1.

Quan A és 0 i B és 1, aquesta porta invertirà els dos valors quan arribin als transistors pMOS; per tant, A canviarà a 1 i B canviarà a 0. Això no portarà a la font; ja que tots dos transistors requereixen un circuit tancat per connectar l'entrada a la font. Els transistors nMOS no inverteixen els valors; per tant, el nMOS associat a A produirà un 0 i el nMOS associat a B produirà un 1; així, el nMOS associat a B produirà un circuit tancat a terra. Això farà que la porta produeixi un valor de 0.

Quan A és 1 i B és 0, aquesta porta invertirà els dos valors quan arribin als transistors pMOS; per tant, A canviarà a 0 i B canviarà a 1. Això no portarà a la font; ja que tots dos transistors requereixen un circuit tancat per connectar l'entrada a la font. Els transistors nMOS no inverteixen els valors; per tant, el nMOS associat a A produirà un 1 i el nMOS associat a B produirà un 0; així, el nMOS associat amb A produirà un circuit tancat a terra. Això farà que la porta produeixi un valor de 0.

Quan A és 1 i B és 1, aquesta porta invertirà els dos valors quan arribin als transistors pMOS; per tant, A canviarà a 0 i B canviarà a 0. Això no conduirà a la font; ja que tots dos transistors requereixen un circuit tancat per connectar l'entrada a la font. Els transistors nMOS no inverteixen els valors; per tant, el nMOS associat a A produirà un 1 i el nMOS associat a B produirà un 1; així, el nMOS associat a A i el nMOS associat a B produiran un circuit tancat a terra. Això farà que la porta produeixi un valor de 0.

Així, la taula de veritat de la porta és la següent:

La sortida de la porta NOR.

Mentrestant, la taula de veritat de la funció lògica NOR és la següent:

La sortida de la funció lògica NOR.

Així, hem confirmat que aquesta porta és una porta NOR perquè comparteix la seva taula de veritat amb la funció lògica NOR.

Ara, posarem les dues portes, que hem creat fins ara, juntes per tal de produir una porta OR. Recordeu, NOR significa NOT OR; per tant, si invertim una porta ja invertida, recuperarem l'original. Posem-ho a prova per veure-ho en acció.

Exemple de porta OR

El que hem fet aquí és que hem pres la porta NOR d'abans i hem aplicat una porta NOT a la sortida. Com hem mostrat més amunt, la porta NOT prendrà un valor d'1 i sortirà un 0, i la porta NOT agafarà un valor de 0 i sortirà un 1.

Això prendrà els valors de la porta NOR i convertirà tots els 0 en 1 i els 1 en 0. Així, la taula de veritat serà la següent:

Taula de veritat d'una porta NOR i una porta OR

Si voleu més pràctica provant aquestes portes, no dubteu a provar els valors anteriors per vosaltres mateixos i comproveu que la porta produeix resultats equivalents!

Exemple de porta NAND

Afirmo que aquesta és una porta NAND, però provem la taula de veritat d'aquesta porta per determinar si realment és una porta NAND.

Quan A és 0 i B és 0, el pMOS d'A produirà un 1 i el nMOS d'A produirà un 0; així, aquesta porta produirà un 1 lògic ja que està connectada a la font amb un circuit tancat i desconnectada de terra amb un circuit obert.

Quan A és 0 i B és 1, el pMOS d'A produirà un 1 i el nMOS d'A produirà un 0; així, aquesta porta produirà un 1 lògic ja que està connectada a la font amb un circuit tancat i desconnectada de terra amb un circuit obert.

Quan A és 1 i B és 0, el pMOS de B produirà un 1 i el nMOS de B produirà un 0; així, aquesta porta produirà un 1 lògic ja que està connectada a la font amb un circuit tancat i desconnectada de terra amb un circuit obert.

Quan A és 1 i B és 1, el pMOS d'A produirà un 0 i el nMOS d'A produirà un 1; per tant, també hem de comprovar els pMOS i nMOS de B. El pMOS de B produirà un 0 i el nMOS de B produirà un 1; així, aquesta porta produirà un 0 lògic ja que està desconnectada de la font amb un circuit obert i connectada a terra amb un circuit tancat.

La taula de veritat és la següent:

La taula de veritat de la porta anterior.

Mentrestant, la taula de veritat de la funció lògica NAND és la següent:

Així, hem verificat que aquesta és, efectivament, una porta NAND.

Ara, com construïm una porta AND? Bé, construirem una porta AND exactament de la mateixa manera que vam construir una porta OR a partir d'una porta NOR! Adjuntarem un inversor!

Exemple de porta AND

Com que tot el que hem fet és aplicar una funció NOT a la sortida d'una porta NAND, la taula de veritat tindrà aquest aspecte:

Taula de veritat completa de AND i NAND

De nou, si us plau, verifica per assegurar-te que el que et dic és la veritat.

Avui hem tractat què són els transistors pMOS i nMOS, així com com utilitzar-los per construir estructures més complexes! Espero que hagis trobat aquest bloc informatiu. Si voleu llegir els meus blogs anteriors, trobareu la llista a continuació.

Deixa un missatge 

Llista de missatges