Diseñando una puerta y usando transistores

Como muchos de nosotros sabemos, un circuito integrado o IC es una combinación de muchos circuitos pequeños en un paquete pequeño que juntos realizan una tarea de comando. Como un amplificador operacional o 555 Timer IC se construye mediante la combinación de muchos transistores, flip-flops, puertas lógicas y otros circuitos digitales combinacionales. De manera similar, se puede construir un Flip-Flop usando una combinación de Puertas Lógicas y las Puertas Lógicas en sí mismas se pueden construir usando algunos Transistores.

Las puertas lógicas son los elementos básicos de muchos circuitos electrónicos digitales. Desde los flip-flops básicos hasta los microcontroladores, las puertas lógicas forman el principio subyacente sobre cómo se almacenan y procesan los bits. Indican la relación entre cada entrada y salida de un sistema utilizando una lógica artmética. Hay muchos tipos diferentes de puertas lógicas y cada una de ellas tiene una lógica diferente que se puede utilizar para diferentes propósitos. Pero el enfoque de este artículo estará en la puerta AND porque más tarde estaríamos construyendo una puerta AND usando un circuito de transistor BJT. Emocionante ¿verdad? Empecemos.

Y puerta lógica

La puerta lógica AND es una puerta lógica en forma de D con dos entradas y una salida única, donde la forma D entre la entrada y la salida es el circuito lógico. La relación entre los valores de entrada y salida se puede explicar utilizando la Tabla de verdad de la puerta AND que se muestra a continuación.

La salida de las ecuaciones se puede explicar fácilmente usando la ecuación booleana de la puerta AND, que es Q = A x B o Q = AB. Por lo tanto, para una puerta AND, la salida es ALTA solo cuando ambas entradas son ALTAS.

Transistor

Un transistor es un dispositivo semiconductor con tres terminales que se pueden conectar a un circuito externo. El dispositivo se puede utilizar como interruptor y también como amplificador para cambiar los valores o controlar el paso de una señal eléctrica.

Para construir una puerta lógica AND usando un transistor, estaríamos usando transistores BJT que se pueden clasificar en dos tipos: PNP y NPN - Transistores de unión bipolar. El símbolo del circuito de cada uno de ellos se puede ver a continuación.

Este artículo le explicará cómo construir un circuito AND Gate usando un transistor. La lógica de una puerta Y ya se explicó anteriormente y para construir una puerta Y usando un transistor seguiremos la misma tabla de verdad que se muestra arriba.

Diagrama de circuito y componentes necesarios

La lista de componentes necesarios para construir una puerta AND utilizando un transistor NPN se enumeran a continuación:

1. Dos transistores NPN. (También puede usar el transistor PNP si está disponible)
2. Dos resistencias de 10 KΩ y una resistencia de 4-5 KΩ.
3. Un LED (diodo emisor de luz) para comprobar la salida.
4. Una placa de pruebas.
5. Fuente de alimentación A + 5V.
6. Dos botones PUSH.
7. Conexión de cables.

El circuito representa las entradas A y B para la puerta Y y la Salida, Q, que también tiene un suministro de + 5V al colector del primer transistor que está conectado en serie al segundo transistor y un LED está conectado al terminal emisor de el segundo transistor. Las entradas A y B están conectadas al terminal base del Transistor 1 y Transistor 2, respectivamente, y la salida Q va al LED del terminal positivo. El siguiente diagrama representa el circuito explicado anteriormente para construir una puerta Y usando un transistor NPN.

Los transistores utilizados en este tutorial son BC547 NPN Transistor y se agregaron con todos los componentes mencionados anteriormente en el circuito, como se muestra a continuación.

Si no tiene los botones pulsadores con usted, también puede usar cables como interruptor agregándolos o eliminándolos cuando sea necesario (en lugar de presionar el interruptor). Lo mismo se puede ver en el video donde usaría los cables como un interruptor conectado al terminal de la base para ambos transistores.

El mismo circuito cuando se construye con los componentes de hardware mencionados anteriormente, el circuito se vería como en la imagen de abajo.

Funcionamiento de And Gate usando transistor

Aquí usaremos el transistor como un interruptor y, por lo tanto, cuando se aplica un voltaje a través de un terminal colector del transistor NPN, el voltaje alcanza la unión del emisor solo cuando la unión base tiene un suministro de voltaje entre 0 V y voltaje del colector.

De manera similar, el circuito anterior haría que el LED se iluminara, es decir, la salida es 1 (alta) solo cuando ambas entradas son 1 (alta), es decir, cuando hay un suministro de voltaje en el terminal base de ambos transistores. Es decir, habrá una ruta de corriente en línea recta desde VCC (fuente de alimentación de + 5 V) hasta el LED y más allá del suelo. Descanso en todos los casos, la salida será 0 (Baja) y el LED estará APAGADO. Todos estos se pueden explicar con más detalle al comprender cada caso uno por uno.

Caso 1: Cuando ambas entradas son cero - A = 0 y B = 0.

Cuando ambas entradas A y B son 0, no necesita presionar ninguno de los botones en este caso. Si no está utilizando los botones pulsadores, retire los cables conectados con los botones pulsadores y el terminal de la base de ambos transistores. Entonces, obtuvimos ambas entradas A y B como 0 y ahora necesitamos verificar la salida, que también debería ser 0 de acuerdo con la tabla de verdad de la puerta AND.

Ahora, cuando se suministra voltaje a través del terminal del colector del transistor 1, el emisor no recibe ninguna entrada porque el valor del terminal base es 0. De manera similar, el emisor del transistor 1 que está conectado al colector del transistor 2, no suministra corriente o de tensión y también el valor terminal de base del transistor 2 es 0. Por lo tanto, la 2 ^nd emisor del transistor emite el valor 0 y, como resultado, el LED sería OFF.

Caso 2: Cuando las entradas son - A = 0 y B = 1.

En el segundo caso, cuando las entradas son A = 0 y B = 1, el circuito tiene la primera entrada como 0 (Baja) y la segunda entrada como 1 (Alta) a la base del transistor 1 y 2, respectivamente. Ahora, cuando se pasa un suministro de 5 V al colector del primer transistor, entonces no hay cambio en el cambio de fase del transistor ya que el terminal base tiene entrada 0. El cual pasa el valor 0 al emisor y el emisor del primer transistor se conecta al colector del segundo transistor en serie, por lo que el valor 0 entra en el colector del segundo transistor.

Ahora, el segundo transistor tiene un valor alto en la base, por lo que permitiría que el mismo valor recibido en el colector pasara al emisor. Pero como el valor es 0 en el terminal del colector del segundo transistor, es por eso que el emisor también será 0 y el LED conectado al emisor no brillará.

Caso 3: Cuando las entradas son - A = 1 y B = 0.

Aquí, la entrada es 1 (alta) para la primera base del transistor y baja para la segunda base del transistor. Por lo tanto, la ruta de la corriente comenzará desde la fuente de alimentación de 5 V hasta el colector del segundo transistor pasando por el colector y el emisor del primer transistor, ya que el valor del terminal base es alto para el primer transistor.

Pero en el segundo transistor, el valor del terminal base es 0 y, por lo tanto, no pasa corriente del colector al emisor del segundo transistor y, como resultado, el LED todavía estaría APAGADO solamente.

Caso 4: Cuando ambas entradas son una - A = 1 y B = 1.

El último caso y aquí se supone que ambas entradas son altas que están conectadas a los terminales de base de ambos transistores. Esto significa que cada vez que una corriente o voltaje pasa por el colector de ambos transistores, la base alcanza su saturación y el transistor conduce.

Explicando de manera práctica, cuando se proporciona un suministro de + 5V al terminal colector del transistor 1 y también el terminal base está saturado, el terminal emisor recibiría una salida alta ya que el transistor está polarizado hacia adelante. Esta alta de salida en el emisor va directamente al colector del 2 ^nd transistor a través de una conexión en serie. Ahora, de manera similar en el segundo transistor, la entrada en el colector es alta y, en este caso, la terminal base también es alta, lo que significa que el segundo transistor también está en un estado saturado y la entrada alta pasaría del colector al emisor. Esta salida alta en el emisor va al LED que enciende el LED.

Por lo tanto, los cuatro casos tienen las mismas entradas y salidas que la puerta lógica AND real. Por lo tanto, hemos construido una puerta lógica AND usando un transistor. Espero que hayas entendido el tutorial y hayas disfrutado aprendiendo algo nuevo. El funcionamiento completo de la configuración se puede encontrar en el video a continuación. En nuestro próximo tutorial también aprenderemos cómo construir una puerta OR usando un transistor y una puerta NO usando un transistor. Si tiene alguna pregunta, déjela en la sección de comentarios a continuación o use nuestros foros para otras preguntas técnicas.