ट्रांजिस्टर का उपयोग करके लॉजिक गेट्स कैसे बनाएं

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इस पोस्ट में हम सीखेंगे कि असतत ट्रांजिस्टर का उपयोग करके NOT, AND, NAND, OR, और NOR लॉजिक गेट कैसे बनाए जाते हैं। ट्रांजिस्टर लॉजिक गेट्स का उपयोग करने का मुख्य लाभ यह है कि वे 1.5 V जितना कम वोल्टेज के साथ भी काम कर सकते हैं।

कुछ इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में उपलब्ध वोल्टेज टीटीएल या यहां तक ​​कि सीएमओएस आईसी को बिजली देने के लिए अपर्याप्त हो सकता है। यह उन गैजेट्स के लिए विशेष रूप से सच है जो बैटरी पर चलते हैं। इसमें कोई शक नहीं, आपके पास हमेशा 3-वोल्ट लॉजिक आईसी विकल्प होता है। हालांकि, ये हमेशा उत्साही या प्रयोगकर्ता के लिए आसानी से सुलभ नहीं होते हैं, और वे अपने परिभाषित वोल्टेज विनिर्देशों (आमतौर पर 2.5 वोल्ट डीसी से नीचे) के नीचे काम नहीं करते हैं।



इसके अलावा, बैटरी से चलने वाले एप्लिकेशन में केवल 1.5-वोल्ट बैटरी के लिए जगह हो सकती है। अच्छा, फिर आप क्या करने जा रहे हैं? आमतौर पर आईसी लॉजिक गेट्स ट्रांजिस्टराइज्ड लॉजिक गेट्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। प्रत्येक विशेष लॉजिक गेट के लिए, आमतौर पर केवल कुछ ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है, और एक विशिष्ट नॉट गेट इन्वर्टर लॉजिक के लिए, केवल एक ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है।

एफईटी बनाम द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर

फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FETs) बनाम द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर : लो-वोल्टेज लॉजिक सर्किट के लिए कौन सा बेहतर विकल्प है? की एक बड़ी विशेषता तथ्य यह है कि उनका 'चालू' प्रतिरोध अविश्वसनीय रूप से कम है। इसके अतिरिक्त, उन्हें बहुत कम गेट-टर्न-ऑन करंट की आवश्यकता होती है।



हालांकि, बेहद कम वोल्टेज वाले अनुप्रयोगों में उनकी एक सीमा है। आमतौर पर, गेट वोल्टेज की सीमा एक वोल्ट या तो होती है। इसके अलावा, उपलब्ध वोल्टेज FET की इष्टतम कार्य सीमा से कम हो सकता है यदि गेट से वर्तमान-सीमित या पुल-डाउन रोकनेवाला जुड़ा हुआ है।

इसके विपरीत, द्विध्रुवीय स्विचिंग ट्रांजिस्टर का अत्यंत कम वोल्टेज, एकल बैटरी अनुप्रयोगों में एक फायदा है क्योंकि उन्हें स्विच करने के लिए केवल 0.6 से 0.7 वोल्ट की आवश्यकता होती है।

इसके अलावा, अधिकांश सामान्य FET, जो आमतौर पर आपके निकटतम इलेक्ट्रॉनिक्स स्टोर पर बबल पैक में बेचे जाते हैं, अक्सर बाइपोलर ट्रांजिस्टर की तुलना में महंगे होते हैं। इसके अलावा, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का एक बड़ा पैकेट आमतौर पर एफईटी की एक जोड़ी की कीमत के लिए खरीदा जा सकता है।

FET हैंडलिंग में बाइपोलर ट्रांजिस्टर हैंडलिंग की तुलना में काफी अधिक देखभाल की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रोस्टैटिक और सामान्य प्रयोगात्मक दुरुपयोग FETs को विशेष रूप से क्षति के लिए प्रवण बनाते हैं। डिबगिंग के भावनात्मक दर्द को न भूलें, जले हुए घटक प्रयोग या नवाचार की एक सुखद, रचनात्मक शाम को बर्बाद कर सकते हैं।

ट्रांजिस्टर स्विचिंग की मूल बातें

इस आलेख में वर्णित तर्क सर्किट उदाहरण द्विध्रुवी एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं क्योंकि वे सस्ती हैं और विशेष हैंडलिंग की आवश्यकता नहीं है। डिवाइस या इसके समर्थन वाले हिस्सों को नुकसान पहुंचाने से बचने के लिए, अपने सर्किट को जोड़ने से पहले उपयुक्त सुरक्षा उपाय किए जाने चाहिए।

भले ही हमारे सर्किट मुख्य रूप से बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) पर केंद्रित हैं, वे FET तकनीक का उपयोग करके समान रूप से अच्छी तरह से बनाए जा सकते थे।

मूल स्विच सर्किट एक साधारण ट्रांजिस्टर अनुप्रयोग है, जो सबसे आसान डिजाइनों में से एक है।

सिंगल ट्रांजिस्टर से नॉट गेट बनाना

ट्रांजिस्टर स्विच का एक योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है। किसी विशेष एप्लिकेशन में इसे कैसे लागू किया जाता है, इस पर निर्भर करते हुए, स्विच को या तो कम रखा जा सकता है या सामान्य रूप से खुला रखा जा सकता है।

एक साधारण नॉट गेट इन्वर्टर लॉजिक गेट चित्र 1 (जहां बिंदु ए इनपुट है) में दिखाए गए सीधे स्विचिंग सर्किट द्वारा बनाया जा सकता है। एक NOT गेट इस तरह से संचालित होता है कि यदि ट्रांजिस्टर के आधार (बिंदु A; Q1) को कोई DC पूर्वाग्रह प्रदान नहीं किया जाता है, तो यह शट-ऑफ रहेगा, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट पर एक उच्च या तर्क 1 (V+ स्तर के बराबर) होगा ( बिंदु बी)।

हालाँकि, ट्रांजिस्टर तब सक्रिय होता है जब Q1 के आधार को उचित पूर्वाग्रह प्रदान किया जाता है, सर्किट के आउटपुट को कम या तर्क 0 (लगभग शून्य क्षमता के बराबर) पर धकेलता है। ट्रांजिस्टर, नामित Q1, एक सामान्य-उद्देश्य वाला द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर या BC547 है, जिसका उपयोग आमतौर पर कम-शक्ति स्विचिंग और एम्पलीफायर अनुप्रयोगों में किया जाता है।

इसके समकक्ष कोई भी ट्रांजिस्टर (जैसे 2N2222, 2N4401, आदि) काम करेगा। कम वर्तमान नाली और संगतता के बीच समझौता करने के लिए R1 और R2 के मूल्यों का चयन किया गया था। सभी डिजाइनों में, प्रतिरोधक सभी 1/4 वाट, 5% इकाई हैं।

आपूर्ति वोल्टेज 1.4 और 6 वोल्ट डीसी के बीच समायोज्य है। ध्यान दें कि सर्किट एक बफर की तरह काम कर सकता है जब लोड रेसिस्टर और आउटपुट कनेक्शन को ट्रांजिस्टर के एमिटर में स्थानांतरित कर दिया जाता है।

सिंगल BC547 BJT का उपयोग करके बफर गेट बनाना

एक वोल्टेज अनुयायी, या बफर एम्पलीफायर, एक प्रकार का तर्क स्विचिंग कॉन्फ़िगरेशन है जो चित्र 2 में दिखाया गया है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लोड रोकनेवाला और आउटपुट टर्मिनल को ट्रांजिस्टर के कलेक्टर से इस सर्किट में इसके उत्सर्जक में स्थानांतरित कर दिया गया है, जो है इस डिज़ाइन और चित्र 1 में दिखाए गए डिज़ाइन के बीच प्राथमिक अंतर।

ट्रांजिस्टर के कामकाज को लोड रेसिस्टर और आउटपुट टर्मिनल को BJT के दूसरे छोर पर ले जाकर 'फ़्लिप' किया जा सकता है।

दूसरे शब्दों में, जब सर्किट के इनपुट को कोई पूर्वाग्रह प्रदान नहीं किया जाता है, तो सर्किट का आउटपुट कम रहता है; हालाँकि, जब सर्किट के इनपुट को पर्याप्त वोल्टेज का पूर्वाग्रह दिया जाता है, तो सर्किट का आउटपुट उच्च हो जाता है। (यह पहले के सर्किट में जो होता है, उसके ठीक विपरीत है।)

ट्रांजिस्टर का उपयोग करके दो-इनपुट लॉजिक गेट्स डिजाइन करना

और दो ट्रांजिस्टर का उपयोग कर गेट

चित्र 3 दिखाता है कि कैसे उस गेट के लिए सत्य तालिका के साथ, बफ़र्स की एक जोड़ी का उपयोग करके एक बुनियादी दो-इनपुट और गेट बनाया जा सकता है। सत्य तालिका दर्शाती है कि इनपुट के प्रत्येक विशिष्ट सेट के लिए आउटपुट परिणाम क्या होंगे। अंक ए और बी सर्किट के इनपुट के रूप में उपयोग किए जाते हैं, और बिंदु सी सर्किट के आउटपुट के रूप में कार्य करता है।

ट्रुथ टेबल से यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि इनपुट मापदंडों के सिर्फ एक सेट के परिणामस्वरूप लॉजिक-हाई आउटपुट सिग्नल मिलता है, जबकि अन्य सभी इनपुट संयोजनों के परिणामस्वरूप लॉजिक-लो आउटपुट होता है। चित्र 3 में AND गेट का आउटपुट एक बार उच्च होने पर V+ से थोड़ा नीचे रहता है।

ऐसा दो ट्रांजिस्टर (Q1 और Q2) के बीच वोल्टेज ड्रॉप के कारण होता है।

दो ट्रांजिस्टर का उपयोग कर नंद गेट

चित्रा 3 और संबंधित सत्य तालिका में सर्किट का एक और प्रकार चित्रा 4 में दिखाया गया है। सर्किट आउटपुट (बिंदु सी) और आउटपुट प्रतिरोधी को ऊपरी ट्रांजिस्टर (क्यू 1) कलेक्टर में स्थानांतरित करके नंद गेट में बदल जाता है।

चूंकि R1 के निचले हिस्से को जमीन पर खींचने के लिए Q1 और Q2 दोनों को चालू करने की आवश्यकता है, आउटपुट C पर वोल्टेज का नुकसान महत्वहीन है।

यदि ट्रांजिस्टर AND या ट्रांजिस्टर NAND गेट को दो से अधिक इनपुट की आवश्यकता होती है, तो तीन, चार, आदि, इनपुट AND या NAND गेट प्रदान करने के लिए दिखाए गए डिज़ाइनों में अधिक ट्रांजिस्टर को अच्छी तरह से जोड़ा जा सकता है।

हालांकि, व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर के वोल्टेज नुकसान की भरपाई के लिए, V+ को तदनुसार बढ़ाया जाना चाहिए।

या दो ट्रांजिस्टर का उपयोग कर गेट

OR-गेट सर्किट की ट्रुथ टेबल के साथ दो इनपुट के साथ लॉजिक सर्किट का दूसरा रूप चित्र 5 में देखा जा सकता है।

जब इनपुट ए या इनपुट बी को उच्च धक्का दिया जाता है तो सर्किट का आउटपुट अधिक होता है, हालांकि कैस्केड ट्रांजिस्टर के कारण, वोल्टेज ड्रॉप 0.5 वोल्ट से अधिक होता है। फिर भी, प्रदर्शित आंकड़े बताते हैं कि बाद के ट्रांजिस्टर गेट को संचालित करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज और करंट है।

दो ट्रांजिस्टर का उपयोग कर NOR गेट

चित्र 6 हमारी सूची में अगले गेट को दर्शाता है, एक दो-इनपुट NOR गेट, साथ में इसकी सत्य तालिका। जिस तरह AND और NAND गेट एक-दूसरे को प्रतिक्रिया देते हैं, उसी तरह OR और NOR सर्किट भी ऐसा ही करते हैं।

प्रदर्शित प्रत्येक गेट कम से कम एक या अधिक निकटवर्ती ट्रांजिस्टर फाटकों को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त ड्राइव की आपूर्ति करने में सक्षम है।

ट्रांजिस्टर लॉजिक गेट एप्लीकेशन

ऊपर बताए गए डिजिटल सर्किट के साथ आप क्या करते हैं जो अब आपके पास है? कुछ भी जो आप पारंपरिक टीटीएल या सीएमओएस गेट्स के साथ पूरा कर सकते हैं, लेकिन आपूर्ति वोल्टेज प्रतिबंधों के बारे में चिंता किए बिना। यहाँ कार्रवाई में ट्रांजिस्टर-लॉजिक गेट्स के कुछ अनुप्रयोग दिए गए हैं।

डेमल्टीप्लेक्सर सर्किट

तीन नॉट गेट्स और दो NAND सर्किट के साथ 1-ऑफ़-2 डिमल्टीप्लेक्सर चित्र 7 में देखा गया है। उपयुक्त आउटपुट को वन-बिट 'एड्रेस इनपुट' का उपयोग करके चुना जाता है, जो या तो OUTPUT1 या OUTPUT2 हो सकता है, जबकि ड्राइविंग जानकारी लागू होती है। डेटा इनपुट का उपयोग कर सर्किट में।

जब डेटा दर 10 kHz से कम रखी जाती है तो सर्किट सबसे प्रभावी ढंग से संचालित होता है। सर्किट की कार्यक्षमता सीधी है। डेटा इनपुट को आवश्यक सिग्नल के साथ आपूर्ति की जाती है, जो Q3 को चालू करता है और आने वाले डेटा को Q3 के कलेक्टर में बदल देता है।

यदि ADDRESS इनपुट कम है (ग्राउंडेड या कोई सिग्नल प्रदान नहीं किया गया है) तो Q1 का आउटपुट उच्च संचालित होता है। Q1 के संग्राहक में, उच्च आउटपुट को दो पथों में विभाजित किया जाता है। पहले पथ में, Q1 के आउटपुट को Q5 के आधार (दो-इनपुट NAND गेट के पैरों में से एक) की आपूर्ति की जाती है, इसे चालू किया जाता है और इसलिए Q4 और Q5 से बने NAND गेट को 'सक्रिय' किया जाता है।

दूसरे पथ में, Q1 के उच्च आउटपुट को एक साथ दूसरे NOT गेट (Q2) के इनपुट में आपूर्ति की जाती है। दोहरा उलटा होने के बाद, Q2 का आउटपुट कम हो जाता है। इस कम को Q7 के आधार (दूसरे NAND गेट का एक टर्मिनल, Q6 और Q7 से बना है) की आपूर्ति की जाती है, इस प्रकार NAND सर्किट को बंद कर दिया जाता है।

डेटा इनपुट पर लागू कोई भी सूचना या संकेत इन परिस्थितियों में OUTPUT1 पर आता है। वैकल्पिक रूप से, यदि ADDRESS इनपुट को एक उच्च संकेत दिया जाता है, तो स्थिति उलट जाती है। मतलब, सर्किट को प्रदान की गई कोई भी जानकारी OUTPUT2 पर दिखाई देगी क्योंकि Q4/Q5 NAND गेट अक्षम है और Q6/Q7 NAND गेट सक्षम है।

थरथरानवाला सर्किट (घड़ी जनरेटर)

हमारा अगला ट्रांजिस्टर लॉजिक गेट एप्लिकेशन, चित्र 8 में दिखाया गया है, एक बुनियादी घड़ी जनरेटर (जिसे एक थरथरानवाला के रूप में भी जाना जाता है) तीन साधारण नॉट गेट इनवर्टर से बना है (जिनमें से एक फीडबैक रेसिस्टर, आर 2 का उपयोग करके पक्षपाती है, जो इसे डालता है) एनालॉग क्षेत्र)।

आउटपुट को स्क्वायर ऑफ करने के लिए, एक तीसरा नॉट गेट (Q3) शामिल है जो ऑसिलेटर आउटपुट को पूरक प्रदान करता है। सर्किट की ऑपरेटिंग आवृत्ति को बदलने के लिए C1 मान को बढ़ाया या घटाया जा सकता है। आउटपुट तरंग में संकेतित घटक मानों का उपयोग करते हुए, 1.5 वोल्ट डीसी पर वी + के साथ लगभग 7 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति होती है।

आरएस कुंडी सर्किट

अंजीर। 9 हमारे अंतिम एप्लिकेशन सर्किट को दिखाता है, दो NOR गेट्स से बना एक RS लैच। Q और Q आउटपुट पर एक स्वस्थ आउटपुट ड्राइव सुनिश्चित करने के लिए, प्रतिरोधों R3 और R4 को 1k ओम में समायोजित किया जाता है।

आरएस कुंडी की सत्य तालिका योजनाबद्ध डिजाइन के साथ प्रदर्शित होती है। ये कई भरोसेमंद, लो-वोल्टेज, डिजिटल, लॉजिक-गेट सर्किट के कुछ उदाहरण हैं जो अलग-अलग ट्रांजिस्टर का उपयोग करके बनाए जा सकते हैं।

ट्रांजिस्टराइज्ड लॉजिक का उपयोग करने वाले सर्किटों को बहुत अधिक भागों की आवश्यकता होती है

इन सभी लो-वोल्टेज ट्रांजिस्टराइज्ड लॉजिक सर्किट का उपयोग करके कई मुद्दों को हल किया जा सकता है। हालाँकि, इनमें से बहुत से ट्रांजिस्टरयुक्त फाटकों को नियोजित करने से नए मुद्दे पैदा हो सकते हैं।

यदि आप जिस एप्लिकेशन का निर्माण कर रहे हैं, उसमें बड़ी मात्रा में गेट हैं, जो मूल्यवान स्थान पर कब्जा कर रहे हैं, तो ट्रांजिस्टर और प्रतिरोधों की संख्या काफी बड़ी हो सकती है।

व्यक्तिगत इकाइयों के स्थान पर ट्रांजिस्टर सरणियों (प्लास्टिक में संलग्न कई ट्रांजिस्टर) और एसआईपी (सिंगल इनलाइन पैकेज) प्रतिरोधों का उपयोग करना इस समस्या को हल करने का एक तरीका है।

उपरोक्त दृष्टिकोण एक पीसीबी पर एक टन स्थान बचा सकता है, जबकि प्रदर्शन को उनके पूर्ण आकार के समकक्षों के बराबर बनाए रखता है। ट्रांजिस्टर सरफेस सरफेस-माउंट, 14-पिन थ्रू-होल और क्वाड पैक पैकेजिंग में पेश किए जाते हैं।

अधिकांश सर्किटों के लिए, ट्रांजिस्टर प्रकारों का मिश्रण काफी स्वीकार्य हो सकता है।

फिर भी, यह सलाह दी जाती है कि प्रयोगकर्ता ट्रांजिस्टराइज्ड लॉजिक सर्किट के निर्माण के लिए एक ही प्रकार के ट्रांजिस्टर के साथ काम करता है (अर्थात यदि आप BC547 का उपयोग करके गेट का एक सेक्शन बनाते हैं, तो अन्य शेष गेटों को भी बनाने के लिए उसी BJT का उपयोग करने का प्रयास करें)।

तर्क यह है कि विभिन्न ट्रांजिस्टर वेरिएंट में कुछ भिन्न गुण हो सकते हैं और इस प्रकार अलग-अलग व्यवहार कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, कुछ ट्रांजिस्टर के लिए आधार स्विच-ऑन सीमा दूसरे से अधिक या छोटी हो सकती है, या किसी को समग्र वर्तमान लाभ हो सकता है जो थोड़ा अधिक या कम हो।

दूसरी ओर, एक ही प्रकार के ट्रांजिस्टर का बल्क बॉक्स खरीदने की लागत भी कम हो सकती है। यदि आपके लॉजिक गेट मिलान ट्रांजिस्टर का उपयोग करके बनाए गए हैं, तो आपके सर्किट के प्रदर्शन में वृद्धि होगी, और परियोजना पूरी तरह से अंततः अधिक फायदेमंद होगी।