PMOS og NMOS transistorer

Mikroprosessorer er bygget av transistorer. Spesielt er de konstruert av MOS-transistorer. MOS er et akronym for Metal-Oxide Semiconductor. Det finnes to typer MOS-transistorer: pMOS (positiv-MOS) og nMOS (negativ-MOS). Hver pMOS og nMOS er utstyrt med tre hovedkomponenter: porten, kilden og avløpet.

For å forstå hvordan en pMOS og en nMOS fungerer, er det viktig først å definere noen termer:

lukket krets: Dette betyr at elektrisiteten flyter fra porten til kilden.

åpen krets: Dette betyr at elektrisiteten ikke strømmer fra porten til kilden; men heller strømmer elektrisitet fra porten til avløpet.

Når en nMOS-transistor mottar en ikke-ubetydelig spenning, fungerer forbindelsen fra kilden til avløpet som en ledning. Elektrisitet vil strømme fra kilden til avløpet uhemmet - dette kalles en lukket krets. På den annen side, når en nMOS-transistor mottar en spenning på rundt 0 volt, vil forbindelsen fra kilden til avløpet bli brutt og dette omtales som en åpen krets.

Eksempel på en nMOS-transistor

P-type transistoren fungerer nøyaktig i motsetning til n-type transistoren. Mens nMOS vil danne en lukket krets med kilden når spenningen er ikke neglisjerbar, vil pMOS danne en åpen krets med kilden når spenningen er ikke ubetydelig.

Eksempel på en pMOS-transistor

Som du kan se på bildet av pMOS-transistoren vist ovenfor, er den eneste forskjellen mellom en pMOS-transistor og en nMOS-transistor den lille sirkelen mellom porten og den første stolpen. Denne sirkelen inverterer verdien fra spenningen; så hvis porten sender en spenning som er representativ for en verdi på 1, vil omformeren endre 1 til 0 og få kretsen til å fungere tilsvarende.

Siden pMOS og nMOS fungerer på en motsatt måte - på en komplementær måte - når vi kombinerer dem begge til en gigantisk MOS-krets, kalles det en cMOS-krets, som står for komplementær metalloksyd-halvleder.

Bruke MOS-kretsene

Vi kan kombinere pMOS- og nMOS-kretser for å bygge mer komplekse strukturer kalt GATES, mer spesifikt: logiske porter. Vi har allerede introdusert konseptet med disse logiske funksjonene og deres tilhørende sannhetstabeller i forrige blogg, som du kan finne ved å klikke her..

Vi kan feste en pMOS-transistor som kobles til kilden og en nMOS-transistor som kobles til bakken. Dette vil være vårt første eksempel på en cMOS-transistor.

Eksempel på en IKKE-port

Denne cMOS-transistoren fungerer på en måte som ligner på den IKKE-logiske funksjonen.

La oss ta en titt på NOT-sannhetstabellen:

IKKE sannhetstabell

I NOT-sannhetstabellen er hver inngangsverdi: A invertert. Hva skjer med kretsen ovenfor?

Vel, la oss forestille oss at inngangen er en 0.

0-en kommer inn og går både opp og ned ledningen til både pMOS (øverst) og nMOS (nederst). Når verdien 0 når pMOS, blir den invertert til en 1; så forbindelsen til kilden er stengt. Dette vil gi en logisk verdi på 1 så lenge forbindelsen til bakken (avløpet) ikke også er stengt. Vel, siden transistorene er komplementære, vet vi at nMOS-transistoren ikke vil invertere verdien; så den tar verdien 0 som den er og vil - derfor - skape en åpen krets til bakken (avløp). Dermed produseres en logisk verdi på 1 for porten.

En IN-verdi på 0 gir en UT-verdi på 1

Hva skjer hvis en 1 er IN-verdien? Vel, etter de samme trinnene som ovenfor, blir verdien 1 sendt til både pMOS og nMOS. Når verdien mottas av pMOS, blir verdien invertert til en 0; dermed er forbindelsen til KILDEN åpen. Når verdien mottas av nMOS, blir verdien ikke invertert; dermed forblir verdien en 1. Når en verdi på 1 mottas av nMOS, lukkes forbindelsen; så forbindelsen til bakken er stengt. Dette vil gi en logisk verdi på 0.

En IN-verdi på 1 gir en OUT-verdi på 0.

Å sette de to settene med input/output sammen gir:

Sannhetstabellen for en IKKE-port.

Det er ganske enkelt å se at denne sannhetstabellen er nøyaktig den samme som den logiske funksjonen IKKE produserer. Dermed er dette kjent som en IKKE-port.

Kan vi bruke disse to enkle transistorene til å lage mer kompliserte strukturer? Absolutt! Deretter skal vi bygge en NOR-port og en OR-port.

Et eksempel på en NOR-port

Denne kretsen bruker to pMOS-transistorer på toppen og to nMOS-transistorer på bunnen. Igjen, la oss se på inngangen til porten for å se hvordan den oppfører seg.

Når A er 0 og B er 0, vil denne porten invertere begge verdiene til en 1 når de når pMOS-transistorene; nMOS-transistorene vil imidlertid begge opprettholde verdien på 0. Dette vil føre til at porten produserer en verdi på 1.

Når A er 0 og B er 1, vil denne porten invertere begge verdiene når de når pMOS-transistorene; så A vil endres til 1 og B endres til 0. Dette vil ikke føre til kilden; siden begge transistorene krever en lukket krets for å koble inngangen til kilden. nMOS-transistorene inverterer ikke verdiene; så, nMOS assosiert med A vil produsere en 0, og nMOS assosiert med B vil produsere en 1; dermed vil nMOS assosiert med B produsere en lukket krets til bakken. Dette vil føre til at porten produserer en verdi på 0.

Når A er 1 og B er 0, vil denne porten invertere begge verdiene når de når pMOS-transistorene; så A vil endres til 0 og B endres til 1. Dette vil ikke føre til kilden; siden begge transistorene krever en lukket krets for å koble inngangen til kilden. nMOS-transistorene inverterer ikke verdiene; så, nMOS assosiert med A vil produsere en 1, og nMOS assosiert med B vil produsere en 0; dermed vil nMOS assosiert med A produsere en lukket krets til bakken. Dette vil føre til at porten produserer en verdi på 0.

Når A er 1 og B er 1, vil denne porten invertere begge verdiene når de når pMOS-transistorene; så A vil endres til 0 og B vil endres til 0. Dette vil ikke føre til kilde; siden begge transistorene krever en lukket krets for å koble inngangen til kilden. nMOS-transistorene inverterer ikke verdiene; så, nMOS assosiert med A vil produsere en 1, og nMOS assosiert med B vil produsere en 1; dermed vil nMOS assosiert med A og nMOS assosiert med B produsere en lukket krets til bakken. Dette vil føre til at porten produserer en verdi på 0.

Dermed er portens sannhetstabell som følger:

Utgangen til NOR-porten.

I mellomtiden er den logiske NOR-funksjonens sannhetstabell som følger:

Utgangen fra NOR Logical Function.

Dermed har vi bekreftet at denne porten er en NOR-port fordi den deler sin sannhetstabell med NOR-logiske funksjonen.

Nå skal vi sette begge portene, som vi har laget så langt, sammen for å produsere en OR-port. Husk at NOR står for IKKE ELLER; så hvis vi inverterer en allerede invertert port, vil vi få tilbake originalen. La oss sette dette på prøve for å se det i aksjon.

Eksempel på en OR-port

Det vi har gjort her er at vi har tatt NOR-porten fra før og brukt en NOT-port på utgangen. Som vi har vist ovenfor, vil NOT-porten ta en verdi på 1 og gi en 0, og NOT-porten vil ta en verdi på 0 og gi ut en 1.

Dette vil ta verdiene til NOR-porten og konvertere alle 0-ene til 1-ere og 1-ere til 0-ere. Dermed blir sannhetstabellen som følger:

Sannhetstabell over en NOR-port og en OR-port

Hvis du vil trene mer på å teste disse portene, kan du gjerne prøve ut verdiene ovenfor selv og se at porten gir tilsvarende resultater!

Eksempel på en NAND-port

Jeg hevder at dette er en NAND-port, men la oss teste denne portens sannhetstabell for å finne ut om det virkelig er en NAND-port.

Når A er 0 og B er 0, vil A's pMOS produsere en 1, og A's nMOS vil produsere en 0; dermed vil denne porten produsere en logisk 1 siden den er koblet til kilden med en lukket krets og koblet fra bakken med en åpen krets.

Når A er 0 og B er 1, vil A's pMOS produsere en 1, og A's nMOS vil produsere en 0; dermed vil denne porten produsere en logisk 1 siden den er koblet til kilden med en lukket krets og koblet fra bakken med en åpen krets.

Når A er 1 og B er 0, vil Bs pMOS produsere en 1, og Bs nMOS vil produsere en 0; dermed vil denne porten produsere en logisk 1 siden den er koblet til kilden med en lukket krets og koblet fra bakken med en åpen krets.

Når A er 1 og B er 1, vil A's pMOS produsere en 0, og A's nMOS vil produsere en 1; så vi må sjekke Bs pMOS og nMOS også. Bs pMOS vil produsere en 0, og Bs nMOS vil produsere en 1; dermed vil denne porten produsere en logisk 0 siden den er koblet fra kilden med en åpen krets og koblet til bakken med en lukket krets.

Sannhetstabellen er som følger:

Ovennevnte ports sannhetstabell.

I mellomtiden er den logiske NAND-funksjonens sannhetstabell som følger:

Dermed har vi bekreftet at dette faktisk er en NAND-port.

Nå, hvordan bygger vi en OG-port? Vel, vi skal bygge en OG-port på nøyaktig samme måte som vi bygde en OR-port fra en NOR-port! Vi skal feste en inverter!

Eksempel på en OG-port

Siden alt vi har gjort er brukt en NOT-funksjon på en NAND-ports utgang, vil sannhetstabellen se slik ut:

Fullfør sannhetstabell over OG og NAND

Igjen, vær så snill å bekrefte for å være sikker på at det jeg forteller deg er sannheten.

I dag har vi dekket hva som er pMOS- og nMOS-transistorer, samt hvordan man bruker dem til å bygge mer komplekse strukturer! Jeg håper du fant denne bloggen informativ. Hvis du har lyst til å lese mine tidligere blogger, finner du listen nedenfor.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste