ทำไมเราต้องใช้ทรานซิสเตอร์เมื่อสร้างประตู OR

ทำไมเราต้องใช้ทรานซิสเตอร์เมื่อสร้างORเกต เราจะไม่สามารถบรรลุผลลัพธ์เดียวกันโดยไม่ต้องทรานซิสเตอร์เลยเพียงแค่เข้าร่วมทั้งสองอินพุตและอ่านเอาต์พุต

สิ่งที่คุณอธิบายเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบมีสายหรือ มันเป็นไปได้ในบางตระกูลลอจิกโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ECL (อีซีแอลคู่ตรรกะ) แต่ไม่ได้อยู่ในคนธรรมดาที่สุด (TTL และ CMOS)

ใน CMOS นั้นเป็นไปไม่ได้เพราะเมื่อเอาท์พุท CMOS ต่ำมันจะสร้างช่วงสั้น ๆ จากพินเอาท์พุทผ่านชิปไปยังกราวด์ และเมื่อมันสูงมันจะสร้างระยะใกล้จาก VDD ผ่านชิปไปยังขาออก

ดังนั้นหากคุณเชื่อมโยงเอาท์พุทของ CMOS สองตัวเข้าด้วยกันและหนึ่งเอาต์พุตที่สูงในขณะที่เอาท์พุทต่ำ ๆ คุณจะมีช่วงสั้น ๆ จาก VDD ถึงกราวด์ซึ่งจะวาดกระแสขนาดใหญ่และมีแนวโน้มว่าจะร้อนเกินไป

สำหรับ TTL มีปัญหาที่คล้ายกัน แต่ "กางเกงขาสั้น" จากขาออกไปยัง VDD หรือกราวด์นั้นค่อนข้างสั้นใกล้เคียงกับ CMOS

มีรูปแบบเอาต์พุตหลากหลายที่เรียกว่าopen drainสำหรับ CMOS หรือopen collectorสำหรับ TTL ที่อนุญาตให้ใช้การเชื่อมต่อแบบมีสายและแบบแทนที่จะใช้สายหรือ เอาต์พุตเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อให้สามารถจมกระแสถึงพื้นเท่านั้นไม่สามารถสร้างกระแสเอาต์พุตใด ๆ เมื่ออยู่ในสถานะสูง โดยปกติจะใช้กับตัวต้านทานแรงดึงภายนอกเพื่อให้แรงดันเอาต์พุตจะถึงระดับแรงดันไฟฟ้า "สูง" เมื่อต้องการ

หมายเหตุ: ตัวสะสมแบบเปิดหรือตัวระบายแบบเปิดสามารถใช้กับแบบมีสายหรือถ้าคุณใช้ตรรกะที่มีความแอคทีฟต่ำ

สิ่งนี้ช่วยให้คุณ "เข้าร่วมเอาท์พุท"

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

หากคุณเพียงแค่เชื่อมต่อสายไฟคุณจะมีความเป็นไปได้ (ค่อนข้างเป็นไปได้) ที่จะรวม 0 และ 1 เนื่องจาก 0 คือ gnd และ 1 คือ 5V (ขึ้นอยู่กับชิป แต่เป็นมาตรฐาน) คุณจะต้องเชื่อมต่อ 5V และ gnd ด้วยสายไฟ คำว่านั่นคือไฟฟ้าลัดวงจร!

คุณสามารถใช้ไดโอดสำหรับเกท OR แบบง่าย หรือแม้กระทั่งตัวต้านทาน ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อคุณเชื่อมต่อเกตนี้กับประตูอื่น ๆ วงจรอื่น ๆ คุณสามารถสร้างประตูและจาก 2 ไดโอดในทางกลับกัน แต่ถ้าคุณลองเชื่อมต่อพวกมันเข้าด้วยกันคุณจะพบกับวงจรยักษ์ตัวหนึ่งที่ไม่สามารถแยกชิ้นส่วนเล็ก ๆ ออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้ การเชื่อมต่อที่ไม่ได้อยู่ในแผนประตูที่เรียบง่ายของคุณอาจทำให้เกิดปัญหาในชีวิตจริงรบกวนสิ่งที่คุณต้องการให้เกิดขึ้น

ทรานซิสเตอร์ช่วยให้คุณแยกอินพุตจากเอาต์พุต เอาท์พุทของทรานซิสเตอร์ไม่สามารถป้อนย้อนหลังและส่งผลกระทบต่ออินพุต การถ่ายทอดจะเป็นทางเลือกอื่นแม้ว่าช้ากว่า เนื่องจากสวิตช์ไม่สามารถส่งผลกระทบต่อแม่เหล็กไฟฟ้า

ตรรกะแรกคือ RTL หรือ DTL ตรรกะตัวต้านทาน - ทรานซิสเตอร์หรือตรรกะไดโอด - ทรานซิสเตอร์ ในตอนแรกตัวต้านทานจากนั้นต่อมาไดโอดจะถูกใช้เพื่อสร้างเกทจากนั้นทรานซิสเตอร์จะทำหน้าที่บัฟเฟอร์บัฟเฟอร์ผลลัพธ์ดังนั้นเกตต่อไปที่คุณใช้ไม่ได้ป้อนกลับเข้าไปในอินพุตนี้

ตอนนี้เนื่องจากทรานซิสเตอร์บนชิปไม่มีค่าใช้จ่ายทางการเงินนั่นคือเรามีความหรูหราของทุกสิ่งที่ถูกบัฟเฟอร์และแยกออกจากกันอย่างเหมาะสม โดยปกตินั่นคือสิ่งที่เราต้องการ ตรรกะ TTL!

พิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นหากอินพุตหนึ่งสูงและต่ำและคุณเชื่อมต่ออินพุตทั้งสอง ขึ้นอยู่กับว่าคุณสร้างประตูลอจิกของคุณอย่างไร

หากประตูลอจิกของคุณได้รับการออกแบบเพื่อให้ดึงความสูงได้สูงและต่ำจะถูกดึงต่ำ (CMOS) นี่คือการลัดวงจรและบางสิ่งจะระเบิดขึ้น

หากประตูลอจิกของคุณได้รับการออกแบบเพื่อให้สูงเป็น "อ่อนแอ" หรือความต้านทานสูง (เช่น NMOS) แล้วผลผลิตจะต่ำ แต่ยังป้อนข้อมูลอื่น ๆ (ที่ควรจะสูง) จะถูกบังคับให้ต่ำแม้ว่ามันจะ ควรจะสูงและสิ่งนี้จะมีผลต่อการเคาะประตูตรรกะอื่น ๆ ที่ใช้อินพุตเดียวกัน

มีวิธีการแบบอะนาล็อก:
รวมจำนวนอินพุตใด ๆ (สมมติว่า 0 หรือ 5 โวลต์) กับตัวต้านทาน
หากแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์เป็น 0 ทั้งหมดจะปิด
หากแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์เป็น 5 แสดงว่าทั้งหมดเปิดอยู่
แรงดันไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างแสดงว่ามีการเปิดและปิดอยู่
ตัวอย่าง: หากมี 4 อินพุต 2.5 โวลต์หมายถึง 2 เปิดอยู่และ 2 ปิด

ผลลัพธ์ == 0: และ
ผลลัพธ์เกต== 5: และ
ผลลัพธ์เกต! = 0: หรือ
ผลลัพธ์เกท= 5: เกทและประตู

คุณไม่ต้องการทรานซิสเตอร์สำหรับอินพุตเพียงแค่เอาต์พุตเพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและเรียกคืนผลลัพธ์ตรรกะ 0 หรือ 5 โวลต์

สิ่งนี้อาจถูกใช้สำหรับโหนดเครือข่ายนิวรัลแบบอะนาล็อกที่มีฟังก์ชันเอาต์พุตแบบไม่เป็นเชิงเส้นที่มีผลลัพธ์ "อ่อน" ซึ่งอาจไม่เป็นจริงหรือเท็จทั้งหมด

หลังจากคิดแล้ว: ตัว
ต้านทานที่ใช้วิธีนี้สามารถชะลอความเร็วตรรกะได้เนื่องจากความจุที่ตามหลังตัวต้านทานจะต้องถูกเรียกเก็บเงินหรือคายประจุเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอินพุต นอกจากนี้การใช้ทรานซิสเตอร์สามารถลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก ตัวต้านทานที่ใช้วิธีนี้สามารถใช้พลังงานได้ตลอดเวลาโดยมีสถานะอินพุตผสมกัน ด้วยทรานซิสเตอร์การใช้พลังงานสามารถแบ่งได้อย่างคร่าวๆจากอัตราขยายของทรานซิสเตอร์

ด้วยองค์ประกอบทางตรรกะบางอย่าง (ประตูรถทุกคันที่มีหลอดไฟเดียวกัน) เป็นไปได้ แต่ไม่ใช่เช่นประตู CMOS เนื่องจากสร้างขึ้นด้วยทรานซิสเตอร์ P และ N Channel FET ดังนั้นพวกเขาจึงจำเป็นต้องกำหนดอินพุตแรงดันไฟฟ้าสูงและต่ำเพื่อให้เอาต์พุต ไม่สามารถปล่อยอินพุตให้ลอยได้ การเชื่อมต่อเอาท์พุท CMOS ด้วยกันจะไม่ทำงาน