Haga una puerta XOR con transistores: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Las puertas OR son muy útiles, pero tienen una característica extraña que puede funcionar bien, pero en ciertas aplicaciones pueden causar problemas. Ese es el hecho de que si ambas entradas son uno, entonces la salida también es uno. Si tuviéramos una aplicación en la que no quisiéramos esto, tal vez estuviéramos construyendo un sumador, usaríamos algo llamado Exclusive Or Gate, que se abrevia XOR o EOR.

Paso 1: diseño

Una forma de lograr el comportamiento XOR es tomar una puerta OR regular y luego lidiar con el caso en el que ambas entradas son positivas. Si atamos una puerta AND a las entradas, podemos obtener una señal cuando aparezca ese caso. Luego podemos tomar esa señal, invertirla, luego vincularla y la salida de la puerta O a otra puerta Y. Esto hará que siempre que no sea el caso de que ambas entradas estén encendidas, la puerta O simplemente pasará a través de la segunda puerta Y, pero cuando ambas entradas suban, la primera puerta Y apagará la segunda puerta Y y mantendrá la salida apagada independientemente del estado de la puerta OR.

Un ajuste que terminé haciendo en el circuito final es cambiar la combinación Y / NO por una puerta NAND, que es solo una puerta Y invertida. La forma en que esto funciona se hará evidente más adelante.

Ahora escribamos ese mismo esquema, pero con transistores y resistencias. El tipo de transistor que utilicé es el 2N2222 BJT, que es bastante común (el 2N4401 y el 2N3904 también funcionan). Usé 6 transistores, 3 resistencias de 20k ohmios, 3 resistencias de 47k ohmios, una resistencia de 1510 ohmios, dos pulsadores y un LED. Elegí estos valores de resistencia en función de mi fuente de alimentación de 5 V y la corriente mínima de 0,1 mA o 0,0001 A para el 2N2222. si usa la ley de Ohm para calcular la resistencia correcta a tierra para esos valores, obtiene 50, 000 ohmios. 47k ohmios está lo suficientemente cerca para la puerta NAND inferior, pero ¿por qué el valor más bajo para la puerta OR y la primera entrada de la segunda puerta AND? La razón es porque el emisor de los transistores que componen la puerta OR está conectado a través de la base de otro transistor, por lo que pasa a través de una segunda resistencia, no directamente a tierra. (La resistencia limitadora de corriente del LED es un valor lo suficientemente bajo que es insignificante en este cálculo).

Paso 2: agregar transistores, botones y el LED

Paso 3: agregar resistencias

Paso 4: Agregar cables

La forma en que estoy alimentando mi placa es conectando los rieles de alimentación a una fuente de alimentación de banco de laboratorio configurada en 5v y 500mA de corriente máxima. Se puede lograr el mismo tipo de entrada conectando la energía a los pines 5V y GND de un Arduino, pero realmente una fuente de alimentación de 5v funciona (aunque se recomienda una corriente limitada para reducir el riesgo de explosión de componentes).

Paso 5: prueba y solución de problemas

Ahora que está conectado, te dejaré probar el tuyo. Si se presiona uno u otro de los botones, el LED debería encenderse. Sin embargo, si se pulsan ambos, el LED se apagará.

Problemas comunes

1. Si una entrada parece no funcionar como debería, y el caso en el que ambas entradas están encendidas todavía proporciona un cero, verifique el voltaje en la entrada de la puerta Y que proviene de la puerta O cuando se presiona ese botón. Si es bajo (<2V), reduzca la resistencia de la resistencia que va del OR a la puerta AND.
2. Si la puerta todavía actúa como una puerta O, lo que significa que cuando ambas entradas están en la salida, verifique el voltaje que ingresa a la entrada de la puerta Y que proviene de la puerta NAND. Si eso es alto cuando se presionan ambos botones, asegúrese de que sus transistores en la puerta Y estén funcionando, y verifique la resistencia desde allí a tierra cuando se presionan ambos botones. Si esa resistencia es alta y / o ese voltaje es bajo, reemplace esos dos transistores o reduzca la resistencia de las entradas a las puertas NAND.

Paso 6: ¿Quieres más?

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