Zrób bramkę XOR z tranzystorów: 6 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Bramki OR są bardzo przydatne, ale mają jedną dziwną funkcję, która może działać dobrze, ale w niektórych aplikacjach może powodować problemy. To znaczy, że jeśli oba wejścia są jedynkami, to wyjście też jest jedynką. Gdybyśmy mieli aplikację, w której tego nie chcieliśmy, być może budujemy adder, użylibyśmy czegoś, co nazywa się Exclusive Or Gate, co jest w skrócie XOR lub EOR.

Krok 1: Projekt

Jednym ze sposobów osiągnięcia zachowania XOR jest wzięcie zwykłej bramki OR, a następnie zajęcie się przypadkiem, w którym oba wejścia są dodatnie. Jeśli połączymy bramkę AND z wejściami, możemy otrzymać sygnał, gdy ta sprawa się pojawi. Następnie możemy wziąć ten sygnał, odwrócić go, a następnie powiązać go i wyjście bramki OR z inną bramką AND. Spowoduje to, że gdy oba wejścia nie są włączone, bramka OR po prostu przejdzie przez drugą bramkę AND, ale gdy oba wejścia staną się wysokie, pierwsza bramka AND wyłączy drugą bramkę AND i utrzyma wyjście wyłączone niezależnie od stanu bramki OR.

Jedną z korekt, którą wykonałem w końcowym obwodzie, jest przełączenie kombinacji AND / NOT na bramkę NAND, która jest po prostu odwróconą bramką AND. Sposób, w jaki to działa, okaże się później.

Zapiszmy teraz ten sam schemat, ale z tranzystorami i opornikami. Typ tranzystora, którego użyłem, to 2N2222 BJT, który jest dość powszechny (również działają 2N4401 i 2N3904). Użyłem 6 tranzystorów, 3 rezystory 20 kΩ, 3 rezystory 47 kΩ, rezystor 1 510 Ω, dwa przyciski i diodę LED. Wybrałem te wartości rezystorów w oparciu o moje źródło zasilania 5 V i minimalny prąd 0,1 mA lub 0,0001 A dla 2N2222. jeśli użyjesz prawa Ohma do obliczenia prawidłowej rezystancji uziemienia dla tych wartości, otrzymasz 50 000 omów. 47k omów jest wystarczająco blisko dla dolnej bramki NAND, ale dlaczego niższa wartość dla bramki OR i pierwsze wejście drugiej bramki AND? Powodem jest to, że emiter tranzystorów tworzących bramkę OR jest podłączony do bazy innego tranzystora, a zatem przechodzi przez drugi rezystor, a nie bezpośrednio do masy. (Rezystor ograniczający prąd diody LED ma na tyle niską wartość, że nie ma znaczenia w tych obliczeniach).

Krok 2: Dodawanie tranzystorów, przycisków i diody LED

Krok 3: Dodawanie rezystorów

Krok 4: Dodawanie przewodów

Sposób, w jaki zasilam moją płytę, polega na podłączeniu szyn zasilających do zasilacza laboratoryjnego ustawionego na prąd 5 V i prąd maksymalny 500 mA. Ten sam rodzaj wejścia można uzyskać, podłączając zasilanie do pinów 5 V i GND Arduino, ale tak naprawdę działa zasilacz 5 V (chociaż zaleca się ograniczenie prądu, aby zmniejszyć ryzyko wysadzenia komponentów).

Krok 5: Testowanie i rozwiązywanie problemów

Teraz, kiedy jest podłączony, pozwolę ci przetestować własne. Po naciśnięciu jednego lub drugiego przycisku dioda LED powinna się zaświecić. Jeśli jednak oba zostaną naciśnięte, dioda LED zgaśnie.

Częste problemy

1. Jeśli jedno wejście wydaje się nie działać tak, jak powinno, a przypadek, w którym oba wejścia są włączone, nadal zapewnia zero, sprawdź napięcie na wejściu bramki AND, które pochodzi z bramki OR po naciśnięciu tego przycisku. Jeśli jest niski (<2V), zmniejsz rezystancję rezystora przechodzącego z OR do bramki AND.
2. Jeśli bramka nadal działa jak bramka OR, co oznacza, że gdy oba wejścia są na wyjściu, sprawdź napięcie wchodzące na wejście bramki AND, które pochodzi z bramki NAND. Jeśli jest wysoki, gdy oba przyciski są wciśnięte, upewnij się, że tranzystory w bramce AND działają i sprawdź rezystancję stamtąd do masy, gdy oba przyciski są wciśnięte. Jeśli ta rezystancja jest wysoka i/lub napięcie jest niskie, wymień te dwa tranzystory lub zmniejsz rezystancję wejść do bramek NAND.

Krok 6: Chcesz więcej?

Jeśli podobał Ci się ten Instructable, sprawdź moją książkę na Amazon zatytułowaną „The Beginners Guide to Arduino”. Obejmuje podstawowe zasady obwodów, a także kod C ++ używany do programowania Arduino.