Vytvorte bránu XOR z tranzistorov: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Brány OR sú veľmi užitočné, ale majú jednu zvláštnu funkciu, ktorá môže fungovať dobre, ale v určitých aplikáciách môže spôsobovať problémy. To je fakt, že ak sú obidva vstupy jednotné, potom je výstup tiež jeden. Ak by sme mali aplikáciu, kde by sme to nechceli, možno by sme stavali sčítačku, použili by sme niečo, čo sa nazýva Exclusive Or Gate, čo je skrátene XOR alebo EOR.

Krok 1: Návrh

Jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť správanie XOR, je použiť pravidelnú bránu OR alebo potom sa zaoberať prípadom, keď sú oba vstupy kladné. Ak spojíme bránu AND so vstupmi, môžeme dostať signál, keď sa tento prípad prejaví. Potom môžeme vziať ten signál, invertovať ho, potom prepojiť ten a výstup brány OR s inou bránou AND. Vďaka tomu bude vždy, keď nie sú zapnuté obidva vstupy, brána OR prejde druhou bránou AND, ale keď sa oba vstupy dostanú vysoko, prvá brána AND vypne druhú bránu AND a zachová výstup vypnutý bez ohľadu na stav brány OR.

Jedna úprava, ktorú som nakoniec urobil v konečnom obvode, je prepnutie kombinácie AND/NOT pre bránu NAND, ktorá je len obrátenou bránou AND. Spôsob, akým to funguje, bude zrejmé neskôr.

Teraz napíšeme rovnakú schému, ale s tranzistormi a odpormi. Použil som typ tranzistora 2N2222 BJT, ktorý je pomerne bežný (fungujú aj 2N4401 a 2N3904). Použil som 6 tranzistorov, 3 odpory 20 kOhm, 3 odpory 47 kOhm, odpor 1 510 ohmov, dve tlačidlá a LED diódu. Vybral som tieto hodnoty odporu na základe môjho zdroja napájania 5 V a minimálneho prúdu 0,1 mA alebo 0,0001A pre 2N2222. Ak použijete Ohmov zákon na výpočet správneho odporu voči zemi pre tieto hodnoty, získate 50 000 ohmov. 47 k ohmov je dosť blízko pre dolnú bránu NAND, ale prečo je nižšia hodnota pre bránu OR a prvý vstup druhej brány AND? Dôvodom je, že vysielač tranzistorov tvoriacich bránu OR je zapojený cez základňu iného tranzistora, a preto prechádza druhým odporom, nie priamo k zemi. (Rezistor obmedzujúci prúd LED je dostatočne nízka hodnota, že je pri tomto výpočte bezvýznamná).

Krok 2: Pridanie tranzistorov, tlačidiel a diódy LED

Krok 3: Pridanie rezistorov

Krok 4: Pridanie drôtov

Spôsob, akým napájam svoju dosku, je zapojenie napájacích koľajníc do napájacieho zdroja laboratórnej lavice nastaveného na maximálny prúd 5 V a 500 mA. Rovnaký druh vstupu je možné dosiahnuť pripojením napájania k 5V a GND kolíkom Arduina, ale v skutočnosti funguje napájanie 5V (aj keď sa odporúča obmedzený prúd, aby sa znížilo riziko vybuchnutia komponentov).

Krok 5: Testovanie a riešenie problémov

Teraz, keď je zapojený, vás nechám otestovať ten svoj. Ak stlačíte jedno alebo druhé tlačidlo, kontrolka LED by sa mala rozsvietiť. Ak však stlačíte obidve, kontrolka LED zhasne.

Bežné problémy

1. Ak sa zdá, že jeden vstup nefunguje tak, ako by mal, a prípad, keď sú oba vstupy zapnuté, stále poskytuje nulu, po stlačení tohto tlačidla skontrolujte napätie na vstupe brány AND, ktoré pochádza z brány OR. Ak je nízka (<2 V), znížte odpor rezistora prechádzajúci z OR na bránu AND.
2. Ak brána stále funguje len ako brána OR, to znamená, že keď sú oba vstupy na výstupe zapnuté, skontrolujte napätie prichádzajúce na vstup brány AND, ktorá pochádza z brány NAND. Ak je to po stlačení oboch tlačidiel vysoké, uistite sa, že vaše tranzistory v bráne AND fungujú, a po stlačení oboch tlačidiel skontrolujte odpor odtiaľ k zemi. Ak je tento odpor vysoký a/alebo je napätie nízke, vymeňte tieto dva tranzistory alebo znížte odpor vstupov k bránam NAND.

Krok 6: Chcete viac?

Ak sa vám tento Instructable páčil, vyskúšajte moju knihu na Amazone s názvom „Sprievodca Arduino pre začiatočníkov“. Ide o základné princípy obvodov a tiež o kód C ++ používaný na programovanie Arduina.