CMOS-Transistoren für Bildungszwecke

Derzeit unterrichte ich meine Töchter im Alter von 9 und 12 Jahren in Digitalelektronik. Dabei wollte ich sie in die CMOS-Logik einführen, da ich der Meinung bin, dass ein praktischer Ansatz immer besser ist als nur Theorie.

Ich habe ein paar NMOS- und PMOS-Transistoren vom Durchgangslochtyp gekauft, um grundlegende Logikgatter wie NOT (1 NMOS, 1 PMOS), NOR und NAND (2 NMOS und 2 PMOS) zu demonstrieren. Das funktionierte großartig, und sie konnten darüber nachdenken, warum das Tor so funktionierte, wie es funktioniert.

Als nächstes kommen XOR und XNOR, aber es hat mich etwas gestolpert. Ich weiß, wie man eine Schaltung mit neun Transistoren herstellt, aber im Internet habe ich 6-Transistor- und sogar 3-Transistor-Lösungen gesehen. Diese gehen jedoch davon aus, dass Sie Breite und Länge ändern können, also sind diese Lösungen für ASIC-Designs gedacht, nicht für Durchgangslochkomponenten.

Meine Frage lautet also: Gibt es eine Möglichkeit, die XOR / XNOR-Gatterlogik mit handelsüblichen CMOS / PMOS-Transistoren mit nur wenigen Transistoren zu demonstrieren? Sechs Transistoren wären in Ordnung, acht etwas schlechter, aber machbar.

Vielleicht sollte ich einfach XOR/XNOR überspringen und zu Latches und Flip-Flops übergehen?

Irgendwann wird das Bauen der eigentlichen Schaltungen aus diskreten Transistoren mühsamer als lehrreich. An diesem Punkt führen Sie das Konzept der ICs (SSI/MSI) ein und verwenden sie zum Aufbau von Schaltungen. Zeigen Sie, wie sie intern funktionieren – aufgebaut aus den einfacheren Gattern, die sie bereits verstehen – indem Sie sich die Datenbücher ansehen. Bestätigen Sie ihren Betrieb auf dem Steckbrett.
Was ist mit möglichen ESD-Schäden? Denken Sie daran, dass bei diskreten Mos-Transistoren das Substrat mit der Source verbunden ist. Würden Sie BJTs in Betracht ziehen, um erste Prinzipien zu lehren, bevor Sie aufsteigen?
Die Kinder haben mit diesen speziellen CMOS-Transistoren herumgespielt und sie scheinen alle gut zu funktionieren, also ist diese Gefahr vielleicht nicht mehr so ​​groß wie früher?
@PKE, das ist so cool. Sie werden es später zu schätzen wissen.
@Autistic Ich würde mir keine allzu großen Sorgen um ESD machen. Ich habe vor langer Zeit mit BJTs und CMOS-Logik experimentiert, als ich kein Verständnis für ESD hatte. Ich habe vielleicht ein paar Komponenten beschädigt, aber das lag normalerweise nicht an ESD, sondern an anderen Fehlern, die ich gemacht habe. Meiner Erfahrung nach ist die alte CMOS-Logik der 4000er-Serie sehr robust gegenüber ESD.
@Pål-Kristian Sehr cooles Projekt übrigens, meine Mädels sind noch zu jung, aber ich plane etwas ganz Ähnliches!

Antworten (1)

Wie immer ist Wikipedia ein guter Ausgangspunkt, und hier ist eine CMOS-Schaltung Geben Sie hier die Bildbeschreibung einund 6 Transistoren, wonach Sie gefragt haben. Natürlich ist es nicht die offensichtlichste Schaltung. Ich würde empfehlen, dass es an der Zeit ist, auf CMOS-ICs umzusteigen, wobei ich die 74HC-Serie bevorzuge. Sie können daraus ein XOR-Gatter machen

4 NAND-Gatter

Da ein 74HC00-Paket praktischerweise 4 NAND-Gatter hat, ist es ein guter Anfang. Lassen Sie sie ein XOR aufbauen und zeigen Sie dann, dass 4 davon in ein einziges 74HC86-Paket passen, und Sie sind auf dem besten Weg, ihnen die Vorteile der Integration beizubringen, beginnend mit SSI (Integration im kleinen Maßstab).

Danke, das ist ein guter Rat. Allerdings habe ich diese Schaltung gesehen. Wenn Sie diese Schaltung mit Durchgangslochtransistoren bauen, werden Sie feststellen, dass die Ausgänge nicht ganz Ihren Erwartungen entsprechen.
Ja, die 6-Transistor-Schaltung erfordert separate Verbindungen zu allen Transistorsubstraten, um korrekt zu funktionieren. Wenn jedes Substrat an seine Source gebunden ist, bringen die Body-Dioden die Logik durcheinander.
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