Von Transistoren zu Gates zu ... ICs?

Also versuche ich zu verstehen, was wahrscheinlich ein grundlegendes Konzept von Computern ist. Ich habe mir diese vorherige Frage angesehen: Von Transistor zu Gates

Und der zugehörige Link: http://www.cs.bu.edu/~best/courses/modules/Transistors2Gates/

Lassen Sie mich das klarstellen, wir verwenden Transistoren, um Logikgatter zu bauen, richtig? Sind das alles normalerweise Bipolar Junction Transistors? Ich sehe auch, dass wir auch mehrere Gatter wie folgt in einen IC stopfen: http://www.kpsec.freeuk.com/components/74series.htm (Übrigens haben die meisten von ihnen etwa ... 4-6 Logikgatter in sich .... gibt es so etwas wie ein EINZELNES Gatter, das Sie kaufen können, oder müssten Sie dieses einzelne NICHT / UND / ODER / Was auch immer-Gatter aus anderen Transistoren bauen)

Also ... wie zum Beispiel die ICs oben .... werden diese mit CMOS-Technologie oder TTL gebaut? Ich bin etwas verwirrt darüber, was der Unterschied zwischen einem TTL-Transistor und einem CMOS-Transistor ist. Ist das ein TTL-Transistor oder ein CMOS-Transistor? (es ist ein biopolares richtig?):

TTL oder CMOS?

Ich weiß, das sind viele Fragen, aber ich versuche nur zu verstehen, wie wir von Transistoren über Gates zu ICs gelangen. Ich meine ... die ICs, die ich oben verlinkt habe (wie die Logik-ICs der 74er-Serie), bestehen aus Gates ... die aus Transistoren (CMOS oder TTL?) gebaut werden müssen wird verkauft ... und wenn dem so ist, warum gibt es dann große Transistoren wie den obigen, wenn wir 6 Logikgatter in einen kleinen IC einbauen können?

Und kommen FETs überhaupt in Logic Gates ins Spiel ... oder nicht so sehr?

Wütend....

Bearbeiten: AUCH alle Bücher / Websites, die darüber sprechen, sind ebenfalls eine RIESIGE Hilfe.

Einzelne Gates sind als oberflächenmontierte Bauelemente (SMD) leicht erhältlich – gehen Sie zu dieser Seite und wählen Sie Number of Circuits = 1
@tcrosley Ich denke, Sie werden sie nicht als normal sehen ... wie auch immer Sie Nicht-SMD nennen würden?
@Sauron - Das Wort für Nicht-SMT ist Durchgangsloch.
@Sauron, obwohl Durchgangslochkomponenten bei Hobbyisten und Profis, die Prototypen auf einem Steckbrett bauen, immer noch beliebt sind, sind oberflächenmontierte Komponenten jetzt die "Norm" für kommerzielle Leiterplatten und das seit 15 oder mehr Jahren. Sie haben Recht, ich habe noch nie einzelne Gates mit einer geringen Anzahl von Eingängen in einem Durchgangslochgehäuse gesehen.
@tcrosley Ah, erwischt. Ich denke, SMD sind in großen Mengen viel billiger zu produzieren ... und sie sind so viel kleiner. Danke aber für die Info.
Die 7400-Serie besteht normalerweise aus einer Reihe von Gattern, die in einem einzigen IC untergebracht sind, um die Anzahl der Vcc- und GND-Pins zu reduzieren, die Sie verbinden müssen. Aber für alle Basis-Gate-Typen gibt es auch eine Variante mit einem zusätzlichen „1G“ im Namen, was Single Gate bedeutet. Manchmal braucht man nur ein einziges Gate und ein Multi-Gate-IC braucht mehr Platz, mehr Strom und man muss die ungenutzten Gates abbinden oder sie fressen viel Strom. Es gibt sie also und zwar für die meisten oder sogar alle Verpackungsformen.

Antworten (3)

Die erste umfassende Logikserie war die TTL-Serie 74xx. Dies verwendete BJTs (Bipolar Junction Transistors). Später kamen Varianten wie der oft verwendete 74LSxx hinzu, wobei das „LS“ für Low-Power-Schottky-TTL steht. Wie der Name schon sagt, verbrauchten diese weniger Strom als die eher stromhungrigen TTL und waren auch schneller. Gleichzeitig wurde die CMOS 4000 Serie entwickelt. Das "C" in CMOS steht für Complementary, was bedeutet, dass es sich um eine Kombination aus N-Kanal- und P-Kanal-MOSFETs handelt. Ihre Konstruktion ist einfacher als TTL und sie verbrauchen viel weniger Strom. Später entwickelte sich Standard-CMOS zu HCMOS, "H" für High-Speed. Die meisten 74LSxx-Typen wurden als HCMOS in der 74HCxx-Serie oder der 74HCTxx-Serie veröffentlicht, die TTL-kompatibel ist. Später wurden weitere Varianten entwickelt, wie Advanced CMOS (74ACxx).

Mikrocontroller sind in HCMOS-Technologie aufgebaut, verwenden also MOSFETs. AFAIK JFETs werden nicht für Logik-ICs verwendet. Der Transistor, den Sie im Bild zeigen, ist ein BJT, was Sie an der Pin-Bezeichnung erkennen können:

E = Emitter
B = Basis
C = Kollektor

Für einen MOSFET wären die Pins

S = Quelle
G = Gate
D = Drain

bzw.

Viele ICs der 74HCxx-Serie wurden ursprünglich in 14- oder 16-Pin-DIL-Gehäusen veröffentlicht, was bedeutete, dass sie für vier Gates mit 2 Eingängen geeignet waren. Mit der Miniaturisierung (SMT) kam die Nachfrage nach kleineren Gehäusen, auch wenn sie weniger Gates enthielten. Mehrere Hersteller bieten Single-Gate- und Dual-Gate-Versionen von Logikgattern an. Zum Beispiel hat NXP eine 74LVC1G00 (einfaches 2-Eingangs-NAND) und eine 74LVC2G00 -Version (zweifaches 2-Eingangs-NAND) des klassischen 74HC00 . 74LVCxx ist eine weitere HCMOS-Technologie. Diese Seite listet alle NXP-Logikfamilien auf.

Die meisten ICs, mit denen ich arbeiten werde (wie in eingebauten Logikgattern und dergleichen), werden also HCMOS sein? Und Sie sagen, CMOS verwendet N-Kanal und P-Kanal ... was genau bedeutet "Kanal".
@Sauron - Der Kanal ist der Pfad zwischen Source und Drain, der durch Anlegen einer Spannung an das Gate mehr oder weniger resistiv gemacht werden kann. Als würde man einen Schlauch abkneifen. In digitalen Systemen ist die angelegte Spannung entweder hoch oder niedrig, was leitend bzw. nicht leitend bedeutet. im N-Kanal. Beim P-Kanal ist es umgekehrt.
„Die erste umfassende Logikserie war die TTL-Serie 74xx“ – ich dachte, RTL und DTL gingen TTL voraus?
@Paul - Ja, aber diese waren noch nie so weit verbreitet. Lesen Sie auch das Wort „umfassend“.
@stevenvh Ist P- oder N-Kanal häufiger ... nur aus Neugier? und diese Kanäle existieren nur in FETs, richtig?
@Sauron - Ja, nur bei FETs wären die BJT-Äquivalente NPN und PNP. In HCMOS wie Logik-ICs und Mikrocontrollern werden sie beide in gleicher Anzahl verwendet. Als diskrete Komponenten würde ich sagen, dass die N-Kanal-Verbesserung am häufigsten vorkommt. (Es gibt auch Verarmungs-MOSFETs )
Ich frage mich, warum die Community zu denken scheint, dass dies eine bessere Antwort ist als meine ... vielleicht leidet sie unter TL; DR
Aus Neugier, gab es beliebte Mixed-Gate-Konfigurationen von Logik im 74xx-Stil? Ich weiß, dass viele Schaltungen aus 7400 NAND-Gattern gebaut wurden; Ich würde erwarten, dass viele solcher Schaltungen mindestens drei NAND-Gatter haben, die jeweils genau ein anderes NAND-Gatter speisen. Ich glaube nicht, dass ich jemals einen DIP14 mit drei Paaren von NAND-Gattern gesehen habe (Gate Nr. 1 jedes Paares hat zwei Eingänge, die mit Pins verbunden sind, und einen vergrabenen Ausgang; Gate Nr. 2 hat einen Eingang, der mit einem Pin verbunden ist, und einen Eingang, der verbunden ist an den Ausgang von Gatter 1), aber ich denke, ein solches Gerät wäre sehr nützlich gewesen.
@stevenvh Es ist vielleicht etwas spät für mich, das zu fragen, aber kennen Sie Orte, die beschreiben, wie Transistoren verwendet werden, um jedes Logikgatter zu bauen (wie OR / NOT / AND / etc) und welche Transistoren verwendet werden?
@Sauron - Es ist nie zu spät, eine gute Frage zu stellen! :-) Vielleicht finden Sie diese und die vorherigen/folgenden Seiten nützlich. Anschaulich erklärt mit guten Diagrammen. Für Buchtitel würde ich vorschlagen, dass Sie frühere Fragen hier durchsuchen. Ich habe keinen Titel im Sinn (habe das alles aus College-Kursen gelernt).

Wo soll man anfangen...

Logikgatter, die in VLSI-Chips verwendet werden, bestehen nicht aus Bipolar Junction Transistors (BJT), sondern verwenden Feldeffekttransistoren (FET) (Metal Oxide Semiconductor (MOS), um genau zu sein). Die in diesem Bereich verwendeten Topologien sind üblicherweise in komplementären P-Typ-Pullup- und N-Typ-Pulldown-Netzwerken zusammengesetzt. Grundsätzlich denke ich, dass diese Typen in diesem Zusammenhang verwendet werden, weil sie durch einen zuverlässigen Herstellungsprozess in sehr kleinem Maßstab erstellt werden können. Vielleicht noch wichtiger ist, dass in CMOS die Spannungspegel, Rauschgrenzen und Schaltgeschwindigkeiten zählen. Alles Dinge, die in der Computertechnik sehr wichtig sind.

TTL-Gates (ala 7400-Serie) sind integrierte (IC) Versionen der 3-Terminal-BJTs, wie Sie in Ihrem Bild zeigen, außer nicht ganz. Sie werden in geeignete Topologien (einschließlich integrierter "Widerstände") integriert, so dass sie sich aus Sicht der Eingangs-/Ausgangsspannung logisch wie boolesche Gatter verhalten. Einige der in diesen Gates verwendeten BJTs neigen auch dazu, mehrere Emitter für Eingänge zu haben (dies entspricht mehreren BJTs mit 3 Anschlüssen, deren Kollektoren und Basen miteinander verbunden sind). TTL ist der CMOS-Technologie logisch ähnlich, aber die Gates können tatsächlich eine beträchtliche Strommenge treiben und senken (z. B. 20 mA+).

Die 3-poligen BJT-Geräte haben tendenziell eine viel höhere Strombelastbarkeit als die integrierten Versionen, aber ich bin sicher, dass Sie vergleichbare integrierte Varianten finden können. 100 mA ist üblich, und mehr als 1 A sind verfügbar. Sie können damit TTL-Logik-Topologien imitieren, aber das wird in der Praxis selten, wenn überhaupt, gemacht.

Eine letzte Sache, die ich hinzufügen möchte, ist, dass die Anschlüsse von BJTs üblicherweise mit E für Emitter, C für Kollektor und B für Basis gekennzeichnet sind. Die Anschlüsse eines FET sind üblicherweise mit S für Source, D für Drain und G für Gate gekennzeichnet (nicht zu verwechseln mit einem "Logikgatter"). Die Terminals sind irgendwie analog, aber wenn sie zur Implementierung von "Logikschaltungen" verwendet werden, sind die Topologien für diese beiden Technologien sehr unterschiedlich.

Auf diese Frage gibt es bereits zwei gute Antworten, aber es ist erwähnenswert, dass dieses Thema ziemlich umfangreich ist, um tief in alle Details einzusteigen, ohne zu viel zu schreiben. Ich empfehle Ihnen dringend, sich diese MIT-Vorlesungen anzusehen, sie sind lang, aber jede Minute wert:

http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-002-circuits-and-electronics-spring-2007/

Die Vorlesungen 4 und 5 decken das ab, was Sie gefragt haben, und Vorlesung 13 ist eine gute Ergänzung.

Von Transistoren zu Gates zu ... ICs?
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