Wie funktioniert diese BJT-Schaltung als NAND-Gatter?

Am besten ist es, jeden Fall einzeln zu analysieren. Dieses Gate hat zwei Eingangssignale, also nur vier zu analysierende Kombinationen. Notieren Sie für jeden Fall die Eingaben und die daraus resultierende Ausgabe. Nach den vier Fällen hast du eine Wahrheitstabelle, von der du sagst, dass du sie bereits verstehst.

Hier ist der Fall mit beiden Eingängen 0:

Beide Transistoren sind offensichtlich ausgeschaltet, sodass der Pullup den Ausgang hoch treibt.

Führen Sie nun den (1,0)-Eingabefall aus:

Der untere Transistor ist offensichtlich ausgeschaltet, also kann der Ausgang wieder nur hoch sein.

Fall (0,1):

Fall (1,1):

Aus diesen vier Fällen erhält man die Wahrheitstabelle:

  Ein1 Ein2 Aus
  --- --- ---
    0 0 1
    1 0 1
    0 1 1
    1 1 0

das ist die NAND-Funktion.

Wenn einer der Transistoren ausgeschaltet ist (dh die Eingänge A oder B sind LOW), ist die Verbindung zwischen Ausgang und Masse offen. In diesem Fall ist der Ausgang HIGH. Sie können sich diesen Fall besser vorstellen, indem Sie die Transistoren aus der Schaltung entfernen.

Um dies zu ändern, müssen beide Eingänge eingeschaltet werden (beide Transistorbasissignale auf HIGH ändern), damit der Ausgang mit Masse (LOW) verbunden wird. Sie können sich diesen Fall vorstellen, indem Sie Emitter-Kollektor jedes Transistors kurzschließen oder die Verbindungen durch einen Draht ersetzen.

Das ist genau die Wahrheitstabelle eines NAND: Der Ausgang ist nur LOW, wenn beide Eingänge A und B HIGH sind.

Sie müssen sich nicht jede mögliche Kombination von Transistoren merken, um Fragen wie diese zu beantworten. Um Probleme wie das vorgestellte und das andere, das in einem Kommentar unten verlinkt ist , zu lösen , sollten Sie so argumentieren, wie ich es hier tue.

Sie müssen verstehen, wie ein Transistor funktioniert (in diesem Fall als Schalter). Dann können Sie feststellen, ob der Transistor leitet oder nicht. Wenn es leitend ist, können Sie die Schaltung vereinfachen, indem Sie die Kollektor-Emitter-Verbindung durch einen Kurzschluss (dh einen Draht) ersetzen. Wenn es nicht leitet, können Sie die Verbindung durch einen offenen Stromkreis ersetzen. Anschließend löst ihr die resultierenden Schaltungen.

Natürlich vereinfache ich die Dinge zu sehr, aber nur aus didaktischen Gründen. Transistoren haben viele andere Eigenschaften, die wir hier abstrahiert haben, aber das sollte im wirklichen Leben berücksichtigt werden, da es die Ergebnisse solcher Schaltungen beeinflusst.

Eingang A und Eingang B sind beide mit beispielsweise +5 Volt verbunden. Der obere Widerstand ist ebenfalls mit +5 Volt verbunden. Nehmen wir an, alle Widerstandswerte sind 1K. Wenn sowohl A als auch B nicht eingeschaltet sind, kann der Strom vom oberen Widerstand die untere Masse nicht erreichen. Dies bedeutet, dass der Strom an den Ausgangspfad gesendet wird. Dieser obere Widerstand wird in diesem Fall als Pull-up-Widerstand bezeichnet.

Wenn sowohl A als auch B eingeschaltet sind, fließt der gesamte Strom zur unteren Masse. Dies liegt daran, dass die Transistoren bis zu 100-mal mehr Strom vom oberen Widerstand zur unteren Masse fließen lassen als von den Eingängen in die Masse, wenn er in die Basis des Transistors fließt. Wenn der Strom zur unteren Masse fließt, ist der Spannungsabfall am oberen Widerstand sehr hoch, nahe bei 5 Volt. Dies bedeutet, dass am Ausgangspunkt der Schaltung grundsätzlich keine Spannung anliegt, wenn die Eingänge A und B beide eingeschaltet sind.

UND- und NAND-Logikgatter können verwirrend sein, da sie beide mit zwei Transistoren aufgebaut werden können. Um jedoch einen Ausgang weiter nach unten in die Schaltung zu senden, benötigt das UND-Gatter drei Transistoren. Es ist also fair, zunächst von diesen Logikgattern verwirrt zu werden. Ich habe kürzlich ein Video gemacht, in dem erklärt wird, wie man all die verschiedenen Arten von Logikgattern baut. Einschließlich der Erstellung eines NAND-Gatters und 7 Möglichkeiten zur Implementierung eines UND-Gatters. https://youtu.be/nB6724G3b3E