Tại sao chúng ta cần sử dụng bóng bán dẫn khi xây dựng cổng OR?

Tại sao chúng ta cần sử dụng bóng bán dẫn khi xây dựng một ORcổng? Chúng ta sẽ không thể đạt được kết quả tương tự mà không cần bóng bán dẫn, chỉ bằng cách nối hai đầu vào và đọc đầu ra?

Những gì bạn mô tả được gọi là có dây HOẶC kết nối . Có thể trong một số họ logic, đặc biệt là ECL (logic kết hợp bộ phát), nhưng không có trong các họ phổ biến nhất (TTL và CMOS).

Trong CMOS, điều đó là không thể bởi vì khi đầu ra CMOS ở mức thấp, nó sẽ tạo ra một khoảng cách rất gần từ chân đầu ra thông qua chip xuống đất. Và khi nó ở mức cao, nó tạo ra một khoảng rất ngắn từ VDD thông qua chip đến chân đầu ra.

Vì vậy, nếu bạn liên kết hai đầu ra CMOS với nhau và một đầu ra cao trong khi đầu ra khác ở mức thấp, bạn sẽ có một khoảng cách rất gần từ VDD xuống đất, điều này sẽ tạo ra một dòng điện lớn và có thể quá nóng một hoặc hai chip còn lại.

Đối với TTL, có một vấn đề tương tự, nhưng "quần short" từ chân đầu ra đến VDD hoặc mặt đất không hoàn toàn gần như ngắn như trong CMOS.

Có một kiểu đầu ra biến thể, được gọi là cống mở cho CMOS hoặc bộ thu mở cho TTL, cho phép có dây VÀ thay vì có dây OR. Các đầu ra này được thiết kế để chỉ có thể chìm dòng xuống đất, không thể tạo ra bất kỳ dòng đầu ra nào khi chúng ở trạng thái cao. Chúng thường được sử dụng với một điện trở kéo lên bên ngoài để điện áp đầu ra sẽ thực sự đạt đến mức điện áp "cao" khi được yêu cầu.

Lưu ý: Có thể sử dụng bộ thu mở hoặc cống mở cho dây có dây HOẶC nếu bạn sử dụng logic thấp hoạt động (điện áp thấp đại diện cho logic 1, điện áp cao đại diện cho logic 0).

điều này cho phép bạn "tham gia đầu ra"

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu bạn chỉ kết nối các dây, bạn sẽ có khả năng (khá có thể) là 0 và 1 với nhau. Vì 0 là gnd và 1 là 5V (tùy thuộc vào chip, nhưng đó là tiêu chuẩn), bạn sẽ có 5V và gnd được kết nối với nhau bằng dây. Thuật ngữ cho điều đó là một mạch ngắn!

Bạn có thể sử dụng điốt cho một cổng OR đơn giản. Hoặc thậm chí là điện trở. Các vấn đề xảy ra khi bạn kết nối cổng này với cổng khác, mạch khác. Bạn có thể xây dựng một cổng AND từ 2 điốt theo cách khác. Nhưng nếu bạn cố gắng kết nối nhiều trong số chúng lại với nhau, bạn sẽ kết thúc với một mạch khổng lồ không hoạt động như những phần riêng biệt nhỏ, mà là một phần lớn. Các kết nối không có trong kế hoạch cổng đơn giản của bạn, có thể mọc lên trong cuộc sống thực, làm rối tung những gì bạn muốn xảy ra.

Một bóng bán dẫn cho phép bạn tách đầu vào từ đầu ra. Đầu ra của một bóng bán dẫn không thể phản hồi ngược và ảnh hưởng đến đầu vào của nó. Rơle sẽ là một lựa chọn khác, mặc dù chậm hơn. Vì công tắc không thể ảnh hưởng đến nam châm điện.

Logic ban đầu là RTL hoặc DTL, logic bóng bán dẫn hoặc logic bóng bán dẫn. Các điện trở, lúc đầu, sau đó là điốt sau, được sử dụng để tạo thành cổng, sau đó một bóng bán dẫn hoạt động để đệm kết quả, vì vậy cổng tiếp theo bạn sử dụng không phản hồi qua cổng này cho đầu vào của nó.

Bây giờ, vì các bóng bán dẫn trên chip hầu như miễn phí, về mặt tài chính, chúng tôi có sự sang trọng của mọi thứ được đệm và tách biệt. Thông thường đó là những gì chúng ta muốn. Logic logic!

Xem xét những gì xảy ra nếu một đầu vào cao và một đầu vào thấp và bạn kết nối hai đầu vào. Nó phụ thuộc vào cách bạn xây dựng cổng logic của bạn.

Nếu các cổng logic của bạn được thiết kế sao cho mức cao thực sự được kéo lên cao và mức thấp thực sự bị kéo xuống thấp (CMOS) thì đây là một mạch ngắn và một cái gì đó sẽ nổ tung.

Nếu các cổng logic của bạn được thiết kế sao cho mức cao là "yếu" hoặc điện trở cao (ví dụ: NMOS) thì đầu ra sẽ thấp, nhưng đầu vào khác (được cho là cao) sẽ bị buộc phải ở mức thấp mặc dù nó được cho là cao và điều này sẽ có tác dụng kích thích các cổng logic khác sử dụng cùng một đầu vào.

Có một cách tiếp cận tương tự:
Kết hợp bất kỳ số lượng đầu vào (giả sử 0 hoặc 5 volt) với điện trở.
Nếu điện áp kết quả là 0, tất cả đều tắt.
Nếu điện áp kết quả là 5, thì tất cả đều bật.
Điện áp ở giữa chỉ ra rằng một số được bật và một số tắt.
Ví dụ: Nếu có 4 đầu vào, 2,5 volt có nghĩa là 2 bật và 2 tắt.

result == 0: cũng không phải cổng
kết quả == 5: và
kết quả cổng ! = 0: hoặc
kết quả cổng ! = 5: cổng nand

Bạn không cần bóng bán dẫn cho đầu vào, chỉ cần đầu ra để kiểm tra điện áp và khôi phục kết quả logic 0 hoặc 5 volt.

Điều này có thể được sử dụng cho một nút mạng thần kinh tương tự có chức năng đầu ra phi tuyến tính có kết quả "mềm" có thể không hoàn toàn đúng hoặc sai.

Sau khi suy nghĩ: Các
điện trở được sử dụng theo cách này có thể làm chậm tốc độ logic do điện dung theo các điện trở phải được sạc hoặc xả khi đầu vào thay đổi. Ngoài ra, sử dụng bóng bán dẫn có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng. Các điện trở được sử dụng theo cách này luôn có thể tiêu thụ năng lượng với sự pha trộn của các trạng thái đầu vào. Với các bóng bán dẫn, mức tiêu thụ điện năng có thể được chia một cách xấp xỉ bằng mức tăng của các bóng bán dẫn.

Với một số yếu tố logic (tất cả các cửa xe đều vặn lên cùng một đèn), điều này là có thể, nhưng không phải với cổng CMOS vì chúng được chế tạo với các bóng bán dẫn FET kênh P và N để chúng cần đầu vào điện áp cao và thấp được xác định để cung cấp đầu ra , đầu vào không thể để nổi. Kết nối các đầu ra CMOS với nhau sẽ không hoạt động.