Transistores PMOS e NMOS

Os microprocesadores están feitos de transistores. En particular, están construídos a partir de transistores MOS. MOS é un acrónimo de Metal-Oxide Semiconductor. Hai dous tipos de transistores MOS: pMOS (positive-MOS) e nMOS (negative-MOS). Cada pMOS e nMOS vén equipado con tres compoñentes principais: a porta, a fonte e o drenaxe.

Para comprender correctamente como funcionan un pMOS e un nMOS, é importante definir primeiro algúns termos:

circuíto pechado: isto significa que a electricidade flúe dende a porta ata a fonte.

circuíto aberto: isto significa que a electricidade non flúe dende a porta ata a fonte; senón que a electricidade flúe dende a porta ata o sumidoiro.

Cando un transistor nMOS recibe unha tensión non desprezable, a conexión da fonte ao drenaxe actúa como un fío. A electricidade fluirá desde a fonte ata o sumidoiro sen inhibición, isto denomínase circuíto pechado. Por outra banda, cando un transistor nMOS recibe unha tensión ao redor de 0 voltios, a conexión da fonte ao drenaxe romperase e isto denomínase circuíto aberto.

Exemplo de transistor nMOS

O transistor de tipo p funciona exactamente en contra do transistor de tipo n. Mentres que o nMOS formará un circuíto pechado coa fonte cando a tensión non sexa desprezable, o pMOS formará un circuíto aberto coa fonte cando a tensión non sexa desprezable.

Exemplo de transistor pMOS

Como podes ver na imaxe do transistor pMOS que se mostra arriba, a única diferenza entre un transistor pMOS e un transistor nMOS é o pequeno círculo entre a porta e a primeira barra. Este círculo inverte o valor da tensión; polo tanto, se a porta envía unha tensión representativa dun valor de 1, entón o inversor cambiará o 1 a un 0 e fará que o circuíto funcione en consecuencia.

Dado que pMOS e nMOS funcionan de forma oposta, de forma complementaria, cando combinamos ambos nun circuíto MOS xigante, chámase circuíto cMOS, que significa semicondutor complementario de óxido metálico.

Utilizando os circuítos MOS

Podemos combinar circuítos pMOS e nMOS para construír estruturas máis complexas chamadas GATES, máis concretamente: portas lóxicas. Xa introducimos o concepto destas funcións lóxicas e as súas táboas de verdade asociadas no blog anterior, que podes atopar facendo clic en aquí.

Podemos conectar un transistor pMOS que se conecta á fonte e un transistor nMOS que se conecta á terra. Este será o noso primeiro exemplo de transistor cMOS.

Exemplo de porta NON

Este transistor cMOS actúa dun xeito similar á función lóxica NOT.

Vexamos a táboa de verdade NON:

NON táboa de verdade

Na táboa de verdade NOT, cada valor de entrada: A invírtese. Que pasa co circuíto anterior?

Ben, imaxinemos que a entrada é un 0.

O 0 entra e vai cara arriba e abaixo polo cable tanto ao pMOS (arriba) como ao nMOS (abaixo). Cando o valor 0 alcanza o pMOS, invírtese a 1; polo tanto, a conexión coa fonte está pechada. Isto producirá un valor lóxico de 1 sempre que a conexión á terra (drenaxe) non estea tamén pechada. Ben, xa que os transistores son complementarios, sabemos que o transistor nMOS non inverte o valor; polo tanto, toma o valor 0 tal e como está e, polo tanto, creará un circuíto aberto ao chan (drenaxe). Así, prodúcese un valor lóxico de 1 para a porta.

Un valor IN de 0 produce un valor OUT de 1

Que pasa se un 1 é o valor IN? Ben, seguindo os mesmos pasos anteriores, o valor 1 envíase tanto ao pMOS como ao nMOS. Cando o pMOS recibe o valor, o valor inverte a 0; así, a conexión á FONTE está aberta. Cando o nMOS recibe o valor, o valor non se inverte; así, o valor segue sendo un 1. Cando o nMOS recibe un valor de 1, a conexión péchase; polo tanto, a conexión co chan está pechada. Isto producirá un valor lóxico de 0.

Un valor IN de 1 produce un valor OUT de 0.

Ao xuntarse os dous conxuntos de entrada/saída dáse:

A táboa de verdade para unha porta NON.

É bastante doado ver que esta táboa de verdade é exactamente a mesma que a que produce a función lóxica NON. Así, esta coñécese como porta NON.

Podemos usar estes dous transistores simples para facer estruturas máis complicadas? Absolutamente! A continuación, construímos unha porta NOR e unha porta OR.

Un exemplo de porta NOR

Este circuíto usa dous transistores pMOS na parte superior e dous transistores nMOS na parte inferior. De novo, vexamos a entrada da porta para ver como se comporta.

Cando A é 0 e B é 0, esta porta inverte ambos os valores a 1 cando cheguen aos transistores pMOS; non obstante, os transistores nMOS manterán o valor de 0. Isto levará á porta a producir un valor de 1.

Cando A é 0 e B é 1, esta porta invertirá os dous valores cando cheguen aos transistores pMOS; polo tanto, A cambiará a 1 e B cambiará a 0. Isto non levará á fonte; xa que os dous transistores requiren un circuíto pechado para conectar a entrada á fonte. Os transistores nMOS non inverten os valores; así, o nMOS asociado con A producirá un 0, e o nMOS asociado con B producirá un 1; así, o nMOS asociado a B producirá un circuíto pechado ao chan. Isto levará á porta a producir un valor de 0.

Cando A é 1 e B é 0, esta porta invertirá os dous valores cando cheguen aos transistores pMOS; polo tanto, A cambiará a 0 e B cambiará a 1. Isto non levará á fonte; xa que os dous transistores requiren un circuíto pechado para conectar a entrada á fonte. Os transistores nMOS non inverten os valores; así, o nMOS asociado con A producirá un 1, e o nMOS asociado con B producirá un 0; así, o nMOS asociado a A producirá un circuíto pechado ao chan. Isto levará á porta a producir un valor de 0.

Cando A é 1 e B é 1, esta porta invertirá os dous valores cando cheguen aos transistores pMOS; polo tanto, A cambiará a 0 e B cambiará a 0. Isto non levará á fonte; xa que os dous transistores requiren un circuíto pechado para conectar a entrada á fonte. Os transistores nMOS non inverten os valores; así, o nMOS asociado a A producirá un 1, e o nMOS asociado a B producirá un 1; así, o nMOS asociado a A e o nMOS asociado a B producirán un circuíto pechado ao chan. Isto levará á porta a producir un valor de 0.

Así, a táboa de verdade da porta é a seguinte:

A saída da porta NOR.

Mentres tanto, a táboa de verdade da función lóxica NOR é a seguinte:

A saída da función lóxica NOR.

Así, confirmamos que esta porta é unha porta NOR porque comparte a súa táboa de verdade coa función lóxica NOR.

Agora, xuntaremos as dúas portas que creamos ata agora para producir unha porta OU. Lembre, NOR significa NON OU; polo que, se invertimos unha porta xa invertida, recuperaremos a orixinal. Poñamos isto a proba para velo en acción.

Exemplo de porta OR

O que fixemos aquí é que tomamos a porta NOR de antes e aplicamos unha porta NOT á saída. Como mostramos anteriormente, a porta NOT tomará un valor de 1 e producirá un 0, e a porta NOT tomará un valor de 0 e sairá un 1.

Isto tomará os valores da porta NOR e converterá todos os 0s en 1s e os 1s en 0s. Así, a táboa de verdade será a seguinte:

Táboa de verdade dunha porta NOR e dunha porta OR

Se queres practicar máis probando estas portas, non dubides en probar por ti mesmo os valores anteriores e comprobar que a porta produce resultados equivalentes.

Exemplo de porta NAND

Afirmo que esta é unha porta NAND, pero imos probar a táboa de verdade desta porta para determinar se realmente é unha porta NAND.

Cando A é 0 e B é 0, o pMOS de A producirá un 1 e o nMOS de A producirá un 0; así, esta porta producirá un 1 lóxico xa que está conectada á fonte cun circuíto pechado e desconectada da terra cun circuíto aberto.

Cando A é 0 e B é 1, o pMOS de A producirá un 1 e o nMOS de A producirá un 0; así, esta porta producirá un 1 lóxico xa que está conectada á fonte cun circuíto pechado e desconectada da terra cun circuíto aberto.

Cando A é 1 e B é 0, o pMOS de B producirá un 1 e o nMOS de B producirá un 0; así, esta porta producirá un 1 lóxico xa que está conectada á fonte cun circuíto pechado e desconectada da terra cun circuíto aberto.

Cando A é 1 e B é 1, o pMOS de A producirá un 0 e o nMOS de A producirá un 1; polo tanto, debemos comprobar tamén os pMOS e nMOS de B. O pMOS de B producirá un 0 e o nMOS de B producirá un 1; así, esta porta producirá un 0 lóxico xa que está desconectada da fonte cun circuíto aberto e conectada a terra cun circuíto pechado.

A táboa de verdade é a seguinte:

A táboa de verdade da porta anterior.

Mentres tanto, a táboa de verdade da función lóxica NAND é a seguinte:

Así, verificamos que esta é, de feito, unha porta NAND.

Agora, como construímos unha porta AND? Ben, construíremos unha porta AND exactamente do mesmo xeito que construímos unha porta OU a partir dunha porta NOR! Achegaremos un inversor!

Exemplo de porta AND

Dado que todo o que fixemos é aplicar unha función NOT á saída dunha porta NAND, a táboa de verdade será así:

Táboa de verdade completa de AND e NAND

De novo, verifica para asegurarte de que o que che estou dicindo é a verdade.

Hoxe, cubrimos o que son os transistores pMOS e nMOS, así como como usalos para construír estruturas máis complexas. Espero que este blog sexa informativo. Se queres ler os meus blogs anteriores, atoparás a lista a continuación.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes