Transistor PMOS e NMOS

I microprocessori sono costruiti con transistor. In particolare, sono costruiti con transistor MOS. MOS è l'acronimo di Metal-Oxide Semiconductor. Esistono due tipi di transistor MOS: pMOS (MOS positivo) e nMOS (MOS negativo). Ogni pMOS e nMOS è dotato di tre componenti principali: il gate, la sorgente e il drenaggio.

Per comprendere correttamente come funzionano un pMOS e un nMOS, è importante definire prima alcuni termini:

circuito chiuso: significa che l'elettricità scorre dal cancello alla sorgente.

circuito aperto: significa che l'elettricità non scorre dal cancello alla sorgente; ma piuttosto, l'elettricità scorre dal cancello allo scarico.

Quando un transistor nMOS riceve una tensione non trascurabile, la connessione dalla sorgente al pozzo funge da filo. L'elettricità scorrerà dalla sorgente allo scarico senza impedimenti: questo è indicato come circuito chiuso. D'altra parte, quando un transistor nMOS riceve una tensione intorno a 0 volt, la connessione dalla sorgente al drain viene interrotta e questo viene definito circuito aperto.

Esempio di transistor nMOS

Il transistor di tipo p funziona esattamente in contrasto con il transistor di tipo n. Mentre l'nMOS formerà un circuito chiuso con la sorgente quando la tensione non è trascurabile, il pMOS formerà un circuito aperto con la sorgente quando la tensione non è trascurabile.

Esempio di transistor pMOS

Come puoi vedere nell'immagine del transistor pMOS mostrata sopra, l'unica differenza tra un transistor pMOS e un transistor nMOS è il piccolo cerchio tra il gate e la prima barra. Questo cerchio inverte il valore dalla tensione; quindi, se il gate invia una tensione rappresentativa di un valore di 1, l'inverter cambierà 1 in uno 0 e farà funzionare il circuito di conseguenza.

Poiché pMOS e nMOS funzionano in modo opposto, in modo complementare, quando li combiniamo entrambi in un circuito MOS gigante, viene chiamato circuito cMOS, che sta per semiconduttore di ossido di metallo complementare.

Utilizzo dei circuiti MOS

Possiamo combinare circuiti pMOS e nMOS per costruire strutture più complesse chiamate GATES, più precisamente: porte logiche. Abbiamo già introdotto il concetto di queste funzioni logiche e delle relative tavole di verità nel blog precedente, che puoi trovare cliccando qui.

Possiamo collegare un transistor pMOS che si collega alla sorgente e un transistor nMOS che si collega a terra. Questo sarà il nostro primo esempio di transistor cMOS.

Esempio di cancello NOT

Questo transistor cMOS agisce in modo simile alla funzione logica NOT.

Diamo un'occhiata alla tabella di NON verità:

NON tavola di verità

Nella tabella di verità NOT, ogni valore di input: A è invertito. Cosa succede con il circuito sopra?

Bene, immaginiamo che l'input sia uno 0.

Lo 0 entra e va su e giù per il filo sia per il pMOS (in alto) che per l'nMOS (in basso). Quando il valore 0 raggiunge il pMOS, viene invertito a 1; quindi, la connessione alla sorgente è chiusa. Questo produrrà un valore logico di 1 fintanto che anche il collegamento a terra (scarico) non è chiuso. Bene, poiché i transistor sono complementari, sappiamo che il transistor nMOS non invertirà il valore; quindi, assume il valore 0 così com'è e, quindi, creerà un circuito aperto verso terra (drain). Pertanto, per la porta viene prodotto un valore logico di 1.

Un valore IN di 0 produce un valore di OUT di 1

Cosa succede se un 1 è il valore IN? Bene, seguendo gli stessi passaggi di cui sopra, il valore 1 viene inviato sia a pMOS che a nMOS. Quando il valore viene ricevuto dal pMOS, il valore viene invertito a 0; quindi, la connessione alla FONTE è aperta. Quando il valore viene ricevuto da nMOS, il valore non viene invertito; quindi, il valore rimane un 1. Quando un valore di 1 viene ricevuto dall'nMOS, la connessione viene chiusa; quindi, il collegamento a terra è chiuso. Questo produrrà un valore logico di 0.

Un valore IN di 1 produce un valore OUT di 0.

Mettendo insieme i due insiemi di input/output si ottiene:

La Tavola della Verità per un cancello NOT.

È abbastanza facile vedere che questa tabella di verità è esattamente la stessa di quella che la funzione logica NON produce. Pertanto, questo è noto come porta NOT.

Possiamo usare questi due semplici transistor per creare strutture più complicate? Assolutamente! Successivamente, costruiremo una porta NOR e una porta OR.

Un esempio di cancello NOR

Questo circuito utilizza due transistor pMOS in alto e due transistor nMOS in basso. Di nuovo, diamo un'occhiata all'input del gate per vedere come si comporta.

Quando A è 0 e B è 0, questa porta inverte entrambi i valori a 1 quando raggiungono i transistor pMOS; tuttavia, i transistor nMOS manterranno entrambi il valore di 0. Ciò porterà il gate a produrre un valore di 1.

Quando A è 0 e B è 1, questa porta inverte entrambi i valori quando raggiungono i transistor pMOS; quindi, A cambierà in 1 e B cambierà in 0. Questo non porterà alla fonte; poiché entrambi i transistor richiedono un circuito chiuso per collegare l'ingresso alla sorgente. I transistor nMOS non invertono i valori; quindi, l'nMOS associato ad A produrrà uno 0 e l'nMOS associato a B produrrà un 1; quindi, l'nMOS associato a B produrrà un circuito chiuso a terra. Questo porterà il gate a produrre un valore di 0.

Quando A è 1 e B è 0, questa porta inverte entrambi i valori quando raggiungono i transistor pMOS; quindi, A cambierà in 0 e B cambierà in 1. Questo non porterà alla fonte; poiché entrambi i transistor richiedono un circuito chiuso per collegare l'ingresso alla sorgente. I transistor nMOS non invertono i valori; quindi, l'nMOS associato ad A produrrà un 1 e l'nMOS associato a B produrrà uno 0; quindi, l'nMOS associato ad A produrrà un circuito chiuso a terra. Questo porterà il gate a produrre un valore di 0.

Quando A è 1 e B è 1, questa porta inverte entrambi i valori quando raggiungono i transistor pMOS; quindi, A cambierà in 0 e B cambierà in 0. Questo non porterà alla fonte; poiché entrambi i transistor richiedono un circuito chiuso per collegare l'ingresso alla sorgente. I transistor nMOS non invertono i valori; quindi, l'nMOS associato ad A produrrà un 1 e l'nMOS associato a B produrrà un 1; quindi, l'nMOS associato ad A e l'nMOS associato a B produrranno un circuito chiuso a massa. Questo porterà il gate a produrre un valore di 0.

Pertanto, la tabella di verità della porta è la seguente:

L'uscita della porta NOR.

Nel frattempo, la tabella di verità della funzione logica NOR è la seguente:

L'uscita della funzione logica NOR.

Pertanto, abbiamo confermato che questa porta è una porta NOR perché condivide la sua tabella di verità con la funzione logica NOR.

Ora, metteremo insieme entrambe le porte, che abbiamo creato finora, per produrre una porta OR. Ricorda, NOR sta per NOT OR; quindi, se invertiamo una porta già invertita, otterremo l'originale. Mettiamolo alla prova per vederlo in azione.

Esempio di porta OR

Quello che abbiamo fatto qui è che abbiamo preso la porta NOR di prima e applicato una porta NOT all'uscita. Come mostrato sopra, la porta NOT assumerà un valore di 1 e emetterà uno 0, e la porta NOT assumerà un valore di 0 e emetterà un 1.

Questo prenderà i valori della porta NOR e convertirà tutti gli 0 in 1 e gli 1 in 0. Pertanto, la tavola di verità sarà la seguente:

Tavola di verità di una porta NOR e una porta OR

Se desideri fare più pratica nel testare queste porte, sentiti libero di provare tu stesso i valori di cui sopra e osserva che la porta produce risultati equivalenti!

Esempio di porta NAND

Affermo che questa è una porta NAND, ma testiamo la tabella della verità di questa porta per determinare se si tratta davvero di una porta NAND.

Quando A è 0 e B è 0, pMOS di A produrrà un 1 e nMOS di A produrrà uno 0; quindi, questa porta produrrà un 1 logico poiché è collegata alla sorgente con circuito chiuso e scollegata da terra con circuito aperto.

Quando A è 0 e B è 1, pMOS di A produrrà un 1 e nMOS di A produrrà uno 0; quindi, questa porta produrrà un 1 logico poiché è collegata alla sorgente con circuito chiuso e scollegata da terra con circuito aperto.

Quando A è 1 e B è 0, pMOS di B produrrà un 1 e nMOS di B produrrà uno 0; quindi, questa porta produrrà un 1 logico poiché è collegata alla sorgente con circuito chiuso e scollegata da terra con circuito aperto.

Quando A è 1 e B è 1, pMOS di A produrrà uno 0 e nMOS di A produrrà un 1; quindi, dobbiamo controllare anche pMOS e nMOS di B. pMOS di B produrrà uno 0 e nMOS di B produrrà un 1; quindi, questa porta produrrà uno 0 logico poiché è scollegata dalla sorgente con circuito aperto e collegata a terra con circuito chiuso.

La tavola di verità è la seguente:

La tabella della verità del cancello sopra.

Nel frattempo, la tabella di verità della funzione logica NAND è la seguente:

Quindi, abbiamo verificato che questa è, effettivamente, una porta NAND.

Ora, come costruiamo un cancello AND? Bene, costruiremo un cancello AND esattamente nello stesso modo in cui abbiamo costruito un cancello OR da un cancello NOR! Attaccheremo un inverter!

Esempio di porta AND

Poiché tutto ciò che abbiamo fatto è stata applicata una funzione NOT all'output di una porta NAND, la tabella della verità sarà simile a questa:

Tavola di verità completa di AND e NAND

Ancora una volta, verifica per assicurarti che ciò che ti sto dicendo sia la verità.

Oggi abbiamo spiegato cosa sono i transistor pMOS e nMOS e come usarli per costruire strutture più complesse! Spero che tu abbia trovato questo blog informativo. Se vuoi leggere i miei blog precedenti, troverai l'elenco qui sotto.

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