TTL NAND en AND Poort Implementatie met Open-Collector Transistorschakelingen

Door een tweede invoer toe te voegen aan een standaard open-collector TTL inverter, verkrijgen we een schakeling die van nature een NAND-functie implementeert. In dit artikel lopen we door de analyse, verklaren de onderliggende transistor-gedrag, en tonen hoe een simpele inverter omgezet kan worden in een AND-poort door één extra inverter-trap toe te voegen.

Van Inverter naar Twee-Invoer Apparaat

Ons vertrekpunt is een conventionele open-collector TTL inverter. De schakeling wordt uitgebreid door een tweede invoerterminal te verbinden met de basis van de tweede transistor, Q2, precies zoals de eerste invoer verbonden is. Het resulterende schema ziet er als volgt uit:

Hoewel het diagram simpel is, functioneert het apparaat niet als een "twee-invoer inverter". Door logische analyse zullen we de waarheidstabel bepalen en het de juiste benaming geven.

Transistor Structuur

De "sturende" diode-cluster gemarkeerd Q1 is effectief een transistor die niet voor versterking gebruikt wordt. Een standaard NPN-transistor kan de drie PN-overgangen niet leveren die in dit netwerk nodig zijn, dus gebruiken we een transistor met één collector, één basis, en twee emitters. In de schakeling wordt het als volgt getekend:

Invoer Toestanden en Uitgang Gedrag

Met een enkele invoer, de invoer gronden dwingt de uitgang hoog (zwevend), terwijl de invoer laten zweeven of aan Vcc koppelen de uitgang laag trekt. Wanneer twee invoeren worden toegevoegd, gedragen ze zich identiek. Als één van de invoeren gegrond is, snijden Q2 af, Q3 blijft uit, en de uitgang zweeft hoog. Alleen wanneer beide invoeren hoog zijn, verzadigt Q2, Q3 gaat geleiden, en de uitgang trekt laag.

Illustraties van de drie sleuteltoestanden:

In elk geval garandeert een gegronde invoer een hoge uitgang. Het enige scenario waar de uitgang laag gaat, is wanneer beide invoeren hoog zijn, wat Q2 in verzadiging dwingt en Q3 tot geleiding brengt.

NAND Poort

Deze resultaten getabuleerd leveren de standaard NAND waarheidstabel:

Dus is een TTL NAND poort de simpelste, meest natuurlijke functie van dit open-collector ontwerp. In eerdere secties beschreven we een NAND poort als een AND poort gevolgd door een inverter. Hier zien we dat dezelfde schakeling al het NAND gedrag belichaamt zonder extra complexiteit.

Een AND Poort Creëren

Om een AND-functie te verkrijgen, voegen we simpelweg een inverter-trap toe aan de uitgang van de NAND-schakeling, net zoals we een transistor-trap toevoegen aan een TTL inverter om een buffer te maken:

De resulterende waarheidstabel en schema worden hieronder getoond:

Zowel NAND als AND poorten kunnen ook geïmplementeerd worden met totem-pole uitgangen in plaats van open-collector. Voor eenvoud presenteren we de open-collector versies hier.

Belangrijkste Inzichten

• Een tweede invoer toevoegen aan een TTL inverter levert een NAND poort.
• Een AND poort wordt verkregen door een inverter na de NAND-uitgang te plaatsen.

Gerelateerde Bronnen

• TTL Logische Poorten Werkblad