Jak działa bramka NAND z tranzystorami wieloemiterowymi? Wyjaśnienie krok po kroku

Mam taki problem z logicznym zrozumieniem działania bramki NAND...może nie mam tyle godzin w technikum co elektronicy bo jestem na teleinformatyce i babka tylko 1 lekcje na to poswieciła i byle jak wytłumaczyla wiec możę coś wy mi w głowie rozjaśnicie...po pierwsze to nie czaje jak może byc bramka niby z tran. wieloemiterowym i prądy pokazane są żę wypływają z bramki to co sygnały sa chyba wprowadzane...no dalej jeśli ten stopień wejsciowy jest tran. NPN to jak może dalej byc przepływ prądu przez kolektor do następnego stopnia tran. inwertera i ostatni stopień wyjściowy jest złożony z 2 tran. zrobionych w układzie przeciwosobnym to niby jak ten dolny przewodzi to jest na bramce na wyjściu stan niski no z tym bym sie zgodzil jakby nie fakt ze ten tranzystor musi byc w stanie nasycenia a jak jest w nim to 2 złącza sa przewodzące wiec wyjscie powinno przewodzic tak i tak bo złącze BC jest przewodzące...
...nie wiem czy tylko mi to trudno zrozumiec... ale elektronike w miare zrozumiałem do diód puzniej jak weszły tranzystory to porażka bo niby tu mi tłumaczą ze prąd czyli elektrony płynie do kolektora z emitera a puźniej piszą że prad Emitera=Ib+Ic wiec sami niby siebie przeczą...

jak możecie wytłumaczcie mi to konkretnie i logicznie....z góry dzięki...

Proponuję udać się do biblioteki szkolnej (lub innej technicznej) i znaleźć książki z serii "Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz" Dietera Nuhrmana która była wydana w latach 80-tych XX wieku przez wydawnictwo WKiŁ. Tam jest to bardzo "łopatoligicznie" wytłumaczone.

Pozdrawiam wszystkich

jjanek

To może potraktuj bramkę jako czarną skrzynkę. Która w zależności od tego jakie napięcia panują na jej wejściach. Podłącza wyjście albo do plusa (stan wysoki) albo do minusa (masy stan niski i w obwodzie wejściowym żaden prąd nie płynie. Tak zazwyczaj to sie robi i nikt nie ogląda schematów jak bramka jest fizycznie zbudowana.
I bramka NAND daje stan niski (L; 0) na wyjście tyko wtedy gdy na obydwu jej wejściach panuje stan wysoki (H; 1)


I jak czujesz sie na siłach przeanalizuj te schematy

I powiedz jak płynie prąd i kiedy dioda świeci a kiedy nie.

SekcjaA2TT napisał:

...nie wiem czy tylko mi to trudno zrozumiec... ale elektronike w miare zrozumiałem do diód puzniej jak weszły tranzystory to porażka bo niby tu mi tłumaczą ze prąd czyli elektrony płynie do kolektora z emitera a puźniej piszą że prad Emitera=Ib+Ic wiec sami niby siebie przeczą...

Niestety podstawy tak jak tabliczka mnożenia , ułatwiają później życie a ich nieznajomość komplikuje. Twoje wątpliwości co do kierunku płynięcia prądu i kierunku przepływu elektronów są uzasadnione ponieważ przyjmujesz , że kierunek przepływu prądu=kierunek przepływu elektronów.

NO jesli chodzi o ten pierwszy to jeszcze nie wiem ale o ten drugi to diody benda swiecic wtedy kiedy przełączniki push benda zwarte poniewas dopływ pradu na baze spowoduje przepływ pradu przez gałez gdzie sa kolektory a ze diody benda tam w weźle znaczy na tej gałęźi to prad się rozpłynie i diody bendą swiecic...ale co mianowicie z tego??

Dodano po 8 [minuty]:

aha i nie tłumaczcie mi i nie pokazujcie tablicy prawd stanów logicznych bo to to znam na pamiec i jakos to logicznie moge zrozumiec...

Zdania kończymy kropkami, będą, ponieważ też inaczej się piszę. Proszę poprawić.

Tremolo

Tranzystory będą przewodzić gdy przełączniki są wciśnięte to racja. Ale zauważ różnice w podłączeniu LED pod lewy tranzystor i prawy. Lewa Led jest w obwodzie kolektora i prąd kolektora jest również prądem diody Led, natomiast w prawym jest inaczej.

sprawdzam czy rozumiesz jak działa tranzystor. Bo jak chcesz zrozumieć schemat bramki NAND gdy nie rozumiesz jak działa tranzystor?


Teraz pierwszy układ;
Wciśniecie przycisku powoduje przepływ prądy bazy a tym samy i przepływ prądu kolektora od plusa przez diodę złącze kolektor-emiter do masy. Czyli dioda świeci
Puszczenie przycisku powoduje ze prąd bazy nie płynie. A tym samym nie płynie prąd kolektora i dioda nie świecie

W drugim schemacie w spoczynku czyli przycisk nie jest wcisniety.
Prąd bazy nie płynie. A to oznacza ze tranzystor jest zatkany. Czyli tak ja by go w ogóle na schemacie nie było tranzystora i dioda LED świeci.
Wciśniecie przycisku powoduje przepływ prądu bazy w obwodzie + baterii rezystor złącze baza-emiter i do minusa baterii. Przepływ prądu bazy powoduje przepływ prądu kolektora, a ze prąd jest leniwy to cały prąd płynący przez rezystor w kolektorze popłynie do tranzystora omijając diodę i dioda zgaśnie.
Podsumowując wciśniecie przycisku gasi diodę.

A tu kolejny układ

jak zrozumiesz jak on dział to już będziesz bliski od zrozumienia jak działa bramka NAND
http://www.opcode.eu.org/elektronika/ideowy_NAND.png
No ot powiedz mi co sie będzie dział w tym układzie. Która dioda (D1, D2) kiedy będzie świecić?

no jest troche inaczej ale przecież tam poprostu jest węzeł w którym poprostu rozdzieli sie prąd i dioda bendzie raczej przewodzic no prad sie rozdzieli tam...

Połącz dwie żarówki 230V szeregowo i włącz je pod 230V . Obie będą świecić (słabo , ale będą). Teraz jedną żarówkę zwierasz (tak jak tranzystor zwiera końcówki diody Led) . Co się stanie? Ano ta zwarta żarówka przestanie świecić podobnie jak " zwarta" dioda przez tranzystor.

własnie nie rozumiem tego przypadku jak napisałeś że prad jest "leniwy" to czy przez diode w ogole nie płynie prąd bo tak by było jakby tranzystor stanowił zwarcie ale jak ma pewną rezyztancje a raczej złącze pn to przecież przez diode też popłynie...czy może mam to rozumiec ze prad popłynie przez diode ale za mały dlatego nie zaswieci..

Spadek na diodzie możemy przyjąć rzędu 2V by mogła świecić a spadek na tranzystorze jest mniejszy niż 1 V to tak jak z tymi żarówkami jedna jest zwarta przez oporniczek na którym będzie napięcie 30V więc żarowka na 230V nie zaświeci nie zażarzy się .

Prąd jest leniwy i popłynie go więcej tak gdzie jest mniejszy opór. I własne nasycony tranzystor stanowi praktycznie zwarcie dla płynącego prądu. I przez diodę prąd w ogóle nie popłynie.

Teraz jak mi napisałeś że taki tranzystor w stanie nasycenia stanowi zwarcie to czaje czemu nie swieci praktycznie cały prad płynie przez kolektor...
a jeśli chodzi o ten drugi schemat to nie jestem pewien ale bendzie chyba tak że jesli bendzie rozwarty włącznik to benda swiecily 2 diody ponieważ przez ten tranzystor dolny nie bendzie przewodził...ale jeśli włączymy ten włącznik to na pewno bendzie przewodzic dolny czyli T1 ponieważ doprowadzony zostanire prąd na baze i przez to zacznie przewodzic dioda D1 lecz dioda D2 nie bendzie przewodzic ponieważ w gałęzi od diody D1 kolektor spowoduje praktycznie zwarcie i nie pozwoli wpłynac prądowi do bazy T2 co nie spowoduje świecenia diody D2...dobrze rozumiem??

Tak to mniej więcej będzie wyglądało.

No a teraz ta straszna bramka NAND

I teraz zastanów sie co sie będzie działo gdy wejścia A i B podłączymy do plusa zasilania.

W uproszczeniu tranzystor NPN może być w jednym z trzech stanów:
(rozpatrujemy układ wspólnego emitera - emiter jest punktem wspólnym dla wejścia i wyjścia)


- odcięcia ->

Ube=0,
Uce=Ucc,
Ubc=-Ucc,
Ib=0,
Ic=0



(niezerowe wartości prądów wynikają z prądów woltomierzy)


- aktywnym -> przewodzi złącze baze-emiter, złącze baza-kolektor nieprzewodzi

Ube≈0.7V,
Uce=Ucc-Ic*Rc
Ubc=Ube-(Ucc-Ic*Rc)
Ib=(Uwe-Ube)/Rb
Ic=β*Ib
Ie=Ib+Ic



Gdy napięcie Uce spada poniżej Ube zaczyna przewodzić złące B-C
i tranzystor się nasyca.

- nasycenia -> przewodzą oba złącza tranzystora

Ube=0.7V
Uce=Ube+Ubc=0.7+(-0.5V)=0.2V <- napięcie nasycenia Ucesat
Ubc=-0.5V

Ib=(Uwe-Ube)/Rb
Ic - nie zależy od Ib
Ic=(Ucc-Ucesat)/Rc
Ie=Ib+Ic



Jest jeszcze czwarta możliwość gdy kolektor jest zamieniony z emiterem, nazywa to się pracą inwersyjną. Układ taki jest bardzo rzadko stosowany ale może wystąpić w pewnych sytuacjach układu napięć na elektrodach.
Wtedy następuje zamiana funkcji emitera i kolektora:

Ubc jest w miejscie Ube
Ube jest w miejsce Ubc
Ie jest w miejscu Ic - i mamy tzw wzm. inwersyjne Ie=Ib*βinv
βinv<<βaktyw
Ic jest w miejscu Ie i równa się Ic=Ib+Ie

Oczywiście powyższe przebiegi są wyidealizowane, ponieważ Ube nie jest stałe (zmienia się z Ie), a prąd Ic zależy także od Uce, dodatkowo wszystkie przebiegi są nieliniowe a współczynnik wzmocnienia prądowego nie jest stały (najpierw rośnie a potem maleje).

Znając powyższe można rozpatrzeć działanie bramki NAND:

Tranzystor wieloemiterowy zastępujemy dwoma połączonymi bazami i kolektorami

Stan niski na obu wejściach: Q1/2 nasycony, Q3 zatkany, Q5 zatkany, Q4 pracuje jako wtórnik napięciowy, dioda D1 przesuwa poziom napięcia o 0.7V w dół.



Stany różne na obu wejściach:

Q1 - nasycony, Q2 - pracuje inwersyjnie, reszta jak wyżej.



Stany wysokie na obu wejściach:

Q1/Q2 - pracują inwersyjnie, Q3 - nasycony, Q4- zatkany Q5 - jest nasycony




Rezystor R5 (130Ω) ogranicza prąd tranzystorów wyjściowych w stanie przejściowym gdy oba przewodzą (objawia to się szpilą ok 20mA na linii zasilania, która może zakłócać pracę innych układów, dlatego też stosuje się blisko układów kondensatory blokujące zasilanie, służące za lokalny rezerwuar prądu. Dzięki nim szpila prądowa nie odkłada się na rezystancji ścieżek a także nie powoduje przepięć na ich indukcyjności).

Charakterystyka przejściowa bramki Uwy=f(Uwe1), Uwe2=3.6V



Na zielonym odcinku przewodzi Q3, a Q4 powtarza spadające napięcie na jego rezystorze kolektorowym (R3) (nachylenie wynosi -1.4...-1.6)
Powyżej napięcia oznaczonego czerwoną linią (niebieski fragment charakterystyki) zaczyna przewodzić Q5 i następuje gwałtowny spadek napięcia wyjściowego. Na tym odcinku pojawia się też jest zwiększony pobór prądu zasilania ograniczony przez R5. Powyżej 1.3-1.4V Q4 już nie przwodzi i prąd zasilania spada

powiem wam teraz tego jeszcze bardziej nie kapuje a najgorzej to ten sam stopien wejsciowy czyli tranzystor wieloemiterowy...jak to może prąd płynac w druga strone jak podaje sygnał ne wejscie...to co prad o jakims natężeniu w stanie wysokim wpływa do emitera nie rozumiem wogule rozpływu z prądów w tym obwodzie...

No to zobacz na ten schemat


A potem ten

Gdzie w roli tranzystora wieloemiterowego pracują diody. Tranzystor to w sumie dwa złączą PN baza-emiter i baza-kolektor

No ale ja wiem ja tranzystor wygląda wiec nie musicie mi takiego czegos pokazywac ze jest z 3 diód zrobiony bo to mi i tak nic nie daje nie kapuje jak sygnał jest podawany na jedno z 2 wejsc a tam są diody połączone w odwrotynym kierunku to jak tam ma byc przepływ prądu...czy wstanie nasycenia rozpływ prądów jest z bazy do emitera i kolektora zarówno...a jak np ma byc tranzystor w stanie nasycenia i ma byc rozpływ do kolektora prądu jak do kolektora wpływa prąd z zasilania....
powiem wam ta elektronika to mnie już w flustracje sprawia czemu tak robią człowiekowi specjalnie że niby chcą mu takim opisem jak w pdr ułatwic zrozumienie a jest odwrotnie...

Tranzystor zbudowany jest z dwóch diod, tak jak woda z dwóch pierwiastków. Pierwiastki te są gazami o woda cieczą. tak samo tranzystor ma inne włściwości niż dioda.

No ale co mianowicie z tego... no nie możecie mi to jakoś inaczej wytłumaczyc może znowu nie inaczej ale kurde ja chce wiedziec jak tam jest z tymi prądami wśrodku przecież na wejsciu jest NPN to jak ja moge prąd wprowadzac w strone kolektora

Prąd bazy można porównać do wody która powoduje większe lub mniejsze oddziaływanie na zawór w dużej rurze którą plynie woda z kolektora do emitera . Ta woda z bazy też płynie w dół do emitera a jej ilość wpływa na stopień otwarcia zaworu miedzy emiterem i kolektorem.
Więc woda z emitera to w ogromnej wiekszośći woda pochodząca z kolektora ale niewielka część musi pochodzić z bazy.

Dodano po 7 [minuty]:



Obrazowo to prąd bazy popycha ten zawór który się otwiera i prąd kolektora rośnie , a prąd emitera jest sumą pradu bazy i kolektora.

No dobra to wiem ale co dalej jak to sie ma do tego tran. wieloemiterowego... i tych stanów...

Bramka NAND :
Dodanie rezystora do zasilania bramki na stałe wewnątrz układu powoduje , że cały czas woda leci do tranzystora i by nie leciała trzeba zrobić zwarcie bazy z masą . Jeśli jedno wejście będzie zwarte z masą to woda już nie leci do bazy tranzystora i on nie przewodzi czyli nie zwiera wyjścia bramki NAND więc mamy na wyjściu stan wysoki. Dopiero gdy oba wejścia nie są zwarte z masą czyli na oba wejścia podane jest 1 to tranzystor przewodzi a zarazem zwiera wyjście do 0.

napisales teraz nie prawde teori ponieważ napisałeś żę jeśli bendzie jakas chociaż jedna 1 na wejsciu to zero bendzie na wejsciu jak tak może byc jak tablica prrawdy muwi inaczej żę zero jest wtedy kiedy do tranzystora dopływają prądy z 2 wejsc...

Zakładamy ze do wejścia B podłączamy do masy, co jest równoznaczne z podaniem stanu niskiego na to wejście.



Podłączenie emitera do masy, przy bazie polaryzowanej przez R1. Oznacz ze zacznie płynąc prąd przez złącze baza-emiter równy ok. I=(5V-0.6V)/R1=1.1mA
Co oznaczę ni mnie ni wiece ze prąd wypływa z bramki. Co w sumie nie powinno być niczym dziwnym bo to przecież emiter.
A co z prądem kolektora?
Jak widać prąd kolektora nie ma jak popłynąć. Bo do bazy Q2 może tylko prąd wpływać. (pamiętaj ze prąd do kolektora może tylko wpływać w czasie normalnej pracy tranzystora)
Wiec tak prąd kolektora jest równy 0A tym samym prąd bazy Q2 i Q3 też jest równy 0A.
A to z kolei oznaczę ze cały prąd płynący przez R3 wpływa do bazy Q4 i otwiera ten tranzystor. I na wyjcu pojawia nam się stan wysoki.
Tranzystor Q4 zachowuje sie jak wtórnik napięć WK(OC)

Teraz połączmy obydwa wejścia A i B do plus zasilania. Czyli nasze emitery podłączamy pod 5V.



I teraz mamy ciekawą sytuacje, emiter ma wyższy potencja niż kolektor i to kolektor zachowuje się teraz jak emiter. (czy jak kto woli przejmuje obowiązki emitera)
To tzw. praca inwersyjna, na emiterze mamy 5V a na kolektorze 2*Ube=1.4V.
Czyli cały prąd płynący przez R1 płynie teraz przez złącze baza-kolektor do bazy Q2 i potem rozdziela się na prąd R2 i prąd bazy Q3 i do masy. (I=(5V-3*Ube)/R1=0.725mA)
A ze wzmocnienie prądowe w stanie inwersji jest znikome (β mniejsza od 0.1), to ze źródła zasilania przez złącze emiter-kolektor płynie bardzo mały prąd. Normalnie byśmy nazwali ten prąd "prąd kolektora" ale teraz mamy prące inwersyjną i to emiter "robi" za kolektor a kolektor za emiter czyli wszystko jest na odwrót. Czyli do wejścia naszej bramki wpływa bardzo mały prąd "kolektora" (40uAmax).
Czyli podsumowując mamy Q1 pracujący inwersyjnej (teraz kolektor jest emiterem a emiter kolektorem). Co otwiera Q2 i Q3. No i oczywiści otwarcie Q2 zatyka Q4. A otwarcie Q3 (nasycony) powoduje pojawienie się stanu niskiego na wyjściu bramki.

Prościej już nie potrafię tego napisać.

Masz rację z and popieprzyłem , ale nand jest dobrze. And usunę.

No jony powiem Ci do konca nie zrozumialem ale juz napisałeś wmiare logicznie ;D jestem może zbyt zmęczony jutro wstane to przeanalizuje to co napisałeś to co inni i w książke sprawdze czy piszą podobnie i odpisze czy zrozumiałem mniejwięcej ...

To dobry pomysł, przeanalizuje sobie to wszystko na spokojnie raz jeszcze.

hmmm przeanalizowałem i powiem że prawie rozumiem ale jeszcze są małe uchybienia u mnie a mianowicie...rozumiem lepiej bramke jak jest w stanie niskim na wyjsciu czyli pracują ...ale gorzej już gdy djest w stanie wysokim...
1. jak to się dzieje że te prądy wypływają do wejscia bramki ?? gdzie one wtedy płyną??
2. czy w stanie nasycenia wiem poprostu że oba łącza pracują znaczy przewodzą czy to się wiąże z tym żę np prad wpływa do bazy i wypływa w emiterze i kolektorze znaczy poprostu sie rozpływa z bazy??
3.Nie rozumiem jeszcze tego zdania twojego ,, (pamiętaj ze prąd do kolektora może tylko wpływać w czasie normalnej pracy tranzystora) '' ..... czyli co mam rozumiec ze w stanie aktywnym tranzystor przewodzi prad czyli prad płynie z emitera do kolektora no bo przecież jest odwrotnie ....
4. I takie pytanko jeszcze według charakterystyk przełączania bramki wynika że w czasie ustalonej przepływają bardzo małe prądy ale przy przełączeniu bramki prąd potrafi podskoczyc do 20mA...więc skąd sie to bierze taki wielki pobór prądu w czasie przełączania czynniki tego zjawiska??

SekcjaA2TT napisał:

1. jak to się dzieje że te prądy wypływają do wejścia bramki ?? gdzie one wtedy płyną??

Zobacz jak płynie prąd w czasie inwersji.

Która mam miejsce wtedy gdy na wejściu bramki jest stan wysoki.
Jak widzi to teraz kolektor jest emiterem Ic=Ib+Ie a emiter kolektorem
Ie=βi*Ib
I dlatego prąd wpływa do wejścia bramki.

SekcjaA2TT napisał:

2. czy w stanie nasycenia wiem poprostu że oba łącza pracują znaczy przewodzą czy to się wiąże z tym żę np prad wpływa do bazy i wypływa w emiterze i kolektorze znaczy poprostu sie rozpływa z bazy??

W nasyceniu dalej obowiązuje Ie=Ic+Ib
I kierunek prądów się nie zmienia w nasyceniu i jest tak sam jak w czasie normalnej pracy.
Ale nie obowiązuje już zależność Ic=β*Ib i pamiętaj tranzystor to coś więcej niż dwie diody.

SekcjaA2TT napisał:

3.Nie rozumiem jeszcze tego zdania twojego ,, (pamiętaj ze prąd do kolektora może tylko wpływać w czasie normalnej pracy tranzystora) '' ..... czyli co mam rozumiec ze w stanie aktywnym tranzystor przewodzi prad czyli prad płynie z emitera do kolektora no bo przecież jest odwrotnie

No to zobacz na obrazek który dołączyłem i jest tam rozpływ prądów dla prący normalnej.
I wyraźnie widać ze Ic może tylko wpływać do tranzystora

SekcjaA2TT napisał:

4. I takie pytanko jeszcze według charakterystyk przełączania bramki wynika że w czasie ustalonej przepływają bardzo małe prądy ale przy przełączeniu bramki prąd potrafi podskoczyc do 20mA...więc skąd sie to bierze taki wielki pobór prądu w czasie przełączania czynniki tego zjawiska??

Wynika to z tego ze w chwilach zmiany stanu z wysokiego na niski lub odwrotnie jest taki moment ze wszystkie tranzystory przewodzą. Wiadoma nic nie dziej się błyskawicznie.
Gdy przewodzi Q4 i otwierają się już Q2 i Q3 to wiadomo Q4 od razu nie zostanie zatkany.
I przez ta którą chwilę, w stanie przejściowej, miedzy stanami gdy przewodzą wszystkie tranzystory rośnie pobór prądu.
Dlatego tak ważne jest by napięcie wejściowe było czystymi stanami logicznymi. Bo wtedy układ pobiera maje energii i na wyjściu też mamy czyste stany logiczne.