Transistores CMOS con fines educativos

Actualmente estoy enseñando electrónica digital a mis hijas, de 9 y 12 años. Al hacerlo, quería presentarles la lógica CMOS, ya que siento que un enfoque práctico siempre es mejor que solo hacer teoría.

Compré algunos transistores de orificio pasante NMOS y PMOS con la intención de demostrar puertas lógicas básicas como NOT (1 NMOS, 1 PMOS), NOR y NAND (2 NMOS y 2 PMOS). Eso funcionó muy bien, y pudieron razonar sobre por qué la puerta funcionaba de la manera en que lo hace.

El siguiente es XOR y XNOR, pero me hizo tropezar un poco. Sé cómo hacer un circuito usando nueve transistores, pero buscando en línea he visto soluciones de 6 transistores e incluso de 3 transistores. Sin embargo, estos suponen que puede cambiar el ancho y el largo, por lo que estas son soluciones pensadas para diseños ASIC, no para componentes de orificio pasante.

Entonces, mi pregunta es: ¿hay alguna manera de demostrar la lógica de puerta XOR/XNOR con transistores CMOS/PMOS disponibles en el mercado usando solo unos pocos transistores? Seis transistores estarían bien, ocho ligeramente peores pero factibles.

¿Quizás debería omitir XOR/XNOR y pasar a pestillos y flip-flops?

En algún momento, construir los circuitos reales a partir de transistores discretos se vuelve más tedioso que educativo. En ese momento, introduce el concepto de circuitos integrados (SSI/MSI) y los utiliza para construir circuitos. Muestre cómo funcionan internamente, construidos a partir de las puertas más simples que ya entienden, mirando los libros de datos. Confirme su funcionamiento en la protoboard.
¿Qué pasa con los posibles daños por ESD? Recuerde que en los transistores Mos discretos, el sustrato está conectado a la fuente. ¿Consideraría que los BJT enseñan los primeros principios antes de avanzar?
Los niños se han metido con estos transistores CMOS en particular y todos parecen estar funcionando bien, entonces, ¿quizás ese peligro no es tan grande como solía ser?
@PKE, Eso es genial. Lo agradecerán más adelante.
@Autistic No me preocuparía demasiado por la ESD. Experimenté con la lógica BJT y CMOS hace mucho tiempo cuando no tenía ningún conocimiento de ESD. Es posible que haya dañado algunos componentes, pero eso generalmente no se debe a ESD sino a otros errores que cometí. En mi experiencia, la antigua lógica CMOS de la serie 4000 es muy robusta con respecto a ESD.
@Pål-Kristian Por cierto, un proyecto muy bueno, mis hijas aún son demasiado jóvenes, ¡pero planeo hacer algo muy similar!

Respuestas (1)

Como siempre, Wikipedia es un buen lugar para comenzar y aquí hay un circuito CMOS ingrese la descripción de la imagen aquíy 6 transistores es lo que pediste. Por supuesto, no es el más obvio de los circuitos. Recomendaría que es hora de hacer la transición a los circuitos integrados CMOS, con la serie 74HC como mi preferencia. Puedes hacer una puerta XOR desde

4 puertas NAND

Dado que un paquete 74HC00 tiene convenientemente 4 puertas NAND, es un buen lugar para comenzar. Pídales que construyan un XOR, y luego demuestre que 4 de ellos caben en un solo paquete 74HC86, y estará en camino de enseñarles sobre los beneficios de la integración, comenzando con SSI (integración a pequeña escala).

Gracias, es un buen consejo. Sin embargo, he visto ese circuito. Si construye ese circuito utilizando transistores de orificio pasante, encontrará que las salidas no son exactamente lo que espera.
Sí, el circuito de 6 transistores requiere conexiones separadas a todos los sustratos de transistores para que funcione correctamente. Con cada sustrato atado a su fuente, los diodos del cuerpo estropean la lógica.
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