¿Cómo combinar múltiples puertas lógicas de transistores sin una caída de voltaje gigantesca?

En seguimiento a mi pregunta anterior: valores de resistencia en puertas lógicas de transistores

He integrado todos los tipos comunes de puertas lógicas de transistores :
XNOR, NAND, INV, NOR, XORy . Los dos cables amarillos son de entrada y . El cable blanco es la entrada del inversor.ANDOR
AB

Entrada A=0++ da B=0:inv=000

Entrada A=0++ da B=1:inv=001

Entrada A=1++ da B=0:inv=010

Entrada A=1++ da B=1:inv=111

Toda la lógica funciona perfectamente, pero la caída de voltaje difiere significativamente entre las puertas. Por ejemplo, la XORpuerta se crea a partir de AND, NANDy ORlas puertas y cada transistor aumenta la caída de tensión. ¡El LED apenas se enciende!

XOR

Mi objetivo es construir una calculadora de 4 bits a partir de transistores (usando chips CMOS no encontré este problema). Pero si cada puerta lógica da como resultado caídas de voltaje significativas como estas, ¿cómo puedo combinar 10 puertas lógicas una detrás de la otra? He jugado con muchos valores de resistencia, pero la mayoría de las combinaciones hacen que las puertas lógicas sean inútiles. ¿Cómo ajustar la XORpuerta de arriba para que coincida con la caída de voltaje en, por ejemplo, esta ANDpuerta simple?

Y

EDITAR (respuesta a la respuesta de JIm Dearden)

¡Aprendí mucho y no puedo enfatizar lo mucho que aprecio tu respuesta!
Los dibujos son muy claros, ¡estoy seguro de que muchas personas se beneficiarán de ellos en el futuro!

Aunque es muy obvio, nunca me di cuenta:
- NOR= NOT(con dos entradas)
- OR= NOR+ NOT
- NAND= AND+NOT

¡El "basar todo en un circuito inversor simple" realmente funciona!
Todas las puertas lógicas, incluidas las puertas combinadas como XOR, emiten el mismo:)

puertas

XOR

¡Los mejores deseos!

Esa puerta superior en el esquema se ve mal...
¡Ups! Ahora arreglado:)
@Anne Este es un gran proyecto para aprender sobre lógica y computación. Ha sido un verdadero placer transmitir mis conocimientos. Espero tu próxima pregunta :)

Respuestas (2)

De hecho, hice esto en la escuela en los años 60 (sí, soy tan viejo). Los usamos para construir una 'computadora' pequeña y simple capaz de sumar, restar, multiplicar y dividir.

El problema que tiene es que las entradas y los voltajes de salida del circuito de puerta que está utilizando no son realmente compatibles. Le resultaría difícil expandir el número de entradas en una puerta más allá de dos y es bastante probable que la salida 'alta' de una puerta no sea lo suficientemente 'alta' para la entrada de otra.

Lo que hicimos entonces fue basar todo en un circuito inversor simple (o puerta NOR de 1 entrada) y construir a partir de eso.

La ventaja de este enfoque es que puede aumentar la cantidad de entradas a la puerta agregando otra resistencia. Cualquier entrada superior a 0,6 V operará la puerta. He mostrado valores de resistencia de 10K y 4k7 (para que coincidan con su circuito), pero a diferencia de sus circuitos anteriores, los valores aquí pueden modificarse considerablemente. por ejemplo, ingrese 470K, emita 47k y aún funciona bien.

He dibujado algunas de las puertas básicas: NOT, NOR, AND, NOR, NAND. Siguiendo lo que he dibujado, estoy seguro de que puede producir cualquier otra puerta que necesite.

ingrese la descripción de la imagen aquí

También puede encontrar estos circuitos útilesingrese la descripción de la imagen aquí

Y una división por 2 (contador)ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Vea mi respuesta al final de la pregunta! Una pequeña pregunta con respecto al multivibrador astable de transistor: ¿Qué capacitancia se debe usar para el capacitor?
@Anne Básicamente, el período está controlado por el valor de la resistencia base (10K en el diagrama, pero podría ser más o menos) y el valor del condensador. El valor del tiempo de encendido o apagado es de aproximadamente 0,7 CR. Entonces el período será 1.4CR. Al alterar los valores en cada lado (y hacerlos diferentes) puede producir diferentes proporciones de marca/espacio. Para C = 0.1uF y R = 10k (en ambos transistores), F es de aproximadamente 714 Hz. 0.01uF dará alrededor de 7kHz, 10uF alrededor de 7 Hz. Los valores no son particularmente críticos.
@DiegoCNascimento Un búfer no cambia la lógica, por lo que necesitaría dos puertas NOT
Creo que las puertas NAND y AND están etiquetadas al revés.

Está utilizando transistores NPN para subir la salida de la puerta a 6 V, pero los transistores NPN no son muy buenos para subir un nodo. El emisor de la NPN no superará los 0,6 V por debajo del voltaje de la base. Si desea utilizar transistores NPN, solo conéctelos entre la salida de la puerta y tierra con una resistencia pullup a 6V. Esto le permitirá hacer puertas NAND, NOR e INV y puede hacer cualquier tipo de lógica que desee con ellas.

¡Gracias por tu respuesta! Para ser honesto, el concepto de "resistencia pull-up" es completamente nuevo para mí. ¡Ciertamente voy a profundizar en ese tema!
¿Cómo combinar múltiples puertas lógicas de transistores sin una caída de voltaje gigantesca?
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