¿Cómo puedo hacer una puerta XOR con componentes básicos?

Question

Soy un principiante en puertas lógicas y electrónicas, etc. Estoy tratando de hacer una puerta XOR solo con la ayuda de algunos componentes básicos como transistores en el simulador NI Multisim. He usado circuitos de compuerta AND y NOT que hice y que funcionaban solos, pero cuando los combino todos para hacer una compuerta XOR con esas compuertas, entonces no funciona en absoluto. (A continuación se muestra mi diseño que hice en el simulador).

Ayúdame a solucionar este problema y a aumentar mi comprensión básica de todos estos temas.

Answer 1

Puedo ver al menos cuatro problemas con su diseño.

En primer lugar, porque está utilizando transistores bipolares, su "puerta y" en realidad no implementa una función "Y", porque la unión base-emisor de un transistor bipolar forma un diodo. Entonces, si la corriente fluye hacia la base del transistor inferior, fluirá hacia afuera del emisor, sin importar lo que esté haciendo el transistor superior. Podría solucionarlo usando mosfets en lugar de bipolares, pero eso empeoraría otros problemas.

En segundo lugar, el "and gate" no es regenerativo, el voltaje de salida siempre será más bajo que el voltaje de entrada y sus LED disminuyen más voltaje. En algunos casos, puede salirse con la suya con diseños de puertas no regenerativas, pero es fácil que las caídas de voltaje se acumulen en usted. Una unión de emisor-base bipolar cae alrededor de 0,7 V, un LED en algunos casos ronda los 2 V, los mosfets son muy variables pero casi siempre más que un bipolar. No es demasiado difícil terminar consumiendo todo su voltaje y terminar sin nada.

En tercer lugar, algunas de las rutas a través de su circuito NO tienen limitación de corriente. Es probable que esto sea lo que esté causando los errores de simulación y, si trató de construir el circuito de verdad, es posible que los componentes se estropeen.

En cuarto lugar, muchas de sus líneas no tienen nada que las devuelva al suelo cuando están en el estado "apagado". Una vez más, a veces puede salirse con la suya, pero otras, pequeñas corrientes de fuga pueden causar grandes problemas.

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Empiece por diseñar usted mismo las puertas NAND y NOR. Una vez que tenga puertas NAND y NOR que se comporten de manera sensata (es decir, cerca del voltaje total en la salida para valores altos, cero voltios limpios para niveles bajos, capacidad de corriente de salida mucho más alta que los requisitos de corriente de entrada), puede averiguar cómo combinarlos en una puerta XOR.

Answer 2

Un problema son sus terribles puertas Y.

Figura 1. La unión base-emisor de la compuerta AND inferior siempre conducirá y activará la salida.

Tampoco tiene resistencias limitadoras de corriente en ese circuito.

Necesitará encontrar una mejor implementación de AND. Pruebe un NAND seguido de un NOT.

Answer 3

Has empezado bien pensando en ello. Parece que está intentando implementar la lógica resistor-transistor (RTL).

Para la puerta NOT, debería verse así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1 - Puerta NO lógica resistor-transistor.

Aquí hay una lectura de antecedentes:

1. Lógica resistor-transistor (RTL)
2. Lógica transistor-transistor (TTL)
3. Lógica complementaria de semiconductores de óxido metálico (CMOS)

Answer 4

Por lo general, las implementaciones de puertas lógicas contienen la salida invertida de una función y luego son seguidas por un inversor.

Sin embargo, la función XOR [ a^b = (a'*b)+(a*b')] no necesita necesariamente un inversor, ya que algunas de sus entradas están invertidas de todos modos. Intente usar algunos inversores al principio para obtener estas entradas invertidas y luego implemente la lógica de la puerta.

Sin embargo, es posible que deba separar el voltaje de la puerta del voltaje de las entradas y, en lugar de dejarlo high-Zcon el interruptor, intente agregar más interruptores para conectarlo a tierra cuando no esté conectado Vcc.