اصنع بوابة XOR من الترانزستورات: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

تعتبر بوابات OR مفيدة للغاية ، ولكن لديها ميزة فردية يمكن أن تعمل بشكل جيد ، ولكن في بعض التطبيقات يمكن أن تسبب مشاكل. هذه هي حقيقة أنه إذا كان كل من المدخلات واحدًا ، فإن الناتج يكون أيضًا واحدًا. إذا كان لدينا تطبيق لم نرغب فيه ، فربما كنا نبني أفعى ، فسنستخدم شيئًا يسمى Exclusive Or Gate ، والذي يُختصر بـ XOR أو EOR.

الخطوة 1: التصميم

تتمثل إحدى طرق تحقيق سلوك XOR في أخذ بوابة OR عادية ، ثم التعامل مع الحالة التي يكون فيها كلا المدخلين موجبين. إذا ربطنا بوابة AND بالمدخلات ، فيمكننا الحصول على إشارة عندما تظهر هذه الحالة. يمكننا بعد ذلك أخذ هذه الإشارة ، وعكسها ، ثم ربطها وخرج البوابة OR ببوابة AND أخرى. سيؤدي ذلك إلى أنه في حالة عدم وجود كلا المدخلين قيد التشغيل ، ستمر بوابة OR ببساطة عبر البوابة AND الثانية ، ولكن عندما يرتفع كلا المدخلين ، ستغلق البوابة AND الأولى البوابة الثانية AND وتحافظ على خرج الإخراج بغض النظر عن حالة بوابة OR.

أحد التعديلات التي انتهيت من إجرائها في الدائرة النهائية هو تبديل تركيبة AND / NOT لبوابة NAND ، وهي مجرد بوابة AND مقلوبة. ستظهر الطريقة التي يعمل بها هذا لاحقًا.

الآن دعنا نكتب نفس المخطط ، لكن مع الترانزستورات والمقاومات. نوع الترانزستور الذي استخدمته هو 2N2222 BJT ، وهو شائع إلى حد ما (يعمل 2N4401 و 2N3904 أيضًا). لقد استخدمت 6 ترانزستورات ، و 3 مقاومات 20 كيلو أوم ، و 3 مقاومات 47 كيلو أوم ، و 1510 أوم المقاوم ، واثنين من الأزرار الانضغاطية ومصباح LED. لقد اخترت قيم المقاوم هذه بناءً على مصدر طاقة 5 فولت ، و 0.1 مللي أمبير ، أو 0.0001A الحد الأدنى الحالي للتيار 2N2222. إذا كنت تستخدم قانون أوم لحساب المقاومة الصحيحة للأرض لتلك القيم ، فستحصل على 50 ألف أوم. 47 كيلو أوم قريب بما يكفي لبوابة NAND السفلية ، ولكن لماذا القيمة الأقل لبوابة OR ، والمدخل الأول للبوابة AND الثانية؟ والسبب هو أن باعث الترانزستورات المكونة لبوابة OR يتم توصيلها من خلال قاعدة ترانزستور آخر وبالتالي يمر عبر المقاوم الثاني ، وليس مباشرة على الأرض. (يعتبر المقاوم المحدد الحالي لمصباح LED قيمة منخفضة بدرجة كافية بحيث تكون غير ذات أهمية في هذا الحساب).

الخطوة 2: إضافة الترانزستورات والأزرار والصمام

الخطوة الثالثة: إضافة المقاومات

الخطوة 4: إضافة الأسلاك

الطريقة التي أقوم بها بتشغيل لوحتي هي ربط قضبان الطاقة بمصدر طاقة مختبر على 5 فولت و 500 مللي أمبير كحد أقصى. يمكن تحقيق نفس النوع من الإدخال عن طريق توصيل الطاقة بمنافذ Arduino's 5V و GND ، ولكن في الحقيقة يعمل مزود طاقة 5 فولت (على الرغم من أنه يوصى باستخدام واحد محدود حالي لتقليل مخاطر تفجير المكونات).

الخطوة 5: الاختبار واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

الآن بعد أن تم توصيله ، سأدعك تختبر بنفسك. في حالة الضغط على أحد الأزرار أو الأزرار الأخرى ، يجب أن يضيء مؤشر LED. ومع ذلك ، إذا تم الضغط على كليهما ، فسيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED.

المشاكل الشائعة

1. إذا بدا أن أحد المدخلات لا يعمل كما ينبغي ، وما زالت الحالة التي يكون فيها كلا المدخلين قيد التشغيل توفر صفرًا ، فتحقق من الجهد عند إدخال البوابة AND التي تأتي من بوابة OR عند الضغط على هذا الزر. إذا كانت منخفضة (<2V) ، قلل من مقاومة المقاوم من OR إلى بوابة AND.
2. إذا كانت البوابة لا تزال تعمل مثل بوابة OR فقط ، مما يعني أنه عندما يكون كلا المدخلين على الخرج قيد التشغيل ، تحقق من الجهد الواصل إلى مدخلات البوابة AND التي تأتي من بوابة NAND. إذا كان هذا مرتفعًا عند الضغط على كلا الزرين ، فتأكد من عمل الترانزستورات في البوابة AND ، وتحقق من المقاومة من هناك إلى الأرض عند الضغط على كلا الزرين. إذا كانت هذه المقاومة عالية ، و / أو كان الجهد منخفضًا ، فاستبدل هذين الترانزستورين ، أو قلل من مقاومة المدخلات إلى بوابات NAND.

الخطوة 6: هل تريد المزيد؟

إذا كنت تحب هذا Instructable ، فابدأ وتحقق من كتابي على Amazon المسمى "The Beginners Guide to Arduino." إنه يتخطى مبادئ الدوائر الأساسية بالإضافة إلى تجاوز كود C ++ المستخدم لبرمجة Arduino.