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2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56
ODER-Gatter sind sehr nützlich, aber sie haben eine seltsame Funktion, die gut funktionieren kann, aber in bestimmten Anwendungen zu Problemen führen kann. Das ist die Tatsache, dass, wenn beide Eingaben Eins sind, auch die Ausgabe eine Eins ist. Wenn wir eine Anwendung hätten, bei der wir dies nicht wollten, würden wir vielleicht einen Addierer bauen, würden wir ein sogenanntes Exklusiv-Oder-Gatter verwenden, das als XOR oder EOR abgekürzt wird.
Schritt 1: Design
Eine Möglichkeit, das XOR-Verhalten zu erreichen, besteht darin, ein normales ODER-Gatter zu verwenden und dann den Fall zu behandeln, in dem beide Eingänge positiv sind. Wenn wir ein UND-Gatter mit den Eingängen verbinden, können wir ein Signal erhalten, wenn dieser Fall auftritt. Wir können dann dieses Signal nehmen, invertieren und dann das und den Ausgang des ODER-Gatters mit einem anderen UND-Gatter verbinden. Dies macht es so, dass das ODER-Gatter immer dann, wenn nicht beide Eingänge eingeschaltet sind, einfach das zweite UND-Gatter passiert, aber wenn beide Eingänge hoch werden, schaltet das erste UND-Gatter das zweite UND-Gatter aus und hält der Ausgang aus, unabhängig vom Zustand des ODER-Gatters.
Eine Anpassung, die ich im Endstromkreis vorgenommen habe, ist das Umschalten der UND/NICHT-Kombination für ein NAND-Gatter, das nur ein invertiertes UND-Gatter ist. Wie das funktioniert, wird sich später zeigen.
Lassen Sie uns nun das gleiche Schema schreiben, aber mit Transistoren und Widerständen. Der Transistortyp, den ich verwendet habe, ist der 2N2222 BJT, der ziemlich verbreitet ist (der 2N4401 und 2N3904 funktionieren auch). Ich habe 6 Transistoren, 3 20k-Ohm-Widerstände, 3 47k-Ohm-Widerstände, 1 510-Ohm-Widerstand, zwei Drucktasten und eine LED verwendet. Ich habe diese Widerstandswerte basierend auf meiner 5-V-Stromquelle und dem Mindeststrom von 0,1 mA oder 0,0001 A für den 2N2222 ausgewählt. Wenn Sie das Ohmsche Gesetz verwenden, um den richtigen Widerstand gegen Erde für diese Werte zu berechnen, erhalten Sie 50.000 Ohm. 47k Ohm sind nah genug für das untere NAND-Gatter, aber warum der niedrigere Wert für das ODER-Gatter und den ersten Eingang des zweiten UND-Gatters? Der Grund dafür ist, dass die Emitter der Transistoren, aus denen das ODER-Gatter besteht, über die Basis eines anderen Transistors angeschlossen sind und daher über einen zweiten Widerstand laufen, nicht direkt an Masse. (Der Strombegrenzungswiderstand der LED ist so niedrig, dass er in dieser Berechnung unbedeutend ist).
Schritt 2: Hinzufügen von Transistoren, Tasten und der LED
Schritt 3: Widerstände hinzufügen
Schritt 4: Hinzufügen von Drähten
Die Art und Weise, wie ich mein Board mit Strom betreibe, besteht darin, die Stromschienen an ein Labortisch-Netzteil anzuschließen, das auf 5 V und 500 mA max. Strom eingestellt ist. Die gleiche Art von Eingang kann erreicht werden, indem man die 5V- und GND-Pins eines Arduino mit Strom versorgt, aber wirklich ein 5V-Netzteil funktioniert (obwohl ein strombegrenztes Netzteil empfohlen wird, um das Risiko des Sprengens von Komponenten zu verringern).
Schritt 5: Testen und Fehlerbehebung
Jetzt, da es angeschlossen ist, lasse ich Sie Ihr eigenes testen. Wird die eine oder andere Taste gedrückt, sollte die LED aufleuchten. Wenn jedoch beide gedrückt werden, erlischt die LED.
Allgemeine Probleme
- Wenn ein Eingang nicht so zu funktionieren scheint, wie er sollte und der Fall, dass beide Eingänge eingeschaltet sind, immer noch eine Null liefert, überprüfen Sie die Spannung am Eingang des UND-Gatters, die vom ODER-Gatter kommt, wenn diese Taste gedrückt wird. Wenn er niedrig ist (< 2 V), reduzieren Sie den Widerstand des Widerstands vom ODER zum UND-Gatter.
- Wenn sich das Gatter immer noch wie ein ODER-Gatter verhält, was bedeutet, dass der Ausgang eingeschaltet ist, wenn beide Eingänge eingeschaltet sind, überprüfen Sie die Spannung, die am Eingang des UND-Gatters ankommt, die vom NAND-Gatter kommt. Wenn dieser hoch ist, wenn beide Tasten gedrückt werden, stellen Sie sicher, dass Ihre Transistoren im UND-Gatter funktionieren, und überprüfen Sie den Widerstand von dort zur Masse, wenn beide Tasten gedrückt werden. Wenn dieser Widerstand hoch und/oder die Spannung niedrig ist, ersetzen Sie diese beiden Transistoren oder reduzieren Sie den Widerstand der Eingänge zu den NAND-Gattern.
Schritt 6: Willst du mehr?
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