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Transistores PMOS y NMOS

Date:2022/1/6 18:23:14 Hits:

Los microprocesadores están construidos con transistores. En particular, están construidos con transistores MOS. MOS es un acrónimo de Metal-Oxide Semiconductor. Hay dos tipos de transistores MOS: pMOS (MOS positivo) y nMOS (MOS negativo). Cada pMOS y nMOS viene equipado con tres componentes principales: la puerta, la fuente y el drenaje.

Para comprender correctamente cómo funcionan un pMOS y un nMOS, es importante definir primero algunos términos:

circuito cerrado: Esto significa que la electricidad fluye desde la puerta hasta la fuente.

circuito abierto: Esto significa que la electricidad no fluye desde la puerta hasta la fuente; sino que la electricidad fluye desde la puerta hasta el desagüe.

Cuando un transistor nMOS recibe un voltaje no despreciable, la conexión de la fuente al drenaje actúa como un cable. La electricidad fluirá desde la fuente hasta el desagüe sin inhibiciones; esto se conoce como circuito cerrado. Por otro lado, cuando un transistor nMOS recibe un voltaje de alrededor de 0 voltios, la conexión de la fuente al drenaje se romperá y esto se denomina circuito abierto.

Ejemplo de un transistor nMOS

El transistor tipo p funciona exactamente en contra del transistor tipo n. Mientras que el nMOS formará un circuito cerrado con la fuente cuando el voltaje no sea despreciable, el pMOS formará un circuito abierto con la fuente cuando el voltaje no sea despreciable.

Ejemplo de un transistor pMOS

Como puede ver en la imagen del transistor pMOS que se muestra arriba, la única diferencia entre un transistor pMOS y un transistor nMOS es el pequeño círculo entre la puerta y la primera barra. Este círculo invierte el valor del voltaje; entonces, si la puerta envía un voltaje representativo de un valor de 1, entonces el inversor cambiará el 1 a un 0 y hará que el circuito funcione en consecuencia.

Dado que pMOS y nMOS funcionan de manera opuesta, de manera complementaria, cuando los combinamos en un circuito MOS gigante, se denomina circuito cMOS, que significa semiconductor complementario de óxido de metal.

Utilizando los circuitos MOS

Podemos combinar circuitos pMOS y nMOS para construir estructuras más complejas llamadas GATES, más específicamente: puertas lógicas. Ya presentamos el concepto de estas funciones lógicas y sus tablas de verdad asociadas en el blog anterior, que puede encontrar haciendo clic en aquí.

Podemos conectar un transistor pMOS que se conecta a la fuente y un transistor nMOS que se conecta a tierra. Este será nuestro primer ejemplo de un transistor cMOS.

Ejemplo de una puerta NOT

Este transistor cMOS actúa de manera similar a la función NO lógica.

Echemos un vistazo a la tabla de verdad NOT:

NO tabla de verdad

En la tabla de verdad NOT, cada valor de entrada: A se invierte. ¿Qué sucede con el circuito de arriba?

Bueno, imaginemos que la entrada es un 0.

El 0 entra y sube y baja por el cable tanto al pMOS (arriba) como al nMOS (abajo). Cuando el valor 0 alcanza el pMOS, se invierte a 1; entonces, la conexión con la fuente está cerrada. Esto producirá un valor lógico de 1 siempre que la conexión a tierra (drenaje) no esté también cerrada. Bueno, dado que los transistores son complementarios, sabemos que el transistor nMOS no invertirá el valor; por lo tanto, toma el valor 0 tal como está y, por lo tanto, creará un circuito abierto a tierra (drenaje). Por lo tanto, se produce un valor lógico de 1 para la puerta.

Un valor IN de 0 produce un valor OUT de 1

¿Qué sucede si un 1 es el valor IN? Bueno, siguiendo los mismos pasos anteriores, el valor 1 se envía tanto al pMOS como al nMOS. Cuando el pMOS recibe el valor, el valor se invierte a 0; por lo tanto, la conexión con la FUENTE está abierta. Cuando el nMOS recibe el valor, el valor no se invierte; por lo tanto, el valor sigue siendo 1. Cuando el nMOS recibe un valor de 1, la conexión se cierra; por lo tanto, la conexión a tierra está cerrada. Esto producirá un valor lógico de 0.

Un valor IN de 1 produce un valor OUT de 0.

Al juntar los dos conjuntos de entrada / salida se obtiene:

La tabla de verdad para una puerta NOT.

Es bastante fácil ver que esta tabla de verdad es exactamente igual a la que produce la función lógica NOT. Por lo tanto, esto se conoce como puerta NOT.

¿Podemos usar estos dos transistores simples para hacer estructuras más complicadas? ¡Absolutamente! A continuación, construiremos una puerta NOR y una puerta OR.

Un ejemplo de una puerta NOR

Este circuito usa dos transistores pMOS en la parte superior y dos transistores nMOS en la parte inferior. Nuevamente, observemos la entrada a la puerta para ver cómo se comporta.

Cuando A es 0 y B es 0, esta puerta invertirá ambos valores a 1 cuando lleguen a los transistores pMOS; sin embargo, los transistores nMOS mantendrán el valor de 0. Esto hará que la puerta produzca un valor de 1.

Cuando A es 0 y B es 1, esta puerta invertirá ambos valores cuando lleguen a los transistores pMOS; entonces, A cambiará a 1 y B cambiará a 0. Esto no conducirá a la fuente; ya que ambos transistores requieren un circuito cerrado para conectar la entrada a la fuente. Los transistores nMOS no invierten los valores; entonces, el nMOS asociado con A producirá un 0, y el nMOS asociado con B producirá un 1; por lo tanto, el nMOS asociado con B producirá un circuito cerrado a tierra. Esto llevará a la puerta a producir un valor de 0.

Cuando A es 1 y B es 0, esta puerta invertirá ambos valores cuando lleguen a los transistores pMOS; entonces, A cambiará a 0 y B cambiará a 1. Esto no conducirá a la fuente; ya que ambos transistores requieren un circuito cerrado para conectar la entrada a la fuente. Los transistores nMOS no invierten los valores; entonces, el nMOS asociado con A producirá un 1, y el nMOS asociado con B producirá un 0; por lo tanto, el nMOS asociado con A producirá un circuito cerrado a tierra. Esto llevará a la puerta a producir un valor de 0.

Cuando A es 1 y B es 1, esta puerta invertirá ambos valores cuando lleguen a los transistores pMOS; entonces, A cambiará a 0 y B cambiará a 0. Esto no conducirá a la fuente; ya que ambos transistores requieren un circuito cerrado para conectar la entrada a la fuente. Los transistores nMOS no invierten los valores; entonces, el nMOS asociado con A producirá un 1, y el nMOS asociado con B producirá un 1; por lo tanto, el nMOS asociado con A y el nMOS asociado con B producirán un circuito cerrado a tierra. Esto llevará a la puerta a producir un valor de 0.

Por lo tanto, la tabla de verdad de la puerta es la siguiente:

La salida de la puerta NOR.

Mientras tanto, la tabla de verdad de la función lógica NOR es la siguiente:

La salida de la función lógica NOR.

Por lo tanto, hemos confirmado que esta puerta es una puerta NOR porque comparte su tabla de verdad con la función lógica NOR.

Ahora, uniremos las dos puertas que hemos creado hasta ahora para producir una puerta OR. Recuerde, NOR significa NO O; por tanto, si invertimos una puerta ya invertida, recuperaremos la original. Pongamos esto a prueba para verlo en acción.

Ejemplo de una puerta OR

Lo que hemos hecho aquí es que hemos tomado la puerta NOR de antes y aplicado una puerta NOT a la salida. Como hemos mostrado arriba, la puerta NOT tomará un valor de 1 y generará un 0, y la puerta NOT tomará un valor de 0 y generará un 1.

Esto tomará los valores de la puerta NOR y convertirá todos los 0 en 1 y los 1 en 0. Por lo tanto, la tabla de verdad será la siguiente:

Tabla de verdad de una puerta NOR y una puerta OR

Si desea practicar más probando estas puertas, siéntase libre de probar los valores anteriores por sí mismo y vea que la puerta produce resultados equivalentes.

Ejemplo de una puerta NAND

Afirmo que esta es una puerta NAND, pero probemos la tabla de verdad de esta puerta para determinar si realmente es una puerta NAND.

Cuando A es 0 y B es 0, el pMOS de A producirá un 1 y el nMOS de A producirá un 0; por lo tanto, esta puerta producirá un 1 lógico ya que está conectada a la fuente con un circuito cerrado y desconectada de tierra con un circuito abierto.

Cuando A es 0 y B es 1, el pMOS de A producirá un 1 y el nMOS de A producirá un 0; por lo tanto, esta puerta producirá un 1 lógico ya que está conectada a la fuente con un circuito cerrado y desconectada de tierra con un circuito abierto.

Cuando A es 1 y B es 0, el pMOS de B producirá un 1 y el nMOS de B producirá un 0; por lo tanto, esta puerta producirá un 1 lógico ya que está conectada a la fuente con un circuito cerrado y desconectada de tierra con un circuito abierto.

Cuando A es 1 y B es 1, el pMOS de A producirá un 0 y el nMOS de A producirá un 1; por lo tanto, también debemos verificar el pMOS y el nMOS de B. pMOS de B producirá un 0 y nMOS de B producirá un 1; por lo tanto, esta puerta producirá un 0 lógico ya que está desconectada de la fuente con un circuito abierto y conectada a tierra con un circuito cerrado.

La tabla de verdad es la siguiente:

La tabla de verdad de la puerta anterior.

Mientras tanto, la tabla de verdad de la función lógica NAND es la siguiente:

Así, hemos verificado que se trata, efectivamente, de una puerta NAND.

Ahora, ¿cómo construimos una puerta AND? Bueno, ¡construiremos una puerta AND exactamente de la misma manera que construimos una puerta OR desde una puerta NOR! ¡Adjuntaremos un inversor!

Ejemplo de una puerta AND

Dado que todo lo que hemos hecho es aplicar una función NOT a la salida de una puerta NAND, la tabla de verdad se verá así:

Tabla de verdad completa de AND y NAND

Nuevamente, verifique para asegurarse de que lo que le estoy diciendo es la verdad.

¡Hoy, hemos cubierto qué son los transistores pMOS y nMOS, así como también cómo usarlos para construir estructuras más complejas! Espero que hayas encontrado este blog informativo. Si desea leer mis blogs anteriores, encontrará la lista a continuación.

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