Transistor PMOS dan NMOS

Mikroprosesor dibangun dari transistor. Secara khusus, mereka dibangun dari transistor MOS. MOS adalah singkatan dari Metal-Oxide Semiconductor. Ada dua jenis transistor MOS: pMOS (MOS positif) dan nMOS (MOS negatif). Setiap pMOS dan nMOS dilengkapi dengan tiga komponen utama: gate, source, dan drain.

Untuk memahami dengan benar bagaimana pMOS dan nMOS beroperasi, penting untuk terlebih dahulu mendefinisikan beberapa istilah:

sirkuit tertutup: Ini berarti bahwa listrik mengalir dari gerbang ke sumbernya.

sirkuit terbuka: Ini berarti listrik tidak mengalir dari gerbang ke sumbernya; melainkan, listrik mengalir dari gerbang ke saluran pembuangan.

Ketika transistor nMOS menerima tegangan yang tidak dapat diabaikan, koneksi dari sumber ke saluran pembuangan bertindak sebagai kabel. Listrik akan mengalir dari sumber ke saluran pembuangan tanpa hambatan — ini disebut sebagai sirkuit tertutup. Di sisi lain, ketika transistor nMOS menerima tegangan sekitar 0 volt, koneksi dari sumber ke saluran akan terputus dan ini disebut sebagai rangkaian terbuka.

Contoh transistor nMOS

Transistor tipe-p bekerja persis berlawanan dengan transistor tipe-n. Sedangkan nMOS akan membentuk rangkaian tertutup dengan sumber ketika tegangan tidak dapat diabaikan, pMOS akan membentuk rangkaian terbuka dengan sumber ketika tegangan tidak dapat diabaikan.

Contoh transistor pMOS

Seperti yang Anda lihat pada gambar transistor pMOS yang ditunjukkan di atas, satu-satunya perbedaan antara transistor pMOS dan transistor nMOS adalah lingkaran kecil antara gerbang dan bar pertama. Lingkaran ini membalikkan nilai dari tegangan; jadi, jika gerbang mengirimkan perwakilan tegangan dari nilai 1, maka inverter akan mengubah 1 menjadi 0 dan menyebabkan rangkaian berfungsi sesuai.

Karena pMOS dan nMOS berfungsi dengan cara yang berlawanan — dengan cara yang saling melengkapi — ketika kita menggabungkan keduanya menjadi satu sirkuit MOS raksasa, itu disebut sirkuit cMOS, yang merupakan singkatan dari semikonduktor oksida logam komplementer.

Memanfaatkan Sirkuit MOS

Kita dapat menggabungkan sirkuit pMOS dan nMOS untuk membangun struktur yang lebih kompleks yang disebut GERBANG, lebih khusus: gerbang logika. Kami telah memperkenalkan konsep fungsi logis ini dan tabel kebenaran terkait di blog sebelumnya, yang dapat Anda temukan dengan mengklik di sini.

Kita dapat memasang transistor pMOS yang terhubung ke sumber dan transistor nMOS yang terhubung ke ground. Ini akan menjadi contoh pertama kami dari transistor cMOS.

Contoh gerbang NOT

Transistor cMOS ini bekerja dengan cara yang mirip dengan fungsi logika NOT.

Mari kita lihat tabel kebenaran NOT:

BUKAN tabel kebenaran

Dalam tabel kebenaran NOT, setiap nilai input: A dibalik. Apa yang terjadi dengan rangkaian di atas?

Nah, mari kita bayangkan inputnya adalah 0.

0 masuk dan naik dan turun kabel ke pMOS (atas) dan nMOS (bawah). Ketika nilai 0 mencapai pMOS, itu akan dibalik menjadi 1; jadi, koneksi ke sumber ditutup. Ini akan menghasilkan nilai logika 1 selama koneksi ke ground (drain) tidak juga tertutup. Nah, karena transistor saling melengkapi, kita tahu bahwa transistor nMOS tidak akan membalikkan nilainya; jadi, dibutuhkan nilai 0 apa adanya dan akan — oleh karena itu — membuat sirkuit terbuka ke ground (drain). Dengan demikian, nilai logis 1 dihasilkan untuk gerbang.

Nilai IN 0 menghasilkan nilai OUT 1

Apa yang terjadi jika a 1 adalah nilai IN? Nah, mengikuti langkah yang sama seperti di atas, nilai 1 dikirim ke pMOS dan nMOS. Ketika nilai diterima oleh pMOS, nilainya akan dibalik menjadi 0; dengan demikian, koneksi ke SOURCE terbuka. Ketika nilai diterima oleh nMOS, nilainya tidak terbalik; dengan demikian, nilainya tetap 1. Ketika nilai 1 diterima oleh nMOS, koneksi ditutup; jadi, koneksi ke ground ditutup. Ini akan menghasilkan nilai logika 0.

Nilai IN 1 menghasilkan nilai OUT 0.

Menempatkan dua set input/output bersama-sama menghasilkan:

Tabel Kebenaran untuk gerbang NOT.

Sangat mudah untuk melihat bahwa tabel kebenaran ini sama persis dengan yang dihasilkan oleh fungsi logika NOT. Oleh karena itu, ini dikenal sebagai gerbang NOT.

Bisakah kita menggunakan dua transistor sederhana ini untuk membuat struktur yang lebih rumit? Sangat! Selanjutnya kita akan membangun sebuah gerbang NOR dan sebuah gerbang OR.

Contoh gerbang NOR

Rangkaian ini menggunakan dua transistor pMOS di bagian atas dan dua transistor nMOS di bagian bawah. Sekali lagi, mari kita lihat input ke gerbang untuk melihat bagaimana perilakunya.

Ketika A adalah 0 dan B adalah 0, gerbang ini akan membalikkan kedua nilai menjadi 1 ketika mereka mencapai transistor pMOS; namun, transistor nMOS akan mempertahankan nilai 0. Ini akan mengarahkan gerbang untuk menghasilkan nilai 1.

Ketika A adalah 0 dan B adalah 1, gerbang ini akan membalikkan kedua nilai ketika mereka mencapai transistor pMOS; jadi, A akan berubah menjadi 1 dan B akan berubah menjadi 0. Ini tidak akan mengarah ke sumber; karena kedua transistor memerlukan rangkaian tertutup untuk menghubungkan input ke sumber. Transistor nMOS tidak membalikkan nilai; jadi, nMOS yang terkait dengan A akan menghasilkan 0, dan nMOS yang terkait dengan B akan menghasilkan 1; dengan demikian, nMOS yang terkait dengan B akan menghasilkan sirkuit tertutup ke ground. Ini akan mengarahkan gerbang untuk menghasilkan nilai 0.

Ketika A adalah 1 dan B adalah 0, gerbang ini akan membalikkan kedua nilai ketika mereka mencapai transistor pMOS; jadi, A akan berubah menjadi 0dan B akan berubah menjadi 1. Ini tidak akan mengarah ke sumber; karena kedua transistor memerlukan rangkaian tertutup untuk menghubungkan input ke sumber. Transistor nMOS tidak membalikkan nilai; jadi, nMOS yang terkait dengan A akan menghasilkan 1, dan nMOS yang terkait dengan B akan menghasilkan 0; dengan demikian, nMOS yang terkait dengan Awill menghasilkan sirkuit tertutup ke ground. Ini akan mengarahkan gerbang untuk menghasilkan nilai 0.

Ketika A adalah 1 dan B adalah 1, gerbang ini akan membalikkan kedua nilai ketika mereka mencapai transistor pMOS; jadi, A akan berubah menjadi 0 dan B akan berubah menjadi 0. Ini tidak akan mengarah ke sumber; karena kedua transistor memerlukan rangkaian tertutup untuk menghubungkan input ke sumber. Transistor nMOS tidak membalikkan nilai; jadi, nMOS yang terkait dengan A akan menghasilkan 1, dan nMOS yang terkait dengan B akan menghasilkan 1; dengan demikian, nMOS yang terkait dengan A dan nMOS yang terkait dengan B akan menghasilkan sirkuit tertutup ke ground. Ini akan mengarahkan gerbang untuk menghasilkan nilai 0.

Dengan demikian, tabel kebenaran gerbang adalah sebagai berikut:

Keluaran gerbang NOR.

Sedangkan tabel kebenaran fungsi logika NOR adalah sebagai berikut:

Keluaran dari Fungsi Logika NOR.

Jadi, kita telah mengkonfirmasi bahwa gerbang ini adalah gerbang NOR karena membagi tabel kebenarannya dengan fungsi logika NOR.

Sekarang, kita akan menempatkan kedua gerbang, yang telah kita buat sejauh ini, bersama-sama untuk menghasilkan gerbang OR. Ingat, NOR adalah singkatan dari NOT OR; jadi, jika kita membalikkan gerbang yang sudah dibalik, kita akan mendapatkan kembali aslinya. Mari kita uji ini untuk melihatnya beraksi.

Contoh gerbang OR

Apa yang telah kita lakukan di sini adalah kita telah mengambil gerbang NOR dari sebelumnya dan menerapkan gerbang NOT ke output. Seperti yang telah kita tunjukkan di atas, gerbang NOT akan mengambil nilai 1 dan mengeluarkan a 0, dan gerbang NOT akan mengambil nilai 0 dan mengeluarkan a 1.

Ini akan mengambil nilai gerbang NOR dan mengubah semua 0s menjadi 1s dan 1s menjadi 0s. Sehingga tabel kebenarannya menjadi sebagai berikut:

Tabel Kebenaran gerbang NOR dan gerbang OR

Jika Anda ingin lebih banyak berlatih menguji gerbang-gerbang ini, jangan ragu untuk mencoba nilai-nilai di atas sendiri dan lihatlah bahwa gerbang tersebut menghasilkan hasil yang setara!

Contoh gerbang NAND

Saya mengklaim ini adalah gerbang NAND, tetapi mari kita uji tabel kebenaran gerbang ini untuk menentukan apakah itu benar-benar gerbang NAND.

Ketika A adalah 0 dan B adalah 0, pMOS A akan menghasilkan 1, dan nMOS A akan menghasilkan 0; dengan demikian, gerbang ini akan menghasilkan logika 1 karena terhubung ke sumber dengan sirkuit tertutup dan terputus dari tanah dengan sirkuit terbuka.

Ketika A adalah 0 dan B adalah 1, pMOS A akan menghasilkan 1, dan nMOS A akan menghasilkan 0; dengan demikian, gerbang ini akan menghasilkan logika 1 karena terhubung ke sumber dengan sirkuit tertutup dan terputus dari tanah dengan sirkuit terbuka.

Ketika A adalah 1 dan B adalah 0, pMOS B akan menghasilkan 1, dan nMOS B akan menghasilkan 0; dengan demikian, gerbang ini akan menghasilkan logika 1 karena terhubung ke sumber dengan sirkuit tertutup dan terputus dari tanah dengan sirkuit terbuka.

Ketika A adalah 1 dan B adalah 1, pMOS A akan menghasilkan 0, dan nMOS A akan menghasilkan 1; jadi, kita juga harus memeriksa pMOS dan nMOS B. pMOS B akan menghasilkan 0, dan nMOS B akan menghasilkan 1; dengan demikian, gerbang ini akan menghasilkan logika 0 karena terputus dari sumber dengan rangkaian terbuka dan terhubung ke tanah dengan rangkaian tertutup.

Tabel kebenarannya adalah sebagai berikut:

Tabel kebenaran gerbang di atas.

Sedangkan tabel kebenaran fungsi logika NAND adalah sebagai berikut:

Jadi, kami telah memverifikasi bahwa ini memang gerbang NAND.

Sekarang, bagaimana kita membangun gerbang AND? Nah, kita akan membangun sebuah gerbang AND dengan cara yang sama persis seperti kita membangun sebuah gerbang OR dari sebuah gerbang NOR! Kami akan memasang inverter!

Contoh gerbang AND

Karena semua yang telah kita lakukan menerapkan fungsi NOT ke output gerbang NAND, tabel kebenaran akan terlihat seperti ini:

Tabel Kebenaran Lengkap AND dan NAND

Sekali lagi, mohon verifikasi untuk memastikan bahwa apa yang saya katakan adalah kebenaran.

Hari ini, kita telah membahas apa itu transistor pMOS dan nMOS serta bagaimana menggunakannya untuk membangun struktur yang lebih kompleks! Saya harap Anda menemukan blog ini informatif. Jika Anda ingin membaca blog saya sebelumnya, Anda akan menemukan daftar di bawah ini.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan