Aşağıdaki, verimli ve güvenilir bir işlem için gerekli tüm bileşenleri tanımlanmış gerçek evirici devresinin bir şematik çizimidir:

Transkript

1 NOT Geçidi Daha önce değinilen tek-transistörlü evirici devresinin gerçekte geçit gibi pratik kullanımının olması çok ilkeldir. Gerçek evirici devreler gerilim kazancını maksimize etmek için birden fazla transistör içerir Gerçek evirici devreleri gerilim kazancını maksimize etmek için birden fazla transistör içerir (nihai çıkış transistörünün tamamen kesme yada tamamen doygun olmasını sağlamak amacıyla) ve diğer bileşenler tesadüfi zarar şansını azaltmak için dizayn edilmiştir. Aşağıdaki, verimli ve güvenilir bir işlem için gerekli tüm bileşenleri tanımlanmış gerçek evirici devresinin bir şematik çizimidir: Bu devre sadece dirençler ve iki kutuplu transistörlerden oluşturulmuştur. İki kutuplu yerine alanetkili transistörlerin geçtiği dizaynları içeren diğer devre dizaynlarının NOT geçit fonksiyonunu yapmaya yetenekli olduğunu unutmamak gerekir (bu bölüm daha sonra tartışılacaktır). Bu devreyi girişin "yüksek" yada ikili "1" durumunda olduğu koşulda analiz edelim. Bunu bir anahtar üzerinden V cc ye bağlanmış giriş terminalini göstererek taklit edebiliriz:

2 Bu durumda, D 1 diyotu ters-eğilimli olacaktır ve bu nedenle herhangi bir akım iletmeyecektir. Aslında, devrede D 1 olmasının amacı sadece, girişten negatif gerilim uygulandığı durumda transistör bozulmasını önlemektir. (gerilim toprağa göre pozitiften ziyade negatiftir). Q 1 transistörünün taban ve yayıcı arasında gerilim yok iken aynı zamanda akın geçmemesini de bekleriz. Fakat, ne kadar garip görünse de, Q 1 transistörü alışıldık bir transistör gibi kullanılmaz. Gerçekte devrede kullanılan Q 1 sırt sırta diyot çiftinden başka bir şey değildir. Aşağıdaki şema Q 1 in gerçek fonksiyonunu göstermektedir:

3 Bu diyotların amacı Q 2 transistörünün tabanına doğru yada tabanından uzağa doğru girişin mantık seviyesine bağlı olarak akımı "yönetmek" tir. Bu diyotların akımı nasıl "yönet" ebildiği ilk incelemede tam olarak açık değildir bu nedenle kısa bir örnek anlamak için gerekli olabilir. Aşağıdaki Q 2 ve Q 4 transistörlerinin tek diyot şeklinde referans-yayıcılı kavşaklarını temsil ettiği, sırt sırta iki diyot üzerinden akım "yönetimi" ne konsantre olabilelim diye devrenin tüm diğer parçalarını çıkartıldığı, diyot/direnç devresine sahip olduğumuzu varsayalım: "yukarı" pozisyondaki giriş anahtarı ile (V cc ye bağlı), Q 1 diyotunun sola seyreden diyotunun üzerinden akım geçmeyeceği açıktır çünkü anahtar-diyot-r 1 -anahtar döngüsünde elektron akışını sağlayacak herhangi bir gerilim yoktur. Ancak Q 1 in sağa seyreden diyotu üzerinde, Q 2 nin

4 referans-yayıcılı diyot kavşağı ve Q 4 ün referans-yayıcılı diyot kavşağı üzerinde olduğu gibi, akım olacaktır: Bu bize hakiki geçit devresinde Q 2 ve Q 4 transistörleri toplayıcı akımı iletmeyi açacak referans akıma sahip olacaktır. Sağı yöneten diyot, Q 2 nin referans-yayıcılı diyotu ve Q 4 ün referans-yayıcılı diyotu ile Q 1 referansı (iki sırt sırta yöneten diyotu birbirine bağlayan boğum) ile toprak arasında toplam gerilim düşüşü, üç PN kavşağının birleşik gerilim düşüşüne eşit, yaklaşık 2.1 volt olacaktır: Sağ yöneten diyot, Q 2 nin referans-yayıcılı diyotu ve Q 4 ün referans-yayıcılı diyotu. Şimdi, giriş anahtarını "aşağı" ya hareket ettirelim ve ne olduğunu görelim: Bu devredeki akımı ölçebilseydik, Q 1 in sola yöneten diyotu üzerinden geçen tüm akımı ve sağ diyot üzerinde olmayan akımı bulabilirdik. Neden böyledir? Söylendiği gibi onun hala Q 4 diyotu, Q 2 diyotu, çiftin sağ diyotu ve R 1 üzerinde tam akım yolu var oluşu görünür fakat neden bu yol üzerinde akım yoktur?

5 Onlara uygulanan ileri gerilim mutlak minimum miktara ulaşana kadar ( yaklaşık olarak silikon için 0.7 volt ve germanyum için 0.3 volt) akım iletmeye başlamazlar. PN kavşaklarının çok doğrusal olmayan aygıtlar olduğunu hatırlayınız. Onlar akım iletmeye başladıktan sonra, 0.7 volttan daha fazla düşmeyeceklerdir. Bu devredeki anahtar "aşağı" pozisyonda iken, yöneten diyot çiftlerinin sol diyotu tamamen iletiyordur ve 0.7 volttan daha fazla düşmez. Anahtarı tekrar "yukarı" pozisyona getirelim (Q2 ve Q4 transistörleri iletiyor), iki benzer nokta (Q1 in tabanı ve toprağı) arasına yaklaşık 2.1 volt düşer, bu aynı zamanda iletim durumunda ilerleyen gerilime, silikon PN kavşaklarına bağlı ızgara gerilimi üçlü serisi için artı yönde gerekli minimum gerilim olur. Sol diyotun artı gerilim düşüşünden elde edilen 0.7 volt, sağ Q 2 diyotunun seri devre üzerinden, R 3 //Q 4 diyotu paralel alt devresinden herhangi bir elektron akışına izin vermeye tümüyle elverişsizdir ve sonuçta bu yol üzerinden elektron akışı yoktur. Q2 yada Q4 transistörünün tabanı üzerinden elektron akışı yok iken hiçbiri toplayıcı akım iletemeyecektir: Q2 ve Q4 transistörleri kesim durumunda olacaktır. Sonuç olarak, bu devre konfigürasyonu Q2 taban akımının yüzde 100 anahtarlanmasına sola yönelimli diyot üzerinden akım sapması ile izin verir (ve bundan dolayı geçit devresi durağını çıkıştaki gerilimi içerecek şekilde kontrol eder). Örneğimizdeki geçit devresinde anahtar ile (V cc ye bağlandı) sola yönelimli diyot yapılarak(üzerine sıfır gerilim düşürüldü), giriş "yüksek" tutuldu. Ancak, sağa yönelimli diyot Q 2 tabanı ve R 1 direnci üzerinden akım iletmektedir:

6 Sağlanan taban akım ile Q 2 transistörü "açılacak" tır. Çok spesifik olarak, taban üzerinde R 1 tarafından izin verilen yeterli akımdan daha fazla olması dolayısıyla doyacaktır. Q 2 nin doygunluğu ile, R 3 direnci Q 4 transistörünün taban-yayıcılı kavşağını yeterli artı-ızgara gerilimine düşürecektir, bu suretle onu doygun hale getirecektir:

7 Doygun Q 4 ile çıkış terminali, neredeyse 0 volt yada ikili "0" ("düşük") mantık seviyesi geriliminde (toprak referansında) bırakıldığında direk olarak topraklanmış olacaktır. D 2 diyotunun varlığı nedeni ile, Q 3 ün tabanı ile onu açacak ileticisi arasında yeterli gerilim olamayacağı için kesme durumunda kalır. Giriş anahtarını harekete geçirerek, girişin mantık seviyesini ikili "0" a çevirdiğimizde ne olduğuna bakalım: Şimdi Q 1 in dola yönelimli diyotu üzerinde akım olacak ve sağa yönelimli diyotu üzerinde akım olmayacaktır. Bu Q 2 nin tabanı üzerindeki akımı kapatarak elimine eder. Q 2 kapalı iken, Q 4 taban akımı için artık bir yol yoktur, bu nedenle Q 4 kesme durumuna gider. Öte yandan Q 3, taban-yayıcılı kavşağının artı-ızgara gerilimi ve doyurmak için taban ve toprağı arasında verimli gerilim düşürülmüştür, böylece çıkış terminal gerilimini "yüksek" duruma getirmiştir. Gerçekte, çıkış gerilimi doygunluk derecesine ve yük akımına bağlı olarak 4 volt civarında olacaktır fakat hala "yüksek" (1) mantık seviyesi olarak göz önünde bulundurulabilecek kadar yeterince yüksektir. Bununla, evirici devremizin simülasyonu tamamlanmıştır: "1" girişi "0" verir vs. Zeki bir gözlemci bu evirici devresinin girişinin sola kayan (ne V cc ne de toprağa bağlanmamış) "yüksek" bir seviye varsayılacağına dikkat edecektir. Sola bağlanmamış giriş terminali ile, R 1 in akımının Q 2 nin tabanı boyunca gitmesine izin vererek, Q 1 sola yönelimli diyot üzerinde akım olmayacaktır, böylece Q 2 doyacak ve devre çıkışı "düşük" duruma sürülecektir:

8 Eğer sola akış Transistör-den-Transistör e yada TTL olarak bilinen bu dizayn türüne bağlı olarak tüm geçit devreleri tarafından paylaşılırsa, yüksek giriş seviyesi elde etmek için böyle bir devreye gereksinim olur. Bu özellikten geçitlerin çıkış devre dizaynlarını basitleştirmekte yararlanılabilir, geçitlerin çıkışları bilindiğinde tipik olarak diğer geçitlerin girişleri sürülür. TTL geçit devresinin girişi kayarken yüksek bir durum üstlenirse, TTL girişini süren herhangi bir geçidin çıkışı sadece düşük bir durum için topraklama ve yüksek bir duruma kayma yolu sağlama ihtiyacı duyar. Bu kavram tam anlama için ilave bir ayrıntı gerektirir, bu nedenle burada detaylı bir şekilde inceleyeceğiz. Analiz ettiğimiz geçit devresi çıkış akımını içeri ve dışarı iki yöne idare etmeye kabiliyetlidir: içeri ve dışarı. Teknik olarak bu sırasıyla sourcing ve sinking akımı olarak bilinir. Geçit çıkışı yüksek olduğunda, elektronların topraktan yük boyunca geçidin çıkış terminaline, Q 3 yayıcısı boyunca ve nihayetinde V cc güç terminaline (DC güç kaynağının pozitif tarafı) kadar akmasına izin veren, üst çıkış transistörü (Q 3 ) boyunca çıkış terminalinden V cc ye süreklilik vardır:

9 Bu kavramı basitleştirmek için, durumuna göre çıkış terminalini V cc yada toprağa bağlama yeteneğine sahip çift-yönlü anahtar olarak geçit devresinin çıkışını göstermeliyiz. "yüksek" mantık seviyesi veren bir geçit, Q 3 doygun ve Q 4 kesme kombinasyonu, topraklanmış yük boyunca akım yolu sağlayan "V cc " pozisyonunda çift-atışlı anahtara paraleldir: Geçit sembolü içerisinde gösterilen bu iki-pozisyonlu anahtarın, sırasıyla çıkış terminalini V cc yada toprağa bağlayan Q 3 ve Q 4 transistörlerini temsil ettiğine dikkat ediniz, daha önce gösterilen anahtar geçite bir giriş sinyali göndermemektedir! Tersine, bir geçit devresi yük e bir "düşük" mantık seviye çıkardığında, "toprak" pozisyonunda ayarlanmış çift-yönlü anahtara benzerdir. Yük direnci V cc ye bağlanırsa akım farklı bir yoldan

10 gidecektir: Topraktan, Q4 yyayıcısı boyunca ilerleyip, çıkış terminalinden çıkarak, yük direnci üzerinden ve tekrar V cc ye ulaşacaktır. Bu koşuldaki geçişe sinking akım denilir: "bas-çek" transistör çifti (totem kutup çıkışı olarak bilinir) gibi çalışan Q 3 ve Q 4 kombinasyonu yükün kaynak akımına (akımı V cc ye sürer) yada sink akımına (topraktan çıkış akımı) geçişine yeteneklidir. Bununla beraber, standart bir TTL geçit girişi akımın source lanmış olmasına ihtiyaç duymaz, sadece sink akımının olması yeterlidir. Böyle kabul edilmesinin nedeni, bir TTL geçit girişi doğal olarak eğer sola kayan ise yüksek bir durum varsayar, TTL girişini süren herhangi bir geçit çıkışı "0" yada "düşük" girişi sağlamak için sadece sink akımına ihtiyaç duyar ve alıcı geçidinin girişinde "1" yada "yüksek" mantık seviyesi sağlamak için source akımına ihtiyaç duymaz:

11 Bunun anlamı, Q 3 ü tamamen elimine edebilmek için geçit devresinin çıkış mertebesini sadeleştirmenin bir seçeneğine sahibiz. Sonuç açık-toplayıcılı çıkış olarak bilinir:

12 Açık-toplayıcılı çıkış devresini standart geçit sembolü ile dizayn etmek için özel bir işaret kullanıldı. Burada gösterilen açık-toplayıcılı çıkış ile evirici geçidinin bir sembolüdür: Kayan geçit girişinin varsayılan "yüksek" koşulunun sadece TTL devresi için doğru, diğer türler için gereksiz, özellikle alan-etkili transistörlerin mantık seviyeleri için inşa edilmiş olduğunu unutmayınız. ÖZET: Bir evirici yada NOT, girişin zıttı durum çıkartan bir geçittir. Öyle ki, "düşük" giriş (0) "yüksek" çıkış (1) verir vs. Bu konuda bahsedildiği gibi dirençler ve iki kutuplu transistörlerle inşa edilmiş geçit devreleri TTL olarak adlandırılır. TTL Transistor-to-Transistor Logic in kısaltılmışıdır. Geçit devrelerinde kullanılan bazı iki kutuplu transistörler yerine alan-etkili transistörleri kullanan başka dizayn yöntemleri vardır. Bir geçide, çıkış terminali ve DC güç kaynağının (V cc ) pozitif tarafı arasında akım yolu sağladığında, source akım denir. Başka bir deyişle, güç kaynağı nın (+V) çıkış terminaline bağlanır.

13 Bir geçide, çıkış terminali ve toprak arasında akım yolu sağladığında, buna sinking akım denir. Başka bir deyişle, çıkış terminali topraklanır (sinking). Totem kutup lu çıkış mertebesi ile geçit devreleri source ve sink akıma yeteneklidirler. Açıktoplayıcılı çıkış mertebesi ile geçit devreleri kaynak akıma değil, sadece sink akıma yeteneklidirler. Açık-toplayıcılı geçitler TTL geçit girişlerini sürmekte kullanıldıklarında pratiktirler çünkü TTL girişleri akım kaynağına ihtiyaç duymazlar.