Transistores PMOS e NMOS

Microprocessadores são construídos de transistores. Em particular, eles são construídos com transistores MOS. MOS é um acrônimo para Metal-Oxide Semiconductor. Existem dois tipos de transistores MOS: pMOS (positivo-MOS) e nMOS (negativo-MOS). Cada pMOS e nMOS vem equipado com três componentes principais: a porta, a fonte e o dreno.

Para entender corretamente como um pMOS e um nMOS operam, é importante primeiro definir alguns termos:

circuito fechado: Isso significa que a eletricidade está fluindo do portão para a fonte.

circuito aberto: Isso significa que a eletricidade não está fluindo do portão para a fonte; mas sim, a eletricidade está fluindo do portão para o ralo.

Quando um transistor nMOS recebe uma tensão não desprezível, a conexão da fonte ao dreno atua como um fio. A eletricidade fluirá da fonte para o dreno sem inibições - isso é chamado de circuito fechado. Por outro lado, quando um transistor nMOS recebe uma tensão em torno de 0 volts, a conexão da fonte ao dreno será interrompida e isso é chamado de circuito aberto.

Exemplo de um transistor nMOS

O transistor tipo p funciona exatamente em oposição ao transistor tipo n. Enquanto o nMOS formará um circuito fechado com a fonte quando a tensão não for desprezível, o pMOS formará um circuito aberto com a fonte quando a tensão não for desprezível.

Exemplo de um transistor pMOS

Como você pode ver na imagem do transistor pMOS mostrada acima, a única diferença entre um transistor pMOS e um transistor nMOS é o pequeno círculo entre a porta e a primeira barra. Este círculo inverte o valor da tensão; portanto, se o portão enviar uma tensão representativa de um valor de 1, o inversor mudará o 1 para 0 e fará com que o circuito funcione de acordo.

Como o pMOS e o nMOS funcionam de maneira oposta – de maneira complementar – quando combinamos os dois em um circuito MOS gigante, ele é chamado de circuito cMOS, que significa semicondutor de óxido de metal complementar.

Utilizando os circuitos MOS

Podemos combinar circuitos pMOS e nMOS para construir estruturas mais complexas chamadas GATES, mais especificamente: portas lógicas. Já apresentamos o conceito dessas funções lógicas e suas tabelas de verdade associadas no blog anterior, que você pode encontrar clicando em SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA.

Podemos conectar um transistor pMOS que se conecta à fonte e um transistor nMOS que se conecta ao terra. Este será nosso primeiro exemplo de um transistor cMOS.

Exemplo de uma porta NOT

Este transistor cMOS atua de maneira semelhante à função lógica NOT.

Vamos dar uma olhada na tabela de verdade NOT:

NÃO tabela verdade

Na tabela verdade NOT, cada valor de entrada: A é invertido. O que acontece com o circuito acima?

Bem, vamos imaginar que a entrada é um 0.

O 0 entra e sobe e desce o fio para o pMOS (superior) e o nMOS (inferior). Quando o valor 0 atinge o pMOS, ele é invertido para 1; assim, a conexão com a fonte é fechada. Isso produzirá um valor lógico de 1, desde que a conexão com o terra (dreno) também não esteja fechada. Bem, como os transistores são complementares, sabemos que o transistor nMOS não inverterá o valor; então, ele assume o valor 0 como está e, portanto, criará um circuito aberto para o solo (dreno). Assim, um valor lógico de 1 é produzido para a porta.

Um valor IN de 0 produz um valor OUT de 1

O que acontece se um 1 for o valor IN? Bem, seguindo os mesmos passos acima, o valor 1 é enviado tanto para o pMOS quanto para o nMOS. Quando o valor é recebido pelo pMOS, o valor é invertido para 0; assim, a conexão com a FONTE está aberta. Quando o valor é recebido pelo nMOS, o valor não é invertido; assim, o valor permanece 1. Quando o valor 1 é recebido pelo nMOS, a conexão é encerrada; assim, a ligação à terra está fechada. Isso produzirá um valor lógico de 0.

Um valor IN de 1 produz um valor OUT de 0.

Juntar os dois conjuntos de entrada/saída produz:

A Tabela Verdade para uma porta NOT.

É muito fácil ver que essa tabela verdade é exatamente a mesma que a função lógica NÃO produz. Portanto, isso é conhecido como uma porta NOT.

Podemos usar esses dois transistores simples para fazer estruturas mais complicadas? Absolutamente! Em seguida, construiremos uma porta NOR e uma porta OR.

Um exemplo de uma porta NOR

Este circuito usa dois transistores pMOS na parte superior e dois transistores nMOS na parte inferior. Novamente, vamos dar uma olhada na entrada do portão para ver como ele se comporta.

Quando A é 0 e B é 0, esta porta irá inverter ambos os valores para 1 quando atingirem os transistores pMOS; entretanto, os transistores nMOS manterão o valor 0. Isso levará o gate a produzir o valor 1.

Quando A é 0 e B é 1, esta porta inverterá ambos os valores quando atingirem os transistores pMOS; assim, A mudará para 1 e B mudará para 0. Isso não levará à fonte; uma vez que ambos os transistores requerem um circuito fechado para conectar a entrada à fonte. Os transistores nMOS não invertem os valores; assim, o nMOS associado a A produzirá um 0, e o nMOS associado a B produzirá um 1; assim, o nMOS associado a B produzirá um circuito fechado para a terra. Isso levará o portão a produzir um valor de 0.

Quando A é 1 e B é 0, esta porta irá inverter ambos os valores ao atingirem os transistores pMOS; portanto, A mudará para 0 e B mudará para 1. Isso não levará à fonte; uma vez que ambos os transistores requerem um circuito fechado para conectar a entrada à fonte. Os transistores nMOS não invertem os valores; assim, o nMOS associado a A produzirá um 1, e o nMOS associado a B produzirá um 0; assim, o nMOS associado ao Awill produz um circuito fechado para o solo. Isso levará o portão a produzir um valor de 0.

Quando A é 1 e B é 1, esta porta irá inverter ambos os valores quando atingirem os transistores pMOS; assim, A mudará para 0 e B mudará para 0. Isso não levará à fonte; uma vez que ambos os transistores requerem um circuito fechado para conectar a entrada à fonte. Os transistores nMOS não invertem os valores; assim, o nMOS associado a A produzirá um 1, e o nMOS associado a B produzirá um 1; assim, o nMOS associado a A e o nMOS associado a B produzirão um circuito fechado para a terra. Isso levará o portão a produzir um valor de 0.

Assim, a tabela verdade da porta é a seguinte:

A saída da porta NOR.

Enquanto isso, a tabela verdade da função lógica NOR é a seguinte:

A saída da Função Lógica NOR.

Assim, confirmamos que esta porta é uma porta NOR porque compartilha sua tabela verdade com a função lógica NOR.

Agora, colocaremos as duas portas, que criamos até agora, juntas para produzir uma porta OU. Lembre-se de que NOR significa NOT OR; então, se invertermos uma porta já invertida, teremos de volta a original. Vamos testar isso para ver em ação.

Exemplo de uma porta OR

O que fizemos aqui foi pegar a porta NOR de antes e aplicar uma porta NOT à saída. Como mostramos acima, a porta NOT terá um valor de 1 e produzirá um 0, e a porta NOT terá um valor de 0 e produzirá um 1.

Isso pegará os valores da porta NOR e converterá todos os 0s em 1s e 1s em 0s. Assim, a tabela verdade será a seguinte:

Tabela verdade de uma porta NOR e uma porta OR

Se você quiser mais prática testando esses portões, sinta-se à vontade para experimentar os valores acima por si mesmo e ver que o portão produz resultados equivalentes!

Exemplo de uma porta NAND

Eu afirmo que esta é uma porta NAND, mas vamos testar a tabela verdade desta porta para determinar se ela realmente é uma porta NAND.

Quando A é 0 e B é 0, o pMOS de A produzirá um 1 e o nMOS de A produzirá um 0; assim, esta porta produzirá um 1 lógico, pois está conectada à fonte com um circuito fechado e desconectada do terra com um circuito aberto.

Quando A é 0 e B é 1, o pMOS de A produzirá um 1 e o nMOS de A produzirá um 0; assim, esta porta produzirá um 1 lógico, pois está conectada à fonte com um circuito fechado e desconectada do terra com um circuito aberto.

Quando A é 1 e B é 0, o pMOS de B produzirá um 1 e o nMOS de B produzirá um 0; assim, esta porta produzirá um 1 lógico, pois está conectada à fonte com um circuito fechado e desconectada do terra com um circuito aberto.

Quando A é 1 e B é 1, o pMOS de A produzirá um 0 e o nMOS de A produzirá um 1; então, devemos verificar o pMOS e o nMOS de B também. O pMOS de B produzirá um 0 e o nMOS de B produzirá um 1; assim, esta porta produzirá um 0 lógico, pois está desconectada da fonte com circuito aberto e conectada ao terra com circuito fechado.

A tabela verdade é a seguinte:

A tabela de verdade do portão acima.

Enquanto isso, a tabela verdade da função lógica NAND é a seguinte:

Assim, verificamos que esta é, de fato, uma porta NAND.

Agora, como construímos uma porta AND? Bem, vamos construir uma porta AND exatamente da mesma forma que construímos uma porta OR a partir de uma porta NOR! Vamos anexar um inversor!

Exemplo de uma porta AND

Como tudo o que fizemos foi aplicar uma função NOT à saída de uma porta NAND, a tabela verdade será semelhante a esta:

Tabela da verdade completa de AND e NAND

Novamente, verifique se o que estou dizendo é a verdade.

Hoje, abordamos o que são transistores pMOS e nMOS, bem como como usá-los para construir estruturas mais complexas! Espero que tenha achado este blog informativo. Se você gostaria de ler meus blogs anteriores, você encontrará a lista abaixo.

Deixe um recado 

Lista de mensagens