Transistors PMOS et NMOS

Les microprocesseurs sont constitués de transistors. En particulier, ils sont construits à partir de transistors MOS. MOS est l'acronyme de Metal-Oxide Semiconductor. Il existe deux types de transistors MOS : pMOS (positif-MOS) et nMOS (négatif-MOS). Chaque pMOS et nMOS est équipé de trois composants principaux : la grille, la source et le drain.

Pour bien comprendre le fonctionnement d'un pMOS et d'un nMOS, il est important de définir d'abord quelques termes :

circuit fermé : Cela signifie que l'électricité circule de la grille à la source.

circuit ouvert : cela signifie que l'électricité ne circule pas de la grille à la source ; mais plutôt, l'électricité circule de la porte au drain.

Lorsqu'un transistor nMOS reçoit une tension non négligeable, la connexion de la source au drain fait office de fil. L'électricité s'écoulera de la source au drain sans entrave - c'est ce qu'on appelle un circuit fermé. En revanche, lorsqu'un transistor nMOS reçoit une tension aux alentours de 0 volt, la connexion de la source au drain sera rompue et c'est ce qu'on appelle un circuit ouvert.

Exemple de transistor nMOS

Le transistor de type p fonctionne exactement à l'opposé du transistor de type n. Alors que le nMOS formera un circuit fermé avec la source lorsque la tension est non négligeable, le pMOS formera un circuit ouvert avec la source lorsque la tension est non négligeable.

Exemple de transistor pMOS

Comme vous pouvez le voir sur l'image du transistor pMOS ci-dessus, la seule différence entre un transistor pMOS et un transistor nMOS est le petit cercle entre la grille et la première barre. Ce cercle inverse la valeur de la tension ; ainsi, si la porte envoie une tension représentative d'une valeur de 1, alors l'onduleur changera le 1 en 0 et fera fonctionner le circuit en conséquence.

Étant donné que pMOS et nMOS fonctionnent de manière opposée - de manière complémentaire - lorsque nous les combinons tous les deux en un seul circuit MOS géant, cela s'appelle un circuit cMOS, qui signifie complémentaire métal-oxyde semi-conducteur.

Utilisation des circuits MOS

On peut combiner des circuits pMOS et nMOS afin de construire des structures plus complexes appelées GATES, plus précisément : des portes logiques. Nous avons déjà présenté le concept de ces fonctions logiques et de leurs tables de vérité associées dans le blog précédent, que vous pouvez retrouver en cliquant sur ici.

Nous pouvons attacher un transistor pMOS qui se connecte à la source et un transistor nMOS qui se connecte à la masse. Ce sera notre premier exemple de transistor cMOS.

Exemple de porte NON

Ce transistor cMOS agit d'une manière similaire à la fonction logique NON.

Jetons un coup d'œil à la table de vérité NOT :

PAS table de vérité

Dans la table de vérité NOT, chaque valeur d'entrée : A est inversée. Que se passe-t-il avec le circuit ci-dessus?

Eh bien, imaginons que l'entrée est un 0.

Le 0 entre et monte et descend le fil vers le pMOS (en haut) et le nMOS (en bas). Lorsque la valeur 0 atteint le pMOS, elle s'inverse en 1 ; ainsi, la connexion à la source est fermée. Cela produira une valeur logique de 1 tant que la connexion à la terre (drain) n'est pas également fermée. Eh bien, puisque les transistors sont complémentaires, nous savons que le transistor nMOS n'inversera pas la valeur ; ainsi, il prend la valeur 0 telle quelle et va donc créer un circuit ouvert vers la terre (drain). Ainsi, une valeur logique de 1 est produite pour la porte.

Une valeur IN de 0 produit une valeur OUT de 1

Que se passe-t-il si un 1 est la valeur IN ? Eh bien, en suivant les mêmes étapes que ci-dessus, la valeur 1 est envoyée à la fois au pMOS et au nMOS. Lorsque la valeur est reçue par le pMOS, la valeur est inversée à 0 ; ainsi, la connexion à la SOURCE est ouverte. Lorsque la valeur est reçue par le nMOS, la valeur n'est pas inversée ; ainsi, la valeur reste un 1. Lorsqu'une valeur de 1 est reçue par le nMOS, la connexion est fermée ; ainsi, la connexion à la terre est fermée. Cela produira une valeur logique de 0.

Une valeur IN de 1 produit une valeur OUT de 0.

En rassemblant les deux ensembles d'entrées/sorties, on obtient :

La table de vérité pour une porte NON.

Il est assez facile de voir que cette table de vérité est exactement la même que celle que la fonction logique ne produit PAS. Ainsi, ceci est connu comme une porte NON.

Pouvons-nous utiliser ces deux transistors simples pour faire des structures plus compliquées ? Absolument! Ensuite, nous allons construire une porte NOR et une porte OU.

Un exemple de porte NOR

Ce circuit utilise deux transistors pMOS en haut et deux transistors nMOS en bas. Encore une fois, regardons l'entrée de la porte pour voir comment elle se comporte.

Lorsque A est 0 et B est 0, cette porte inversera les deux valeurs à 1 lorsqu'elles atteindront les transistors pMOS ; cependant, les transistors nMOS maintiendront tous deux la valeur de 0. Cela conduira la grille à produire une valeur de 1.

Lorsque A vaut 0 et B vaut 1, cette porte inversera les deux valeurs lorsqu'elles atteindront les transistors pMOS ; ainsi, A passera à 1 et B à 0. Cela ne mènera pas à la source ; puisque les deux transistors nécessitent un circuit fermé pour connecter l'entrée à la source. Les transistors nMOS n'inversent pas les valeurs ; ainsi, le nMOS associé à A produira un 0, et le nMOS associé à B produira un 1 ; ainsi, le nMOS associé à B produira un circuit fermé à la terre. Cela conduira la porte à produire une valeur de 0.

Lorsque A vaut 1 et B vaut 0, cette grille inversera les deux valeurs lorsqu'elles atteindront les transistors pMOS ; ainsi, A changera en 0 et B changera en 1. Cela ne mènera pas à la source ; puisque les deux transistors nécessitent un circuit fermé pour connecter l'entrée à la source. Les transistors nMOS n'inversent pas les valeurs ; ainsi, le nMOS associé à A produira un 1, et le nMOS associé à B produira un 0 ; ainsi, le nMOS associé à A produira un circuit fermé à la masse. Cela conduira la porte à produire une valeur de 0.

Lorsque A vaut 1 et B vaut 1, cette grille inversera les deux valeurs lorsqu'elles atteindront les transistors pMOS ; ainsi, A changera à 0 et B changera à 0. Cela ne mènera pas à la source ; puisque les deux transistors nécessitent un circuit fermé pour connecter l'entrée à la source. Les transistors nMOS n'inversent pas les valeurs ; ainsi, le nMOS associé à A produira un 1, et le nMOS associé à B produira un 1 ; ainsi, le nMOS associé à A et le nMOS associé à B produiront un circuit fermé à la masse. Cela conduira la porte à produire une valeur de 0.

Ainsi, la table de vérité de la porte est la suivante :

La sortie de la porte NOR.

Pendant ce temps, la table de vérité de la fonction logique NOR est la suivante :

La sortie de la fonction logique NOR.

Ainsi, nous avons confirmé que cette porte est une porte NOR car elle partage sa table de vérité avec la fonction logique NOR.

Maintenant, nous allons mettre les deux portes, que nous avons créées jusqu'à présent, ensemble afin de produire une porte OU. N'oubliez pas que NOR signifie PAS OU ; ainsi, si nous inversons une porte déjà inversée, nous récupérerons l'original. Mettons cela à l'épreuve afin de le voir en action.

Exemple de porte OU

Ce que nous avons fait ici, c'est que nous avons pris la porte NOR d'avant et appliqué une porte NON à la sortie. Comme nous l'avons montré ci-dessus, la porte NOT prendra une valeur de 1 et produira un 0, et la porte NOT prendra une valeur de 0 et produira un 1.

Cela prendra les valeurs de la porte NOR et convertira tous les 0 en 1 et les 1 en 0. Ainsi, la table de vérité sera la suivante :

Table de vérité d'une porte NOR et d'une porte OU

Si vous souhaitez vous entraîner davantage à tester ces portes, n'hésitez pas à essayer les valeurs ci-dessus par vous-même et voyez que la porte produit des résultats équivalents !

Exemple de porte NAND

Je prétends qu'il s'agit d'une porte NAND, mais testons la table de vérité de cette porte pour déterminer s'il s'agit vraiment d'une porte NAND.

Lorsque A est 0 et B est 0, le pMOS de A produira un 1, et le nMOS de A produira un 0 ; ainsi, cette porte produira un 1 logique puisqu'elle est connectée à la source en circuit fermé et déconnectée de la masse en circuit ouvert.

Lorsque A est 0 et B est 1, le pMOS de A produira un 1, et le nMOS de A produira un 0 ; ainsi, cette porte produira un 1 logique puisqu'elle est connectée à la source en circuit fermé et déconnectée de la masse en circuit ouvert.

Lorsque A vaut 1 et B vaut 0, le pMOS de B produira un 1, et le nMOS de B produira un 0 ; ainsi, cette porte produira un 1 logique puisqu'elle est connectée à la source en circuit fermé et déconnectée de la masse en circuit ouvert.

Lorsque A vaut 1 et B vaut 1, le pMOS de A produira un 0 et le nMOS de A produira un 1 ; donc, nous devons également vérifier les pMOS et nMOS de B. Le pMOS de B produira un 0, et le nMOS de B produira un 1 ; ainsi, cette porte produira un 0 logique puisqu'elle est déconnectée de la source avec un circuit ouvert et connectée à la masse avec un circuit fermé.

La table de vérité est la suivante :

La table de vérité de la porte ci-dessus.

Pendant ce temps, la table de vérité de la fonction logique NAND est la suivante :

Ainsi, nous avons vérifié qu'il s'agit bien d'une porte NAND.

Maintenant, comment construisons-nous une porte ET ? Eh bien, nous allons construire une porte ET exactement de la même manière que nous avons construit une porte OU à partir d'une porte NOR ! Nous allons attacher un onduleur!

Exemple de porte ET

Puisque tout ce que nous avons fait est d'appliquer une fonction NOT à la sortie d'une porte NAND, la table de vérité ressemblera à ceci :

Table de vérité complète de ET et NAND

Encore une fois, veuillez vérifier pour vous assurer que ce que je vous dis est la vérité.

Aujourd'hui, nous avons couvert ce que sont les transistors pMOS et nMOS ainsi que comment les utiliser pour construire des structures plus complexes ! J'espère que vous avez trouvé ce blog instructif. Si vous souhaitez lire mes précédents blogs, vous en trouverez la liste ci-dessous.

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