전자회로 정보_ 트랜지스터와 논리게이트

* 본 포스팅은 컴퓨터의 이해를 위한 정보 글입니다.

컴퓨터의 이해 _ 메모리 편

논리 게이트 트랜지스터를 이용하여 구성하기

논리 게이트 AND, OR, NOT, 그리고 NAND와 NOR회로를 트랜지스터로 구성하기 위해서는 먼저 트랜지스터를 이용하여 스위치 회로를 구성하는 법을 알아야 합니다. 이 트랜지스터로 스위치 회로를 구성하는 법을 알고, 논리 게이트의 진리표를 참고하여 트랜지스터로 논리 게이트를 표현해봅시다.

1. 트랜지스터로 제작한 스위치 회로

PNP와 NPN트랜지스터를 이용하여 스위치 회로를 구성하면, 논리 게이트를 모두 트랜지스터를 이용하여 회로를 제작할 수 있습니다. 먼저 다음의 스위치 회로를 알아보자.

 

트랜지스터로 구성한 스위치

위와 같이 PNP형 트랜지스터에 회로를 다음과 같이 구성하면, 스위치 회로가 완성된다. X V만큼의 특정 신호가 R₁의 저항에 따라서 베이스로 들어오게 되는 전류의 양이 달라진다. 그 양에 따라서 I의 전류는 증폭되거나 흐르지 않게 만들 수 있다. 일반적으로 PNP형 트랜지스터의 베이스에 음전 압이 걸리면 증폭되고, 양전압이 걸리면 회로가 차단된다.

 

 A. 순방향 전압 스위치(TS)

위에서 예시로 구성한 트랜지스터 스위치 회로에서 순방향 전압 + X V을  C-E 사이에 걸어주면 다음과 같은 논리 값을 가지는 TS 스위치가 완성된다. 

 

트랜지스터 스위치(TS)의 간략화

 

정확한 수치는 기록하지 않았지만, 트랜지스터의 종류에 따라 신호의 전압과 전류값은 제한되어있고, 신호의 1과 0의 상태는 특정 레벨의 전류값으로 판단한다. 

 

B. 역방향 전압 스위치(RTS)

만약 TS 스위치의 C-E 사이에 역방향 전압인 -X V를 걸어주면, 순 방향으로 걸어준 전압 스위치와 정 반대의 결과값을 가지는  RTS 스위치가 완성된다.

 

역방향 전압 스위치(RTS)의 간략화

 

* C에 걸리는 전압은 그 방향에 상관없이 크기로만 표시하므로 음전압에 관계없이 논리 값 1을 나타낸다. 

2. 논리 게이트 구성하기

A. NOT 회로

TS스위치 자체가 논리게이트의 NOT 기능을 한다. 따라서 별도의 회로구성은 필요 없다.

 

*다음은 NOT 회로의 기호와 진리표이다.

 

NOT Gate

B. OR 회로

베이스를 입력값 A 그리고 B로 가지는 두 개의 TS를 연결하면 OR회로가 된다. 다음의 회로를 참고하자.

 

트랜지스터 OR회로

 

+10V가 항상 C-E로 흐르도록 전압을 걸어주면, 베이스 상태에 따라서 전류가 흐르거나 흐르지 않는다. 두 개의 스위치 중 하나만 전류가 흘러도 결괏값 C에는 전류가 흐르게 된다.

 

*다음은 OR 회로의 기호와 진리표이다.

 

OR Gate

C. AND 회로

A의 입력값을 가지는 TS와 B의 입력값을 가지는 TS를 다음과 같이 응용하여 AND 회로를 구성하는 것이 가능하다. 

 

다음의 회로를 참고하자.

 

트랜지스터 AND 회로

 

*다음은 AND 회로의 기호와 진리표이다.

AND Gate

D. NAND 회로

NAND 회로는 AND 회로 앞에 NOT 회로를 이어 붙이면 된다. 따라서 별도의 회로 구성은 보이지 않겠다.

 

*다음은 NAND 회로의 기호와 진리표이다.

NAND Gate

 

E. NOR 회로

NOR 회로는 OR 회로 앞에 NOT 회로를 이어붙이면 된다. 따라서 별도의 회로 구성은 보이지 않겠다.

 

*다음은 NOR 회로의 기호와 진리표이다.

NOR Gate

 

 

* 앞서 설명한 AND 회로와 OR회로를 트랜지스터로 구성하는 것은 보여준 회로 외에도 다양하게 응용하여 회로를 구성할 수 있다. 본 포스팅에서는 그 수많은 회로들 중 하나를 예시로 든 것임을 명시하자.