디지털 공학 개론 - 논리게이트의 내부회로

1. 논리게이트에 구현되는 트랜지스터와 부품의 종류

1) 논리게이트의 구성

• 논리게이트는 전자회로 소자들(트랜지스터, 다이오드,저항, 등)을 이용하여 반도체 칩에 제조

(1) 구현에 사용되는 소자들에 따른 계열 분류

• RTL(Resistor-Transistor Logic)
• DTL(Diode-Transistor Logic)
• TTL(Transistor-Transistor Logic)
• MOSFET(Metal-Oxide Semiconducotr Field-Effect Transistor)
• CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)

2) 트랜지스터(transistor)

(1) 종류

• NPN 트랜지스터
• PNP 트랜지스터

(2) 입출력단자

• 콜렉터(collector: C) - 전원공급
• 에미터(emitter: E) - 접지
• 베이스(base: B) - 스위칭

3) NPN 트랜지스터의 그래픽 기호 및 스위칭 회로

2. RTL과 DTL, TTL 게이트 화로

• RTL,DTL 반도체 개발 초기에 사용 - 현재 거의 사용 X

1) RTL 스위칭 회로

(1) RTL 스위칭 회로

• 저항(resistor) 및 NPN트랜지스터로 구현

• 인버터(NOR 게이트) 기능 수행

(2) NAND 게이트의 RTL 구현

• 두개의 NPN 트랜지스터를 직렬로 접속하여 구성
• 입력단 트랜지스터 회로 추가 하면 3 - 입력 NAND 게이트
• 출력단에 스위칭 회로 접속하면 - AND 게이트 (NAND + NOT) -> AND

(3) NAND 게이트 화로

(4) NOR 게이트의 RTL 구현

• 두개의 NPN 트랜지스터를 벙렬로 접속하여 구성
• 입력단 트랜지스터 회로 추가하면 3 - 입력 NOR 게이트
• 출력단에 스위칭 회로 접속 - OR 게이트 (NOR + NOT) -> OR

(5) NOR 게이트 화로

2) DTL 게이트 회로

• 다이오드(diode)와 트랜지스터를 이용하여 구현

(1) 다이오드의 특성

• 애노드(anode: A)(+극)와 캐소드(cathode: C)(-극)로 구성
• 애노드와 캐소드 간의 전압(V ac)이 정방향(애노트 측의 전압이 더 높음)으로 걸리면
  전류가 흐름(전도상태)
• Vac가 0V 혹은 역방향(애노드 측 전압이 더 낮음)으로 걸리면 전류가 흐르지 못함(차단 상태)

(2) 다이오드 그래픽 회로

(3) DTL NAND 게이트 회로

3) TTL 게이트 회로

• 회로 안정성 향상을 위하여 트랜지스터들만으로 회로 구현
• 소규모 반도체 IC(SSI) 칩으로 제조

(1) 표준 TTL 게이트 IC칩의 특성

• 유형에 따른 칩 번호, 전력 소모량, 속도

ex)

• NAND 게이트 - 7400
• AND 게이트 - 7408
• OR 게이트 - 7432