NAND con LED no funciona

El problema con su circuito es que la unión del emisor de base de un transistor bipolar actúa como un diodo, por lo que cuando el interruptor A está apagado y el interruptor B está activado, efectivamente tiene esto: -

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La solución obvia es aumentar el valor de R2, evitando que el Q3 se active con la corriente inyectada en la Base del Q2. Sin embargo, si hace que la resistencia sea demasiado grande, disminuirá demasiado el voltaje y el voltaje en R3 puede ser demasiado bajo para activar Q3 cuando los interruptores A y B están encendidos.

Un buen transistor debe tener una ganancia de corriente de 100 o más, por lo que solo necesita ~ 10uA de corriente de base para cambiar 1mA de colector a emisor (que produce 5V a través de una resistencia de carga de 5k). Cambiar el valor de R2 a 100k & ohm; limitaría la caída de voltaje en 1V a 10uA. El emisor de base Q2 también disminuye ~ 0.6V, lo que deja 3.4V a través de R3, todavía con suficiente voltaje para encender Q3.

Cuando el interruptor A está apagado, el colector de Q2 se desconecta de manera efectiva, por lo que no puede amplificar la corriente, y el voltaje en R3 cae a 0.21V porque R2 limita la corriente a (5V-0.6V) / (100k + 5.1k) = 42uA . El Q3 necesita al menos 0,6 V para encenderse, por lo que permanecerá apagado, ¡exactamente lo que necesita!

Comprueba tu lógica con el esquema.

Solo se necesita la parte inferior del par (B) para levantar el emisor. utilizando el Vbe (B) como diodo para activar la salida baja.

Luego, vea dónde se necesita el cambio para controlar ambas corrientes de A & B entradas. (insinuar nodo incorrecto y ubicación R)

Intente lo siguiente, en su lugar:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

(También asumí que \ $ V_ {CC} = + 5 \: \ textrm {V} \ $ como la fuente de voltaje aquí).

Realmente no sé por qué los materiales de enseñanza siguen usando estos BJT emparejados para las puertas NAND y NOR. Deben ser aún más complejos para enseñar las cosas correctamente o, de lo contrario, ser más simples (como en el ejemplo anterior). Sin embargo, algunos parecen imaginar que enseñan algo útil al proporcionar un circuito analógico defectuoso para uso digital.

Examinemos el circuito en caso de que no te funcione:

^{simular este circuito}

Tenga en cuenta que el emisor de \ $ Q_1 \ $ está alrededor de \ $ 0 \: \ textrm {V} \ $. Eso es porque no puede ser un voltaje negativo ya que no hay una fuente para eso. (Será más alto, como veremos en breve). Como hay casi cero corriente en la base de \ $ Q_1 \ $ ', el emisor será aproximadamente igual a la base (que, por supuesto, es \ $ 0 \ : \ textrm {V} \ $.) Pero esto también significa que el recolector de \ $ Q_2 \ $ 'está sentado cerca de \ $ 0 \: \ textrm {V} \ $, también. Y estos sesgos hacia adelante \ $ V_ {BC_2} \ $ (de \ $ Q_2 \ $.) Por lo tanto, \ $ Q_2 \ $ es casi tan saturado como es posible. (Esto colocará el emisor de \ $ Q_1 \ $ al mismo voltaje que el colector de \ $ Q_2 \ $, que se calculará un poco más abajo cuando calculo el voltaje del emisor de \ $ Q_2 \ $ '). Hablando en términos generales, casi toda la corriente de base en \ $ Q_2 \ $ se convierte en actual del colector para \ $ Q_2 \ $. Y esto significa que la corriente del emisor es algo así como:

$$ I_ {E_2} = \ frac {V_ {CC} -V_ {BE_2}} {R_2 + R_3} $$

Suponiendo que \ $ V_ {BE_2} = 700 \: \ textrm {mV} \ $, obtengo aproximadamente \ $ 303 \: \ mu \ textrm {A} \ $. Sumergiéndolo en \ $ R_3 \ $, obtengo un voltaje de salida de aproximadamente \ $ 1.55 \: \ textrm {V} \ $.

(Dado el nivel actual del recopilador / emisor, esperaría aproximadamente \ $ 60 \: \ textrm {mV} \ $ menos, o \ $ V_ {BE_2} = 640 \: \ textrm {mV} \ $, en un pequeño dispositivo de señal. Eso elevaría la corriente del emisor a aproximadamente \ $ 307 \: \ mu \ textrm {A} \ $ y el voltaje de salida resultante a \ $ 1.57 \: \ textrm {V} \ $. Un ajuste menor.)

Redondeando eso, el circuito emite alrededor de \ $ 1.6 \: \ textrm {V} \ $ en la salida \ $ Q \ $, que por supuesto es suficiente para activar el transistor de salida y, por lo tanto, apagar el LED. (Esto también será, teniendo en cuenta una muy leve diferencia de tensión \ $ V_ {CE_2} \ $, la tensión del colector de \ $ Q_2 \ $ y, por lo tanto, la tensión del emisor de \ $ Q_1 \ $.)

Si ignora la electrónica analógica e imagina que los transistores son algún tipo de dispositivo digital de encendido / apagado, es probable que el circuito tenga sentido. Pero pensar de esa manera es pura fantasía y no realidad.

Los circuitos digitales que funcionan correctamente se crean a partir de una comprensión de la realidad analógica. Puedes simplificar conceptos hasta un punto. Pero no más allá de ese punto, donde la simplificación da como resultado una distorsión bruta.