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用晶体管自制一个加法器,需要什么元件,该怎么做? 第1页

  

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最近在尝试复刻4004,正试着自己把一部分小组件复刻出来。偶尔翻到这个问题的时候,发现基本上只有大致的思路,并没有人给出实际的操作流程。所以只能自己尝试啦。

先来个成品图:

首先简单介绍一下基本元件。4004的基本组成原件是PMOS管,PMOS管的功能是通过栅极(G)上的电压控制源极(S)到漏极(D)是否导通,当G为0(低电压)时导通,当G为1(高电压)时断开,类似于一个迷你继电器。

4004的加法器部分大致如下图所示(带进位位的4位加法器):

比较难看懂是正常的,当时我也看了半天……简单来说,这个加法器并不是按照我们平常熟悉的半加器*2=全加器的结构来构造的,而是直接堆在了一起。下半部分计算是否进位,上半部分计算当前位的结果。

当然如果要复刻并不能直接照搬4004的设计。比如下面这个结构:

这部分是用来判断是否有至少两个输入=1(即是否进位)。不难看出中间的这个MOS管是需要能够双向使用的(类似电桥?),而现在市面上能够买到的MOS管都是带寄生二极管的,换句话说就是如果反方向使用的话,会始终处于导通状态,无法正常发挥“开关”的作用,所以复刻的时候需要用两个方向相反的MOS管串联来“模拟”没有寄生二极管的效果。画好的原理图如下(使用的是KiCAD):

确认无误之后绘制成PCB(为了布局看着舒服所以有很多从绕的线。右边为了能够紧凑一点费了好些功夫……)

尺寸约8.64x8.64cm,丢去打样,到手后把原件焊上去就完事了(焊接技术有点渣勿吐槽):

(),成功!


元件清单:PMOS管*56,LED*14,75K电阻*14,30K电阻*14,拨动开关*9,0.1uF电容*1,DC电源接口*1。

关于成本:15V DC电源22元,电路板打样薅个5元包邮,MOS管大约不到0.1元一个,其余原件也是淘宝上很便宜能够买到的,所以不算上焊接工具的钱的话只要两位数人民币就能搞定~(为什么是15V?因为原始的4004是15V……)

关于电阻阻值:LED限流用75K是试出来的合适亮度,其他地方的30K上拉电阻……其实是随便选的,如果有什么更加有道理的取值的话欢迎交流~

关于开源:这个小玩意比较简单就不开源啦(反正原理图都有,相信如果有人有心想做的话肯定也能自己做出来的)。





  

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