La porte logique NAND

Cette fiche vous propose de réaliser sous la solution LTspice une porte logique NAND en mettant en valeur deux transistors de type NPN et de référence 2N2222, de simuler le montage afin de déterminer la table de vérité de la fonction logique proposée.

Un petit rappel ? Un transistor est un composant électronique appelé aussi semi-conducteur qu'on retrouve dans la plupart de nos montages électriques et qui peut fonctionner en tant qu'un interrupteur en laissant passer ou bloquer le courant suivant un sens de circulation particulier ou comme un amplificateur du signal électrique.

Modélisation d'une porte logique avec deux transistors 2N2222

A l'aide de la solution LTSpice, modélisez le schéma électrique proposé ci-dessous :

Configurez maintenant les différentes valeurs des résistances sous LTSpice telles que :

• R_B1 et R_B2 égale à 10KΩ.
• R_c à 330Ω.
• R_V à 220Ω.

Et enfin, sélectionnez ensuite la référence 2N2222 pour les deux transistors T1 et T2 comme vous le montre la capture ci-dessous:

Avant de lancer les simulations, vous devez modéliser les deux interrupteurs A et B. Pour cela, nous allons les modéliser sous LTspice deux sources de tension de signaux de formes rectangulaires et d'amplitude égale à 5V chacun, ayant la même fréquence mais décalées de 0.25 seconde la deuxième source par rapport à la première; soit le 1/4 de la fréquence du signal carré.

Pour cela, vous allez configurer deux générateurs V₁ et V₂ en tant que deux générateurs de tension dont la deuxième source commence à une 1/2 seconde après la première source et pour chaque générateur une périodicité de 1 seconde tels que :

• une demi-période d'une durée 0.5s pour l'état "0" 
• et une demi-période d'une durée de 0.5s pour l'état "1".

Ainsi, nous pouvons réaliser les différentes combinaisons binaires possibles pour les deux interrupteurs A et B (soit 4 états différents entre ouvert et fermé).

Pour cela, la source de notre générateur V₁ sera configurée comme le démontre la capture ci-dessous, ce qui représente l'interrupteur A :

et pour le second générateur V₂, ce qui représente l'interrupteur B, ça sera comme suit :

Ainsi, nous pouvons lancer la simulation sous LTSpice en sélectionnant le mode Transient et en configurant une durée maximale de simulation de 5 secondes pour un pas maximale de 0.5 seconde :

Une fois la simulation se termine, visualisez le résultat obtenu en ajoutant dans le même graphe les deux traces V₁ et V₂ et la sortie V_RC.

A l'aide du taleau ci-dessous, récupérez les différentes valeurs de V_RC en fonction des différentes combinaisons possibles des deux interrupteurs A et de B:

Quelle fonction logique le tableau ci-dessous nous démontre ?

Réalisation et analyse

A partir du schéma proposé dans l'énoncé de cette activité de travaux dirigés, et en tenant en compte des différentes explications fournies pour modéliser les deux interrupteurs A et B à partir de deux génératurs de signal rectangulaire, soit de tension de type PULSE sous LTspice, notre draft modélisé dans l'application sera ainsi comme suit :

Comme le stipule le schéma réalisé sous LTspice, nous avons configuré les différents éléments sous LTspice avec les valeurs et les références de transistor 2N2222 comme indiquées dans la description de cette fiche telles que:

• R_B1 = 10KΩ
• R_B2 = 10KΩ.
• R_c à 330Ω.
• R_V à 220Ω.
• V₁ et V₂ ave la configuration proposées pour obtenir les deux signaux électriques différés à 0.25s.
• Les deux transistors T1 et T2 à la référence 2N2222.

Une fois que notre projet est modélisé sous LTspice, nous pouvons lancer la simulation comme le décrit la capture de la fenêtre de paramétrage ci-dessous :

Lancez maintenant la simulation en sélectionnant le menu Simulate ensuite Run ou à partir des deux raccourcis Alt+R. Une fois que la solution termine son calcul, vous pouvez ajouter manuellement les trois variables de notre circuit VA, VB et Vout dans trois traces différentes comme vous le démontre la capture ci-dessous :

Analysons maintenant ces 3 coubres, nous pouvons constater :

• Si V(va) = 0V ⇒ A = 0 et si V(va) = 5V ⇒ A = 1 tel que V(va) représente notre interrupteur A
• Si V(vb) = 0V ⇒ B = 0 et si V(vb) = 5V ⇒ B = 1 tel que V(vb) représente notre interrupteur B
• Si V(vout) (représenté par V(vout) dans notre montage) = 0V ⇒ S = 0 et si V_out  ≅ 5V ⇒ S = 1 (la valeur V(vout) à la sortie de notre montage en volt dépend principalement des caractéristiques des deux transistors choisis pour la réalisation de cette porte logique NAND).

L'image ci-dessous vous explique cela :

Récupérons maintenant les différentes valeurs de V(vout) en fonction des différents états possible des deux interrupteurs A et de B :

Ainsi, nous retrouvons la porte logique NAND, appelée aussi NON-ET en français dont la caractéristique principale de cette fonction logique est que sa sortie est toujours vraie sauf si et seulement si les deux entrées ne sont pas toutes égales à 1.