Como combinar múltiplas portas lógicas de transistor sem queda de tensão gigantesca?

No seguimento da minha pergunta anterior: Valores de resistores em portas lógicas de transistor

Eu breadboarded todos os tipos comuns de portas lógicas transistor:
XNOR, NAND, INV, NOR, XOR, ANDe OR.
Os dois fios amarelos são de entrada Ae B. O fio branco é a entrada do inversor.

A entrada A=0+ B=0+ inv=0fornece:

A entrada A=0+ B=1+ inv=0fornece:

A entrada A=1+ B=0+ inv=0fornece:

A entrada A=1+ B=1+ inv=1fornece:

Toda a lógica funciona perfeita, mas a queda de tensão difere significativamente entre os portões. Por exemplo, o XORportão é criado a partir de AND, NANDe ORportas e cada transistor aumenta a tensão-gota. O LED mal acende!

Meu objetivo é construir uma calculadora de 4 bits a partir de transistores (usando chips CMOS, não encontrei esse problema). Mas se cada porta lógica resulta em quedas de tensão significativas como essas, como posso combinar 10 portas lógicas uma atrás da outra? Eu brinquei com muitos valores de resistores, mas a maioria das combinações torna as portas lógicas inúteis. Como ajustar o XORportão acima para coincidir com a queda de tensão, por exemplo, neste ANDportão simples ?

EDIT (resposta a resposta de JIm Dearden)

Aprendi bastante e não posso enfatizar o suficiente o quanto agradeço sua resposta !!!
Os desenhos são muito claros, tenho certeza que muitas pessoas se beneficiarão com eles no futuro!

Embora realmente óbvio, eu nunca percebi:
- NOR= NOT(com duas entradas)
- OR= NOR+ NOT
- NAND= AND+NOT

A "base de tudo em um simples circuito inversor" realmente funciona!
Todos os portões lógicos, incluindo os portões combinados XOR, produzem o mesmo:)

Muitas felicidades!

Na verdade, eu fiz isso na escola nos anos 60 (sim, eu sou tão velho). Nós os usamos para construir um pequeno e simples 'computador' capaz de adição, subtração, multiplicação e divisão.

O problema que você tem é que as entradas e tensões de saída do circuito de porta que você está usando não são realmente compatíveis. Você acharia difícil expandir o número de entradas em um gate além de dois e é bem provável que a saída 'alta' de um gate não seja 'suficientemente alta' o suficiente para a entrada de outro.

O que fizemos naquela época foi basear tudo em um circuito inversor simples (ou 1 porta NOR de entrada) e construir a partir disso.

A vantagem dessa abordagem é que você pode aumentar o número de entradas no gate adicionando outro resistor. Qualquer entrada acima de 0,6V irá operar o portão. Eu mostrei valores de resistores de 10K e 4k7 (para combinar com o seu circuito), mas, diferentemente dos circuitos anteriores, os valores aqui podem ser alterados consideravelmente. por exemplo, entrada 470K, saída 47k e ainda funciona bem.

Eu desenhei alguns dos portões básicos - NÃO, NEM E NOR, NAND. Seguindo o que desenhei, tenho certeza de que você pode produzir qualquer outro portão necessário.

Você também pode achar esses circuitos úteis

E uma divisão por 2 (contador)

Você está usando transistores NPN para puxar a saída de gate de até 6V, mas os transistores NPN não são muito bons para extrair um nó alto. O emissor do NPN não ultrapassará 0,6V abaixo da tensão na base. Se você deseja usar transistores NPN, conecte-os apenas entre a saída da porta e o terra com um resistor de 6V. Isso permitirá que você crie portas NAND, NOR e INV e você pode fazer qualquer tipo de lógica que desejar com elas.