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简单逻辑门电路工作原理

2015-3-20 07:51| 编辑:电工学习网| 查看: 16218| 评论: 0

  为了对门电路的工作原理有一个初步了解,在介绍TTL集成逻辑门和CMOS集成逻辑门之前,先对简单的晶体二极管与门、或门和晶体三极管非门(又称为反相器)进行简单介绍。

  (1)"与"门

  "与"门有两个以上输入端和一个输出端。图1(a)给出了由二极管组成的两输入"与"门电路,与其对应的逻辑符号如图1(b)所示。

图1 二极管与门电路及与门逻辑符号

  图1(a)中,A、B为输入端,F为输出端。输入信号为低电平0V或者高电平+5V。假定二极管正向电阻为0,反向电阻无穷大,该电路根据输入信号取值的不同,可分为两种工作情况。

  ①输入电压VA、VB均为低电平0V,或者其中的一个为低电平0V时,输入为低电平的二极管将处于导通状态,从而使得输出端F的电压被钳制在近似0V,即VF≈0V;

  ②输入电压VA、VB均为高电平+5V时,二极管D1、D2均截止,输出端F的电压等于电源电压VCC,即VF=+5V。

  可得出该电路输入和输出的电压取值关系如表1所示。假定高电平表示逻辑值1,低电平表示逻辑值0,则该电路输入和输出之间的逻辑取值关系如表2所示。显然,该电路实现了“与”运算的逻辑功能,即输出逻辑表达式为F=A·B。

表 1 输入与输出的电压关系
表2 输入与输出的逻辑关系
A/V
B/V
F/V
0
0
0
0
+5
0
+5
0
0
+5
+5
+5
A
B
F
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1

  (2)“或”门

  “或”门可以有两个或者两个以上输入端和一个输出端。由二极管构成的两输入“或”门电路如图2(a)所示,与其对应的逻辑符号如图2(b)所示。

图2 二极管或门电路及或门逻辑符号

  图2(a)中,A、B为输入端,F为输出端。该电路根据输入信号取值的不同,同样可分为如下两种工作情况。

  ①当两个输入端电压VA、VB均为低电平0V时,二极管D1、D2均截止,输出端电压VF=0V。

  ②当两个输入端电压VA、VB均为+5V,或者其中的一个+5V时,输入为+5V的二极管将处于导通状态,从而使得输出端F的电压为高电平,即VF≈+5V。

  可得出该电路输入和输出的电压取值关系如表3所示,电路的逻辑取值关系如表4所示。显然,该电路实现“或”运算的逻辑功能,输出F和输入A、B之间的逻辑关系表达式为F=A+B。

表3 输入与输出的电压关系
表4输入与输出的逻辑关系
A
B
F
0V
0V
0V
0V
+5V
+5V
+5V
0V
+5V
+5V
+5V
+5V
A
B
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

  (3)“非”门

  “非”门又称为反相器。它有一个输入端和一个输出端。一个用晶体三极管构成的“非”门电路如图3(a)所示,与其对应的逻辑符号如图3(b)所示。

图3 二极管或门电路及或门逻辑符号

  图3(a)中,A为输入端,F为输出端。假定三极管饱和导通时集电极输出电压近似为0V,三极管截止时集电极输出电压近似为+5V,根据三极管工作原理可知:当输入A为低电平时,三极管截止,输出电压VF≈+5V;当输入A为高电平时,三极管饱和导通,输出电压VF≈0V。输入和输出之间的电压取值关系如表5所示,逻辑取值关系如表6所示。

表5 输入与输出的电压关系
表6 输入与输出的逻辑关系
A
F
0V
+5V
+5V
0V
A
F
0
1
1
0

  显然,该电路实现“非”逻辑功能,输出F与输入A的逻辑关系表达式为。

  上述由二极管、三极管构成的三种简单门电路,虽然可以实现三种基本逻辑运算,但这种门电路的负载能力、开关特性等均不理想。实际使用的是性能更好的各种集成门电路。

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