邏輯門電路工作原理詳解

2020-12-17 電子發燒友

邏輯門電路工作原理詳解

發表於 2017-05-22 11:11:46

　　為了對門電路的工作原理有一個初步了解，在介紹TTL集成邏輯門和CMOS集成邏輯門之前，先對簡單的晶體二極體與門、或門和晶體三極體非門（又稱為反相器）進行簡單介紹。

　　（1）「與」門

　　「與」門有兩個以上輸入端和一個輸出端。圖1（a）給出了由二極體組成的兩輸入「與」門電路，與其對應的邏輯符號如圖1（b）所示。

　　

　　圖1 二極體與門電路及與門邏輯符號

　　圖1（a）中，A、B為輸入端，F為輸出端。輸入信號為低電平0V或者高電平+5V。假定二極體正向電阻為0，反向電阻無窮大，該電路根據輸入信號取值的不同，可分為兩種工作情況。

　　①輸入電壓VA、VB均為低電平0V，或者其中的一個為低電平0V時，輸入為低電平的二極體將處於導通狀態，從而使得輸出端F的電壓被鉗制在近似0V，即VF≈0V；

　　②輸入電壓VA、VB均為高電平+5V時，二極體D1、D2均截止，輸出端F的電壓等於電源電壓VCC，即VF＝+5V。

　　可得出該電路輸入和輸出的電壓取值關係如表1所示。假定高電平表示邏輯值1，低電平表示邏輯值0，則該電路輸入和輸出之間的邏輯取值關係如表2所示。顯然，該電路實現了「與」運算的邏輯功能，即輸出邏輯表達式為F=A·B。

　　

　　（2）「或」門

　　「或」門可以有兩個或者兩個以上輸入端和一個輸出端。由二極體構成的兩輸入「或」門電路如圖2（a）所示，與其對應的邏輯符號如圖2（b）所示。

　　

　　圖2 二極體或門電路及或門邏輯符號

　　圖2（a）中，A、B為輸入端，F為輸出端。該電路根據輸入信號取值的不同，同樣可分為如下兩種工作情況。

　　①當兩個輸入端電壓VA、VB均為低電平0V時，二極體D1、D2均截止，輸出端電壓VF＝0V。

　　②當兩個輸入端電壓VA、VB均為+5V，或者其中的一個+5V時，輸入為+5V的二極體將處於導通狀態，從而使得輸出端F的電壓為高電平，即VF≈+5V。

　　可得出該電路輸入和輸出的電壓取值關係如表3所示，電路的邏輯取值關係如表4所示。顯然，該電路實現「或」運算的邏輯功能，輸出F和輸入A、B之間的邏輯關係表達式為F=A+B。

　　

　　（3）「非」門

　　「非」門又稱為反相器。它有一個輸入端和一個輸出端。一個用晶體三極體構成的「非」門電路如圖3（a）所示，與其對應的邏輯符號如圖3（b）所示。

　　

　　圖3 二極體或門電路及或門邏輯符號

　　圖3（a）中，A為輸入端，F為輸出端。假定三極體飽和導通時集電極輸出電壓近似為0V，三極體截止時集電極輸出電壓近似為+5V，根據三極體工作原理可知：當輸入A為低電平時，三極體截止，輸出電壓VF≈+5V；當輸入A為高電平時，三極體飽和導通，輸出電壓VF≈0V。輸入和輸出之間的電壓取值關係如表5所示，邏輯取值關係如表6所示。

　　

　　顯然，該電路實現「非」邏輯功能，輸出F與輸入A的邏輯關係表達式為:。

　　上述由二極體、三極體構成的三種簡單門電路，雖然可以實現三種基本邏輯運算，但這種門電路的負載能力、開關特性等均不理想。實際使用的是性能更好的各種集成門電路。

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