邏輯門電路工作原理詳解

為了對門電路的工作原理有一個初步瞭解,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管與門、或門和晶體三極管非門(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)給出了由二極管組成的兩輸入“與”門電路,與其對應的邏輯符號如圖1(b)所示。

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圖1 二極管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。假定二極管正向電阻為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管將處於導通狀態,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,二極管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。

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(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。由二極管構成的兩輸入“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。

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圖2 二極管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,二極管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的二極管將處於導通狀態,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。

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(3)“非”門

“非”門又稱為反相器。它有一個輸入端和一個輸出端。一個用晶體三極管構成的“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。

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圖3 二極管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。假定三極管飽和導通時集電極輸出電壓近似為0V,三極管截止時集電極輸出電壓近似為+5V,根據三極管工作原理可知:當輸入A為低電平時,三極管截止,輸出電壓VF≈+5V;當輸入A為高電平時,三極管飽和導通,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。

邏輯門電路工作原理詳解

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:。

上述由二極管、三極管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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