基本逻辑门电路原理

2009-4-6 23:59:45 9202

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基本逻辑门电路

　　基本逻辑运算有与、或、非运算，对应的基本逻辑门有与、或、非门。本节介绍简单的二极管门电路和BJT反相器（非门）,作为逻辑门电路的基础。
　　用电子电路来实现逻辑运算时，它的输入、输出量均为电压（以Ｖ为单位）或电平（用１或０表示）。
　　通常将门电路的输入量作为条件，输出量作为结果。

一、二极管与门及或门电路

1.与门电路

　　当门电路的输入与输出量之间能满足与逻辑关系时，则称这样的门电路为与门电路。
　　下图表示由半导体二极管组成的与门电路，右边为它的代表符号
。

　　图中A、B、C为输入端，L为输出端。输入信号为+5V或0V。

下面分析当电路的输入信号不同时的情况：
　　（1）若输入端中有任意一个为0时，例如V_A=0V，而V_A=V_B=+5V时
，D₁导通，从而导致L点的电压V_L被钳制在0V。此时不管D₂、D₃的状态如何都会有V_L≈0V（事实上D₂、D₃受反向电压作用而截止）。
　　由此可见，与门几个输入端中，只有加低电压输入的二极管才导通，并把L钳制在低电压（接近0V），而加高电压输入的二极管都截止。
　　（2）输入端A、B、C都处于高电压+5V ，这时，D₁、D₂、D₃都截止，所以输出端L点电压V_L=+V_CC，即V_L=+5V。
　　如果考虑输入端的各种取值情况，可以得到下表

输入(V)			输出(V)
V_A	V_B	V_C	V_L
0 0 0 0 +5 +5 +5 +5	0 0 +5 +5 0 0 +5 +5	0 +5 0 +5 0 +5 0 +5	0 0 0 0 0 0 0 +5

　　将表中的+5V用1代替，则可得到真值表：

A	B	C	L
0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	0 0 0 0 0 0 0 1

2.或门电路

对上图所示电路可做如下分析：
　　（1）输入端A、B、C都为0V时，D₁、D₂、D₃两端的电压值均为0V
，因此都处于截止状态，从而V_L=0V；
　　（2）若A、B、C中有任意一个为+5V，则D₁、D₂、D₃中有一个必定导通。我们注意到电路中L点与接地点之间有一个电阻，正是该电阻的分压作用，使得V_L处于接近+5V的高电压（扣除掉二极管的导通电压）
，D₂、D₃受反向电压作用而截止，这时 V_L≈+5V。
　　用真值表将所有情况罗列如下：

A	B	C	L
0 0 0 0 1 1 1 1	0 0 1 1 0 0 1 1	0 1 0 1 0 1 0 1	0 1 1 1 1 1 1 1

二、非门电路——BJT反相器

　　上图表示一基本反相器电路及其逻辑符号。下图则是其传输特性
，图中标出了BJT的三个工作区域。对于饱和型反相器来说，输入信号必须满足下列条件：逻辑0：V_i1　逻辑1：V_i>V₂

由传输特性可见：
　　当输入为逻辑０时，BJT将截止，输出电压将接近于V_CC，即逻辑１。
　　当输入为逻辑１时，BJT将饱和导通，输出电压约为0.2～0.3V，即为逻辑０。
　　可见反相器的输出与输入量之间的逻辑关系是非逻辑关系。
　　虽然利用以上基本的与、或、非门，可以实现与、或、非三种逻辑运算。但是由于它们的输出电阻比较大，带负载的能力差，开关性能也不理想，因此基本的与、或、非门不具有实用性。解决的办法之一是采用二极管与三极管门的组合，组成与非门、或非门，也就是所谓的复合门电路。与非门和或非门在负载能力、工作速度和可靠性方面都大为提高，是逻辑电路中最常用的基本单元。下图给出了复合门电路的一个例子及其逻辑符号和逻辑表达式。

　　下面将要介绍的是一些切实可用的逻辑门电路。