基本逻辑操作包括和、或、非操作,对应的基本逻辑门包括和、或、非门。本节介绍了简单的二极管门电路和BJT反相器(非门)是逻辑门电路的基础。
当使用电子电路进行逻辑操作时,其输入和输出都是电压(以V为单位)或电平(以1或0为表示)。
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
当门电路的输入和输出能够满足与逻辑的关系时,它被称为门电路。
下图显示了由半导体二极管组成的和门电路,其代表符号在右侧
。
图中A、B、C为输入端,L为输出端输入信号。 5V或0V。
下面分析当电路的输入信号不同时的情况:
(1)如果输入端中有任何一个是0,例如VA=0V,而VA=VB= 5V时
,D1导通导致L点电压VL被钳制在0V。此时不管D2、D无论如何都会有三种状态VL≈0V(事实上D2、D3.通过反向电压截止)。
由此可见,在门的几个输入端中,只有低压输入的二极管被导通,L被夹在低压(接近0V),加高电压输入的二极管已经结束。
(2)输入端A、B、C都处于高压 5V
,这时,D1、D2、D3都截止了,所以输出端L点电压VL= VCC,即VL= 5V。
如果考虑输入端的各种值,可以得到下表
输入(V)
输出(V)
VA
VB
VC
VL
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,可以得到真值表:
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
从表中可以看出,门电路满足与逻辑的关系,所以这是一种门。输入变量A、B、C与输出变量L之间的关系符合逻辑表达
。
2.或门电路
对上图所示的电路进行如下分析:
(1)输入端A、B、C都为0V时,D1、D2、D三端的电压值为0V
,因此,它们都处于截止状态VL=0V;
(2)若A、B、C任何一个都有 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VL处于接近 5V高电压(扣除二极管导通电压)
,D2、D3在反向电压作用下截止 VL≈ 5V。
用真值表列出所有情况如下:
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
由表中可见A、B、C与L的满足或逻辑关系是:
。
二、非门电路——BJT反相器
上图显示了基本反相器电路及其逻辑符号。下图显示了其传输特性
,图中标出了BJT三个工作区域。输入信号必须满足饱和反相器的下列条件:逻辑0:Vi1 逻辑1:Vi>V2
可见传输特性:
当输入为逻辑0时,BJT截止日期将接近输出电压VCC,即逻辑1。
当输入为逻辑1时,BJT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。
虽然使用上述基本和、或、非门,但可以实现和、或、非三种逻辑操作。但由于其输出电阻大,负载能力差,开关性能不理想,基本上与、或、非门不实用。解决办法之一是将二极管与三极管门结合起来,形成非门或非门,即所谓的复合门电路。它是逻辑电路中最常用的基本单元,其负载能力、工作速度和可靠性都有了很大的提高。以下是复合门电路及其逻辑符号和逻辑表达式的例子。