第2章-逻辑门电路

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概述

实现逻辑运算单元的电路称为逻辑门电路。

逻辑门是一个二进制系统，该系统分为逻辑高（logic1）与逻辑低（logic0）。

在电路中，用电压表示逻辑高低。逻辑高称为高电平，逻辑低称为低电平。

在电路中，实现高、低电平的基本原理。

开关断开，输出高电平；开关闭合，输出低电平。

开关由信号控制，开关又可以由二极管代替。

逻辑门电路

与门

与开关电路

原理电路：

A、B都处于logic1时，输出才是logic1。

高低电平可用logic1/0描述，开关开闭也可以用logic1/0描述。

真值表

逻辑与的真值表如下：

输入只要有低，输出为低；输入都是高，输出才是高。

与门符号及表达式

左侧为国际标准符号，右侧为旧符号。

输入输出的表达式为：
$$F=A\cdot B=AB$$
该运算又称为逻辑乘。

与门电路

只要A、B有一个为logic0，那么输出就为logic0。

波形图

或门

或开关电路

真值表

只要有一个为logic1，输出就是logic1。

或门符号及表达式

$$F=A+B$$
逻辑加。

或门电路

A和B只要有一个高电平，输出就是高电平。

波形图

非门

非开关电路

非门符号及表达式

非门电路

输出低电平，T截止，输出电压为$E_c$；输出高电平，T导通，输出为饱和压降，在这里是低电平。

波形图

复合逻辑门电路

逻辑门及表达式

复合逻辑门电路及表达式

与门、或门都可以有多个输入，但是异或门只能有两个输入。

半导体二极管和三极管的开关特性

具体而言，判别方法为：

TTL集成门电路（集成逻辑门电路之一）

晶体管-晶体管逻辑电路（三极管、饱和型）。

常见电路分析

晶体管（共发射极）

只要be通，ce一定通。
当且仅当b输入高电平，e输入低电平的时候，be导通；两者输入电平一致时，相当于断开。

多发射集晶体管（共基极）

c、e逻辑关系一致。

射极输出电路（共集电极）

c、e逻辑关系一致。

集电极接为“与”

高低电平都是相对而言，该问相对于VDD，饱和电压就是低电平。

发射极接为“或”

只要关注be通没通就行。

TTL与非门

工作原理

$$F=\bar{A}\bar{B}$$

T1多发射极晶体管（共基极）、T2共集电极与共发射极晶体管、T4共集电极晶体管、T5共发射极晶体管。

T1为逻辑乘输出，T2看作共集电极时为直接输出反之为非输出，T4、5一致。

T1是一个与门，T2、4、5组成非门。

计算分析

电气特性

输入端信号特性

输入端负载特性

带负载的能力。

这个1.4是怎么来的呢？为了保证TTL与非门电路正常工作，要求T2，T5导通，那么$V_{R1}$的电压至少为1.4V，以满足两个管子的压降。因此，需要记住的是门坎电阻$2k\Omega$。

这里的门坎电阻的比较对象是之前计算所得的。

MOS逻辑电路

MOS逻辑电路的基本单元为MOSFET。

三极管是电流控制元件；MOSFET是电压控制元件。

看输出时，还需要额外看电阻。本质是电压分压作为输出。

NMOS

非门

T1的栅极接电源，处于高电平状态，总是导通的，因此当作电阻看待；其中负载管电阻$100k\Omega$需要记住。

与非门

或非门

CMOS

非门

只要N导通P就截止。

与非门

NMOS中两个N管串联，在这里也是如此。

或非门