探究数字电路:基本逻辑门电路有哪些?

作为数字电路的基础知识,基本逻辑门电路和逻辑运算是许多小白初学数字电路的最大难点,曾劝退许多小白学好数字电路的心,今天为帮助更好地学习数字电路,将重点讲解基本逻辑门电路,希望对小伙伴们有所帮助。

一般来说,数字电路的基本逻辑门电路有与门(AND gate)、或门(OR gate)及非门(NOR gate),它们分别可以完成与、或、非三种逻辑运算,这三种逻辑运算可以用晶体二极管和晶体三极管等分立元件组成的电路来实现,也可以用集成电路来实现。

1、与门电路

如图所示,图中是一个简单的具有两个输入端的二极管与门电路、常用逻辑符号、逻辑表达式及真值表。其中A、B分别为两个输入端,F为输出端,该电路能实现与运算,是因为输出端的电平被最低电平的输入端钳位,只有在输入端全为高电平时,输出端才能是高电平,也就是说只有两个输入全为1时,输出才为1。

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从电路结构来看,不难看出该电路的缺点是:①市场及低电平时,其值比输入端低电平高一个二极管的正向电压降,因此一个逻辑量连续通过2-3个门电路,代表0值的低电平将不再符合要求;②输出高电平时,向负载供应电流的受电阻R的限制,负载电流过大时,R两端的压降将不可小觑,代表1值的高电平将不符合要求。③当输入端电平变化时,输出端电平的变化总是要落后一定的时间,此事件主要是由二极管在导通状态和截止状态之间的转换过程而产生的,称为门电路的延时时间。

2、或门电路

如图所示,图中是一个有两个输入端的二极管与门电路、常用逻辑符号、逻辑表达式及真值表。其中A、B分别为两个输入端,F为输出端,该电路能实现或运算,是因为输出端的电平被最高电平的输入端钳位,只要输入端有一个高电平时,输出就是高电平,也就是说,输入端有一个为1时,输出即为1.输入端全为0时,输出才为0。

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需要注意的是,这种或门电路的局限性与上文的与门电路相似。

3、非门电路

非门电路只有一个输入端,输出端与输入端的状态总是相反。当输入端A是高电平时,输出端F是低电平;当输入端是低电平时,输出端则是高电平。

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而简单的非门电路是一个反相器,适当选择Rc和RB,当输入端A为高电平时,三极管饱和导通,输出端F为低电平;当输入端A为低电平时,三极管截止,输出端F为高电子,也就是说,输入1时,输出为0;输如0时,输出为1,实现非运算。这种非门电路具有这些特点:①由于晶体三极管是有源器件,输出电平不但不会逐级恶化,而且比输入端有所改善,做串联使用时无电平偏移,所以常和与门、或门组成与非门及或非门。②这种电路向负载提供电流的能力一般偏差。③电路的延时主要发生在输出电平由0变1时,这是由于三极管的延时主要产生在由饱和变为截止的恢复阶段上。

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