基本门电路及其组合
来源:电子发烧友 作者:华强电子网 时间:2019-01-23 10:45
基本门电路及其组合
门电路是实现各种逻辑关系的基本电路,是组成数字电路的最基本单元。从逻辑功能上看,有与门、或门和非门,还有由它们复合而成的与非门、或非门、与或非门、异或门等。从生产工艺上看,门电路又可分为两大类:分立元件门电路和应用集成电路工艺制成的集成门电路。在学习这些逻辑电路时,不必考虑它的内部结构原理,而要着重掌握它们的逻辑功能。
1.状态的表示
逻辑是指事物的因果关系所遵循的规律。世间万物大多存在着对立统一的正反两种逻辑状态,如事物的真或假、电位(也叫电平)的高或低、开关的通或断等。若将其中一种状态规定为逻辑“真”,则另一种状态便为逻辑“假”。通常将逻辑量在形式上数字化,即用1表示逻辑“真”,用0表示逻辑“假”。这时的0和1不再有数的意义,而是两个符号,表示两种对立的逻辑状态。数字电路中,电路的工作状态最终体现于电平的高或低,什么样的电信号是高电平或低电平呢?这取决于电路元件参数和电源电压的大小。在广泛使用的TTL集成电路和计算机系统中,电源电压采用5 V,它的标准高电平值是2.4 V,标准低电平值是0.4 V,只要实际的电平值≥2.4 V,即认为是高电平,实际的电平值≤0.4 V,即认为是低电平。
若规定高电平为1,低电平为0,称为正逻辑系统。若规定低电平为1,高电平为0,则称为负逻辑系统。本书中采用的都是正逻辑系统。
2.基本逻辑门电路
(1).与门
在逻辑问题中,如果决定某一事件发生的多个条件必须同时具备事件才能发生,则称这种因果关系为与逻辑。例如,在图8-1所示电路中,开关A和B串联控制灯Y。显然,仅当两个开关均闭合时(条件),灯才能亮(结果)。否则,灯灭。实现与逻辑关系的电路称为与门电路,如图8-2所示的是最简单的二极管与门电路。A、B是它的两个输入端,Y是输出端。也可以认为A、B是它的两个输入变量,Y是输出变量。假设输入信号低电平为0 V,高电平为3 V,按输入信号的不同可有下述几种情况(忽略二极管正向压降)。

① 输入端全为高电平,DA、DB均导通,则输出VY=3V。
② 输入端有一个或两个为低电平。例如VA=0V, VB=3V时, DA先导通,这时 承受反向电压而截止,输出VY=0V。
可见,只有当输入端A、B全为高电平1时,才输出高电平1,否则输出端均为低电平0,这合乎与门的要求。
将逻辑电路所有可能的输入变量和输出变量间的逻辑关系列成表格,如表8-1所示,称为真值表。
表8-1 与门真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
上述逻辑关系可用逻辑表达式描述为:
Y=A?B (8-1)
式中小圆点“?”表示A、B的与运算,也表示逻辑乘。在不致引起混淆的前提下,“?”常被省略。在某些文献中,也有用符号∧表示与运算的。图8-3所示为两输入端的与门逻辑符号。与门也可有两个以上的输入端。
式中小圆点“?”表示A、B的与运算,也表示逻辑乘。在不致引起混淆的前提下,“?”常被省略。在某些文献中,也有用符号∧表示与运算的。图8-3所示为两输入端的与门逻辑符号。与门也可有两个以上的输入端。
门电路的逻辑关系也可以用波形图来描述,如图8-4所示。

2.或门
在逻辑问题的描述中,如果决定某一事件发生的多个条件中,只要有一个或一个以上条件成立,事件便可发生,则称这种因果关系为或逻辑。例如,在图8-5所示电路中,开关A和B并联控制灯Y。可以看出,当开关A、B中有一个闭合或者两个均闭合时,灯Y即亮。因此,灯Y与开关A、B之间的关系是或逻辑关系。
实现或逻辑关系的电路称为或门电路。图8-6所示是最简单的二极管或门电路。A、B是它的两个输入,Y是输出。采用与门电路同样的分析方法,对不同的输入组合,不难得出或门电路的真值表,如表8-2所示。
表8-2 或门真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
从表中可知,输入变量只要有一个为1时,输出就为1;只有输入全为0,输出才为0。
上述逻辑关系用逻辑表达式描述为:
Y=A+B (8-2)
式中,“+”号表示逻辑或而不是算术运算中的加号。某些文献中也用“∨”表示或运算。图8-7为两输入端的或门逻辑符号。或门也可有两个以上的输入端。
或门电路的逻辑关系也可用波形图来描述,如图8-8所示。
(3).非门
在逻辑问题中,如果某一事件的发生取决于条件的否定,即事件与事件发生的条件之间构成矛盾,则这种因果关系称为非逻辑。
例如,在图8-9所示电路中,当开关A断开时,灯亮;A闭合时,灯不亮。这个例子表示了一种条件与结果相反的非逻辑关系。
图8-10所示为三极管非门电路。非门又称反相器,它只有一个输入端和一个输出端,其输出与输入恒为相反状态。
下面分析该三极管(工作在饱和或截止状态)非门电路的逻辑功能。
① 当输入端A为高电平(VA=3V)时,适当选取RK、RB之值可使三极管饱和导通,其集电极输出低电平(VY=0V)。
② 当输入端A为低电平(VA=0V)时,负电源UBB经RK、RB分压使三极管基极电位为负,三极管截止,从而输出高电平(其电位近似等于UCC)。
表8-3是非门电路的逻辑真值表,非门的逻辑符号如图8-11所示。
表8-3 非门真值表
A |
Y |
0 |
1 |
1 |
0 |
如果用逻辑表达式描述,则为:
(8-3)
它可和图8-12的波形图相对照。
3.基本逻辑门电路的组合
利用与门、或门、非门三种最基本的门电路可以组成各种复合门电路,其中最常用的有与非门电路、或非门电路、异或门电路等。
(1).与非门
与非门电路是数字电路中运用最广的一种逻辑门电路,逻辑符号及波形图如图8-13所示。
与非门的逻辑功能为:输入信号全为1,则输出为0;只要有一个输入为0,则输出为1。与非门真值表如表8-4所示。
表8-4 与非门真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
与非门的逻辑功能用逻辑表达式描述,则为:
(8-4)
与非门可以有两个或两个以上的输入端。
(2).或非门
或非门的逻辑符号及波形图如图8-14所示。
或非门的逻辑功能是:输入全为0,输出才为1;只要有一个输入为1,输出就为0。或非门真值表如表8-5所示。
表8-5 或非门真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
或非门的逻辑功能用逻辑表达式描述则为:
(8-5)
或非门也可有两个或两个以上的输入端。
(3).异或门
异或门的逻辑符号及波形图如图8-15所示。
其逻辑功能为:当两个输入端信号相同时,输出为0;当两个输入端信号相异时,输出为1。其真值表如表8-6所示。
表8-6 异或门真值表
A |
B |
Y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
异或门的逻辑功能用逻辑表达式描述为:
(8-6)
异或门只有两个输入端。
思考与练习
1.如果正逻辑改为负逻辑,那么正逻辑条件下的与门和或门的逻辑功能有何变化?
2.假定一个电路中,指示灯Y和开关A、B、C的关系为 Y =AB+C
试画出相应的电路图。
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