基本逻辑门原理及应用

最基本的逻辑关系只有三种，就是我们在第4章向大家介绍的与逻辑、或逻辑和非逻辑。能够实现上述逻辑关系的基本逻辑门相应为与门、或门和非门。

图5.1　“与”门原理电路及其逻辑符号

（a）“与”门原理电路；（b）“与”门电路逻辑符号

1.“与”门

当门电路用二极管、晶体管和电阻等分立元件构成时，称为分立元件门电路。目前，电子工业的飞速发展和集成电路的日新月异，分立元件门电路几乎都被集成门电路所取代。但是，为了更好地理解和掌握基本逻辑门电路的工作原理和逻辑功能，我们仍用分立元件的门电路剖析基本逻辑门的电路组成及逻辑功能。

图5.1 （a）是 “与”门原理电路，电路中二极管均为理想二极管 （即正向导通时管子相当于短路，反向阻断时管子相当于开路）。三个输入端信号只有高电平3V和低电平0V两种取值，电源UCC=+5V。

（1）当输入端中至少有一个为低电平时，对于同阳极接法的二极管，由于UCC高于输入端电位，必然有二极管导通。设A 端为0V 时，二极管VDA阴极电位最低，因此VDA首先快速导通，使输出端F点的电位钳位至 “0”，则其他二极管由于反偏而处截止状态。显然这一结果符合真值表中 “有0出0”的与逻辑关系。

（2）若电路中所有输入端的电位全部为高电平3V时，各二极管相当于并联，二极管全部导通，输出电位被钳位在高电平3V上，这一结果和与逻辑真值表中 “全1出1”的与逻辑相符。

“与”门电路可用逻辑图符号表示如图5.1 （b）所示，电路实现的逻辑功能可表述为：“有0出0，全1出1”。一个“与”门的输入端至少有两个，输出端为一个。

图5.2　“或”门原理电路及其逻辑符号

（a）“或”门原理电路；（b）“或”门电路逻辑符号(www.xing528.com)

2.“或”门

图5.2 （a）是 “或”门原理电路，电路中二极管均为理想二极管。三个输入端信号只有高电平3V和低电平0V两种取值，电源UCC=-5V。

（1）当输入端中至少有一个为高电平时，对于共阴极接法的二极管，由于电源电位低于输入端电位，必然有二极管导通。当任一输入端为3V时，该端子上连接的二极管就会因其阳极电位最高而迅速导通，致使输出端F的电位被钳位至高电平3V，其他二极管由于反偏而处于截止状态，从而实现了或逻辑真值表中“有1出1”的功能。

（2）当输入端均为低电平0V时，电路中的所有二极管相当于并联而全部导通，输出端F点的电位被钳位至低电平0V，实现了真值表中“全0出0”的或逻辑功能。

“或”门电路的逻辑图符号如图5.2 （b）所示。“或”门电路实现的逻辑功能可表述为：“有1出1，全0出0”。一个“或”门的输入端至少有两个，输出端为一个。

图5.3　“非”门原理电路及其逻辑符号

（a）“非”门原理电路；（b）“非”门电路逻辑符号

3.“非”门

图5.3所示的反相放大器电路实际上就是一个“非”门。设图5.3中输入信号的两种取值分别为低电平0V和高电平3V。

（1）当输入端为高电平3V时，三极管饱和导通，iCRC≈+UCC，输出端F点的电位约等于 “0”V，实现了真值表中“有1出0”的非逻辑功能。

（2）当输入端为低电平0V时，三极管截止，输出端F 点的电位约等于+UCC，实现了“有0出1”的非逻辑功能。

显然，反相器的输入和输出关系取高电平为逻辑“1”，低电平为逻辑“0”时，即可得到和逻辑 “非”真值表完全相同的功能。“非”门的逻辑图符号如图5.3 （b）所示，方框图右边的小圆圈表示 “非”。一个 “非”门只有一个输入端和一个输出端。