门电路

• 基本门电路
• • 与门
  • 或门
  • 非门
• 复合门电路
• • 与非门
  • 或非门
  • 与或非门
  • 异或门
  • 同或门
• 集成门电路
• • TLL集成门电路
  • • 多发射晶体管
    • TTL与非门
    • TTL集电极开路门（OC门）
    • 三态输出门（TS门）
  • CMOS集成门电路
  • • CMOS非门
    • CMOS与非门
    • CMOS或非门
    • CMOS传输门

基本门电路

• 基本门电路有3种：与门（AND）、或门（OR）和非门（NOT）。

与门

• 电路结构
  

• 只有两个开关AB都闭合时，指示灯才会亮；

• 逻辑与（逻辑相乘）：决定事物结果的全部条件同时具备时，结果才发生。

• 真值表：用来列举电路各种输入值和对应输出值的表格。

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	0
  0	1	0
  1	0	0
  1	1	1

• 逻辑表达式

  • 用关系式来表达电路输入输出之间的逻辑关系。
  • 与门电路的逻辑表达式： Y = A ⋅ B Y=A\cdot B Y=A⋅B

• 图形符号
  

• 与门芯片

  • 与门集成电路74LS08结构图如下，内部有4个与门，每个与门两个输入端，一个输出端。
    

• 拓展

  • 有很多种与门逻辑电路，还有种电路如下，可自行分析
    

或门

• 电路结构
  

• 只要有任一开关闭合，指示灯都亮。

• 逻辑或（逻辑相加）：决定事物结果的诸多条件中只要任何一个满足，结果就会发生。

• 真值表

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	0
  0	1	1
  1	0	1
  1	1	1

• 逻辑表达式 Y = A + B Y=A+B Y=A+B

• 图形符号
  

• 或门芯片

  • 74LS32是一种比较常见的或门芯片。内部有4个或门，每个或门有2个输入端，1个输出端。
    

• 拓展

  • 有很多种或门逻辑电路，还有种电路如下，可自行分析
    

非门

• 电路结构
  

• 开关断开时，指示灯亮；闭和时，指示灯不亮。

• 逻辑非（逻辑求反）：条件具备了，结果就不会发生；条件不具备，结果就会发生。

• 真值表

  输入	输出
  A	Y
  0	1
  1	0

• 逻辑表达式 Y = A ‾ Y=\overline{A} Y=A

• 图形符号
  

• 非门芯片

  • 74LS04是一种比较常见的非门芯片（反相器）。内部有6个非门，每个非门有1个输入端，1个输出端。
    

• 拓展

  • 有很多种非门逻辑电路，还有种电路如下，可自行分析
    

复合门电路

• 复合门电路又称组合门电路，由基本门电路组合而成。
• 常见的复合门电路有与非门、或非门、与或非门、异或门、同或门。

与非门

• 与非门是由与门和非门组成的
  

• 工作原理：当A端输入0、B端输入1时，与门的C端输出0，C端的0送到非门的输入端，非门的Y端（输出端）输出1。

• 逻辑表达式 Y = A ⋅ B ‾ Y=\overline{A\cdot B} Y=A⋅B

• 真值表

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	1
  0	1	1
  1	0	1
  1	1	0

• 逻辑功能：只有输入端全为“1”时，输出端才为“0”；只要有一个输入端为“0”，输出端就为“1”。

• 与非门芯片

  • 74LS00是一种常用的与非门芯片，内部有4个与非门，每个与非门有2个输入端、1个输出端。
    

或非门

• 或非门是由或门和非门组合而成。
  

• 工作原理：当A端输入0、B端输入1时，或门C端输出1，C端的1送到非门输入端，结果非门的Y端（输出端）输出0。

• 逻辑表达式 Y = A + B ‾ Y=\overline{A+B} Y=A+B​

• 真值表

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	1
  0	1	0
  1	0	0
  1	1	0

• 逻辑功能：只有输入端全为0时，输出端才为1；只有输入端有一个1，输出端就为0。

• 或非门芯片

  • 74LS27是一种常用的或非门芯片，内部有3个或非门，每个或非门有3个输入端，1个输出端。
    

与或非门

• 构成：与门、或门、非门。
  

• 工作原理

  • A=0，B=0，C=1，D=0时，与门1输出端E=0，与门2的输出端F=0，或门3输出端G=0，非门输出端Y=1。
  • A=0，B=0，C=1，D=1时，与门1输出端E=0，与门2的输出端F=1，或门3输出端G=1，非门输出端Y=0。

• 逻辑表达式 Y = A ⋅ B + C ⋅ D ‾ Y=\overline{A\cdot B+C\cdot D} Y=A⋅B+C⋅D​

• 真值表

  输入				输出
  A	B	C	D	Y
  0	0	0	0	1
  0	0	0	1	1
  0	0	1	0	1
  0	0	1	1	0
  0	1	0	0	1
  0	1	0	1	1
  0	1	1	0	1
  0	1	1	1	0
  1	0	0	0	1
  1	0	0	1	1
  1	0	1	0	1
  1	0	1	1	0
  1	1	0	0	0
  1	1	0	1	0
  1	1	1	0	0
  1	1	1	1	0

• 逻辑功能

  • 只要A、B端或C、D端中有一组全为1，输出端就为0，否则输出端为1。

• 与或非门芯片

  • 74LS54是一种常用的与或非门芯片，内部有1个与或非门，由4个3输入与门和1个4输入或非门组成。
    

异或门

• 构成：两个与门、两个非门、一个或门。
  

• 工作原理

  • 当A=0，B=0时，非门1输出端C=1，非门2的输出端D=1，与门3输出端E=0，与门4输出端F=0，或门5输出端Y=0。
  • 当A=0，B=1时，非门1输出端C=0，非门2输出端D=1，与门3输出端E=0，与门4输出端F=1，或门5输出端Y=1。

• 逻辑表达式 Y = A ⋅ B ‾ + A ‾ ⋅ B = A ⊕ B Y=A\cdot \overline{B}+\overline{A}\cdot B=A \oplus B Y=A⋅B+A⋅B=A⊕B

• 真值表

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	0
  1	0	1
  0	1	1
  1	1	0

• 逻辑功能：当两个输入端一个为0，另一个为1时，输出端为1；当两个输入端同时为1或同时为0时，输出端为0。（简述：异出1，同出0）

• 异或门芯片

  • 74LS86是一个4组2输入异或门芯片，内部有4组异或门，每组异或门有2个输入端和1个输出端。
    

同或门

• 构成：在异或门的输出端加上一个非门。
  

• 工作原理

  • A=0，B=0，非门1输出端C=1，非门2输出端D=1，与门3输出端E=0，与门4输出端F=0，或门5输出端G=0，非门6输出端Y=1。
  • A=0，B=1，非门1输出端C=0，非门2输出端D=1，与门3输出端E=0，与门4输出端F=1，或门5输出端G=1，非门6输出端Y=0。

• 逻辑表达式 Y = A ⋅ B + A ‾ ⋅ B ‾ = A ⊙ B Y=A\cdot B +\overline{A}\cdot \overline{B}=A\odot B Y=A⋅B+A⋅B=A⊙B

• 真值表

  输入		输出
  A	B	Y
  0	0	1
  1	0	0
  0	1	0
  1	1	1

• 逻辑功能：当两个输入端一个为0，另一个为1时，输出端为0；当两个输入端都为1或都为0时，输出端为1。（异出0，同出1）

• 同或门芯片

  • 74LS266是一个4组2输入同或门，内部有4组同或门，每组同或门有2个输入端和1个输出端。
    

集成门电路

• 集成门电路：集成化的门电路，内部结构与分立件门电路有所不同，但是输入输出逻辑关系相同。
• 分为：TTL集成门电路、CMOS集成门电路

TLL集成门电路

• 简称TTL门电路，其内部主要采用双极型晶体管（三极管）来构成门电路，74LS系列和74系列芯片属于TTL门电路。
• 特点：电流控制性器件，功耗较大，但工作速度快，传输延迟时间短（5~10ns）。

多发射晶体管

• 在TTL集成门电路常用到多发射晶体管，具有两个以上的发射极
  
• 工作原理
  • 发射极A、B、C分别输入0V、5V、0V电压时，F、A和F、C之间的两个发射结导通，F点电压下降为0.7V，F、B之间的发射结截止。F点电压为0.7V，不能使VT1的集电结和VT2的发射结同时导通（导通需要1.4V电压），VT2处于截止状态，集电极电压为5V。
  • 发射极A、B、C同时输入5V电压时，F、A，F、B和F、C之间的3个发射结都不能导通，F点电压为5V，该电压使VT1的集电结和VT2的发射结同时导通（这时F点电压从5V下降到1.4V），VT2饱和导通，VT2集电极电压为0.3V。

TTL与非门

• 工作原理
  • A、B、C输入端都加5V电压，即A=B=C=1，多发射晶体管VT1的3个发射结都处于截止状态，VT1的基极电压高，VT1集电结导通，基极电压经过集电结加到VT2的基极，VT2饱和导通，VT2的集电极电压下降，发射极电压上升。VT2集电极电压下降很低，VT3基极电压也很低，VT3不能导通，处于截止状态，发射极无电压，VT4截止。
  • A、B、C输入端分别加0V、5V、5V电压，即A=0、B=1、C=1时，VT1与A端相接的发射结导通，VT1基极电压降为0.7V，所以VT1另外两个发射结都处于截止状态。VT1的基极电压为0.7V，不足与使VT1集电结和VT2的发射结同时导通，VT2无法导通，它的发射极电压很低，而集电极电压很高。VT2很低的发射极电压送到VT5的基极，VT5无法导通而处于截止状态。VT2很高的集电极电压送到VT3的基极，VT3导通，VT3的发射极电压很高，该电压送到VT4的基极，VT4饱和导通，+5V电源经R5、VT4送到输出端，在输出端得到较高的电压。即A=0、B=1、C=1，电路输出端Y=1。

TTL集电极开路门（OC门）

• OC门输出端内部的三极管集电极时悬空的，没有接负载。
• 常用OC门芯片
  • 74LS01，内部有4个OC与非门，每个与非门有2个输入端、1个输出端。
    
• 外接负载三种形式
  
• 线与电路
  • 几个OC门并联可以构成“线与”电路。
    
  • 如果Y₁输出为1，Y₂输出为0，则OC门1内部输出端晶体管VT4处于截止状态，OC门2内部输出端的晶体管VT8处于饱和状态，E点电压很低，故输出端Y=0。
  • 如果Y₁输出为1，Y₂输出为1，则OC门1和OC门2内部输出端晶体管都处于截止状态，E点电压很高，故输出端Y=1。
  • 将几个OC门的输出端连接起来，再接一个公共负载时，输出端确实有“与”的关系，这个“与”不是靠与门实现的，而是由导线连接实现的，即“线与”。

三态输出门（TS门）

• 三态输出门，三态门，TS门，不仅出现高低电平，还可以出现第3中状态—高阻态（禁止态/悬浮态）。
  

• 工作原理

  • EN=0时，无论A、B端输入1还是0，VT1与EN相连的发射结和二极管VD都处于导通状态，VT1基极和VT2的集电极电压都为0.7V，VT4、VT5都处于截止状态。
  • EN=1时，VT1与EN相连的发射结和二极管VD都处于截止状态，可认为两者不纯在，这样电路可以看成两个输入端的普通与非门电路。

• 真值表

  输入			输出
  EN	A	B	Y
  0	0	0	高阻
  0	0	1	高阻
  0	1	0	高阻
  0	1	1	高阻
  1	0	0	1
  1	0	1	1
  1	1	0	1
  1	1	1	0

• 逻辑功能：当控制端EN=0时，电路处于高组状态，无论输入端输入什么，输出端都无输出；当EN=1时，电路正常工作，相当于与非门电路，输出与输入有与非关系。

• 常用三态门芯片

  • 74LS126是一种常用的高电平有效型三态门芯片，内有4个三态门，每个三态门有1个输入端A、1个输出端Y和一个控制端C，当C=1时，Y=A；当C=0时，高阻态。
    

CMOS集成门电路

• 简称CMOS门电路，其芯片内部主要采用CMOS场效应管来构成门电路，74HC、74HCT和4000系列芯片属于CMOS门电路。
• 特点：电压控制性器件，其工作速度较TTL电路慢，但功耗小，抗干扰性强、驱动负载能力强。

CMOS非门

• 常见CMOS非门芯片
  • CC4069，内部有6个非门，每个非门有1个输入端和1个输出端。
    

CMOS与非门

• 常见CMOS与非门芯片
  • CC4011，内部有4个与非门，每个与非门有2个输入端和1个输出端。
    

CMOS或非门

• 常见CMOS或非门芯片
  • CC4001，内部有4个或非门，每个或非门有2个输入端和1个输出端。
    

CMOS传输门

• 一种由控制信号来控制电路通断的门电路。
  

• 工作原理

  • 当控制信号为高电平，VT1（PMOS管）的G极为低电平，VT1导通，VT2（NMOS管）的G极为高电平，VT2导通，CMOS传输门开通，E端输入电压U_i经导通的VT1、VT2送到F端输出。
  • 当控制信号为低电平时，VT1（PMOS管）的G极为高电平，VT1截止，VT2（NMOS管）的G极为低电平，VT2截止，CMOS传输门关断，输入电压U_i无法通过。

• 由于两个MOS管漏极D与源极S具有互换性，故可将F端作为输入端，E端作为输出端，信号电压可以双向传送，因此CMOS传输门又称为双向开关。

• 常用CMOS传输门芯片

  • CC4016，内部有4个传输门，每个传输门有1个输入\输出端、1个输出\输入端和1个控制端。