【原创分享】电子百科全书—与门电路知多少

原创 凡亿PCB 2021-11-26 07:30



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数字电路是逻辑的世界,这里处处讲的是逻辑计算与逻辑关系,这恰恰与我们做一些文章,写一些稿子类似。但是数字电路也叫作数位逻辑,既然与数有关。那么就先来谈谈数学。基本数学,有加法、减法、乘法、除法那么如果将这些运算带入计算机中,用于电路实现。应该怎么实现?在这里要注意我们讨论的二进制、十六进制。那么就需要破旧立新。


由此出现了基本数位逻辑计算,即:与、或、非。这是数字电路中的三大基本逻辑计算,包括后续的逻辑计算,以及数字电路设计,都会用到这三个计算。那么至于与非、或非、异或、同或无非是用三大基础逻辑门进行的组合。这与基本数学倒很相似。学会了加法、减法、乘法、除法以后就会出现方程,四则运算等等。

下面就一逻辑计算之与门进行我们的数字电路逻辑运算之旅。




与门



与门又叫做及闸,前者为大陆名称后者为台湾名称,二者虽叫法不同,但逻辑一致。

即:与门(and gate)又称为amd闸,其为具有俩个或俩个以上的输入端,与一个输出端构成。其输入与输出为与门关系。


我们在日常生活中经常用逻辑关系表示真与假,那么在数字电路中用真代表1,用假代表0.

所以如果当所有的输入端为真的话,那么其输出就为真。

     如果当有任意一个的输出为假的话,其输出就为假。

其中真为(true)假(false)

那么下面先来看一下,与门的实际样子(以CD4081为例)

 


如图所示这就是与门的实际样子,官方名称叫做IC,也叫作集成芯片,那么既然叫做集成芯片,内部长什么样呢?别急哈。慢慢来。




与门的逻辑关系



即当所有的输入端皆为高电平(1)时,输出端为高电平(1)

  当其中任意一个输出端为低电平(0)时,输出端为低电平(0)

其中一个系统如果使用1代表为逻辑真,低电平为0代表逻辑假,称这种逻辑为正逻辑。如果用1代表逻辑假,用0代表逻辑真的话,就称为负逻辑系统。

正逻辑系统是目前使用的最为广泛的逻辑系统。

下面来看一下,与门的实际逻辑符号

与门有3种逻辑符号,包括:形状特征型符号(ANSI/IEEEStd 91-1984)、IEC矩形国标符号(IEC 60617-12)、DIN符号(DIN 40700)。

 

这个是根据标准的不同,所表示的逻辑符号,其中第一种与第二种,是目前最为常用的逻辑符号。

那么要想研究逻辑门电路,就需要三大基本工具:1、逻辑表达式、2、波形图、3、真值表。以后的逻辑电路会经常用到这三个工具来分析逻辑电路。

首先来看第一个表达式

与门的逻辑表达式一般为Y = AB,其代表基本数学中的乘法关系。

二、真值表

I1

I2

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

根据逻辑真值表可以看出,有0 为0,全1为1.其逻辑关系为乘法关系。

最后一个就是波形图,门电路波形图在以后的芯片分析与电路分析中经常用到,其又叫做时序图。下面来看与门的逻辑波形图:

 

波形图可以对照上面的真值表自行分析其逻辑关系。

那么说到逻辑集成电路,如果给你一包散件,可不可以制作一个逻辑门呢?当然可以!!

与门的实现方法包括使用CMOS逻辑、NMOS逻辑、PMOS逻辑以及二极管实现等

以二极管实现为例,与门的实现原理为:

如图:为二极管门电路Vcc = 5vR1 = 3K9, 假设3v及以上代表高电平0.7及以下代表低电平

下面根据图中情况具体分析一下,

1. Ua=Ub=0v时,D1D2正向偏置,两个二极管均会导通,此时Uo为电位为0.7v.,输出为低电平

2.UaUb一高一低时,不妨假设Ua = 3vUb = 0v,这时我们不妨先从D2开始分析,

D2导通,导通后D2压降将会被限制在0.7v,那么D1由于右边是0.7v左边是3v所以会反向偏置而截止,因此最后Uo0.7v低电平输出,这里也可以从D1开始分析,如果D1导通,那么Uo应当为3.7v

此时D2将导通,那么D2导通,压降又会变回0.7,最终状态Uo仍然是0.7v.输出低电平,此时D1马上截止。

3. Va=Vb=3v,这个情况很好理解, D1D2都会正偏,Uy被限定在3.7V.

 

最后我们来看一下,逻辑与集成电路的内部结构:


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