数字电路1. 逻辑门电路及常见门电路实现

Posted 2023-03-15 编程圈子

一、逻辑门电路的概念

逻辑门电路是一种电路设计，用于处理数字信号（仅包括0和1）。它们使用逻辑门来执行不同的逻辑操作，如与门、或门、非门、异或门等，这些门基于布尔代数。逻辑门电路通常使用晶体管、集成电路或其他电子元件实现。

逻辑门电路可以用于数字电路、计算机、通信和控制系统等领域。在数字电路中，逻辑门电路用于处理和操作数字信号，从而实现不同的功能和任务。在计算机中，逻辑门电路构成了计算机的基本组成部分，用于执行算法和程序。在通信和控制系统中，逻辑门电路用于解码、编码、调制、解调等操作。

二、几种常见门电路的实现

1. 非门

非门是一种基本的逻辑门电路，也称为反相器（Inverter）。它只有一个输入端和一个输出端，当输入为1时，输出为0；当输入为0时，输出为1。非门的输出与输入相反，因此得名反相器。

（1）原理图

（2）仿真：

2. 与非门

与非门也称为NAND门。它有两个或多个输入端和一个输出端。当所有输入均为1时，输出为0；否则输出为1。
与非门可以看作是与门和非门的组合，即先对所有输入进行与操作，然后对结果进行反相操作。

（1）mos管电路：

（2）仿真结果：

（3）真值表：

A	B	输出
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

3. 与门

与门（AND gate）是数字电路中最基本的逻辑门之一，其输入为两个或更多个布尔逻辑变量，输出结果为这些输入变量的逻辑乘积。当且仅当所有输入都为1时，输出才为1；否则输出为0。

（1）三极管实现方式

在这个电路中，两路二极管同时输入高电平时，2个二极管正偏，输出限定在3.7V高电平 。
两个输入一高一低时，最终输出钳位在0.7V。
当两个都输入低电平时，两个二极管都导通 ，输出为低电平。

逻辑分析仪上得到相同结果。但是在电平转换时，输出会有一瞬间错误的高电平状态。

（2）mos管实现

与门在与非门的基础上加了非门电路：

仿真结果：

这里通道1、3是输入，通道2是输出，可以看出1、3高的时候，输出2是高。其它情况下，输出都是低。

（3）真值表

A	B	输出
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

4. 或非门

（1）mos管电路

一个CMOS NOR门电路使用四个绝缘栅场效应晶体管，与NAND门电路一样，只是晶体管的排列方式不同。与两个并联的源极（上）晶体管连接到Vdd和两个串联的汇极（下）晶体管连接到地不同，NOR门使用两个串联的源极晶体管和两个并联的汇极晶体管。

（2）仿真

这个电路在电平转换的时候仿真有点问题。

（3）真值表

A	B	输出
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

5. 或门

（1）mos管电路

或门使用了或非门+非门：

（2）仿真结果

（3）真值表

A	B	输出
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1