第2章 逻辑门电路

可以认为三极管处于饱和区。此时，集电极输出电压UO=UCES≈0.3V，即输出为低电平（L）。

当输入为低电平时，三极管的工作点位于QC处，三极管的集电极电流为穿透电流ICEO，这个电流很小，相当三极管截止，集电极输出电压则为UO≈VCC，即输出高电平（H）。

(a) 电路图 (b) 输入特性上的分区 (c) 输出特性上的分区

图2-3-1 三极管反相器

当输入为高电平时，用UI =A=1表示，三极管饱和，输出低电平，用UO =P=0表示；

当输入为低电平时，用UI =A=0表示，三极管截止，输出高电平，用UO =P=1表示。实现了“非”逻辑（A为“1”，P为“0”；A为“0”，P为“1”）。

在进行一般分析时，反相器中的三极管就相当一个开关，要么饱和，要么截止。 三极管在稳态时，工作在饱和区或截止区，之间过渡时，可迅速经过放大区，但不会停留在放大区。三极管做开关使用时，饱和时，它的两端还有一点点压降UCES，小功率三极管约0.1V；截止时，它有一点漏电流，即穿透电流ICEO，性能好的小功率三极管，穿透电流不到10nA。

反相器的逻辑功能可以用继电器的常开触点和常闭触点之间的关系来模拟。输入信号等于“0”，继电器不吸合，常开触点不接通，而常闭触点是接通的，如果在常闭触点上接有电路，则会有输出；若输入信号等于“1”，继电器吸合，常开触点接通，而常闭触点不接通的，如果在常闭触点上接有电路，则不会有输出。见图18-1-2(c)。 2.3.1.2 非门逻辑符号

非门的符号如图18-1-2所示，其中图(a)是用极性指示符表示的反相器的符号；图(b)是非门的逻辑符号，它们的逻辑关系可用逻辑式P?A表示。非门的真值表见图18-1-2的上方。

A?0、P?1；A?1、P?0APAPAARL (a) 用极性指示符表示反相器 (b) 非门的逻辑符号 (c) 等效非门电路

图2-3-2 反相器(非门)的逻辑符号

关于非门逻辑符号的说明

在图2-3-2(a)、(b)的逻辑符号中，图(a)是用空心箭头极性指示符表示的，不管在输入侧，还是在输出侧，有空心箭头的极性指示符，表示信号的低电平有效，没有空心的极性指示符，就一条直线表示高电平有效。极性指示符是一种逻辑约定，并不明确是指正逻辑，还是负逻辑。图2-3-2(b)中用小圆圈“?”表示非的逻辑运算关系，使用“?”则为单一逻辑约定。在采用极性指示符时，因采用何种逻辑约定还没有确定，是正逻辑还是负逻辑还没有确定，所以在有极性指示符的逻辑符号的端头处不能标注逻辑表达式。采用极性指示符时，只应标注“H”或“L”；在单一逻辑约定采用非运算符号“?”时，在逻

辑符号框外既可以标注“H”或“L”，也可以标注“1”或“0”，因为此时“H”、“L”和“1”、“0”有确定的对应关系。本书中如无特殊说明，一律按正逻辑约定讨论问题。

由于反相器有电流放大能力，所以输出电平稳定，带负载能力强。为了利用非门的这种性质，实际工作中，与门、或门总是和非门联合使用，组成与非门、或非门、与或非门等。另外逻辑门在驱动发光二极管、继电器等电流较大的元件时，都采用非门。 2.3.2 与门

2.3.2.1 与门电路

与门是一个具有多个输入端头和一个输出端头的逻辑门电路。图18-1-2(a)所示的是一个二极管与门电路，A、B、C是输入端，P是输出端，图18-1-2(b)和(c)是它的逻辑符号。输入端头数可任意多，但实际制造时是有限制的。

VCC??5VRABCPABC&PABCRL

(a) 二极管与门电路图 (b) 国标与门逻辑符号 (c) 等效的与门电路

图2-3-3 二极管与门

2.3.2.2 逻辑功能与真值表

二极管与门电路的逻辑功能如何描述？一般通过所谓的真值表来描述。电路图见图2-3-3(a)，其逻辑功能和真值表如下：

按正逻辑的规定分析上述与门的电路。容易看 出，只要A、B、C三个输入中有一个是低电平（例如0.3V），则VCC就要通过R向该路二极管提供电流，同时将P点电位钳制在 0.3V+0.7V上（硅PN结压降以0.7V计）。只有当UA=UB=UC=UIH= 3.5V，即均为高电平时，各路二极管截止，VCC通过R送往输出端，输出P点为高电平。

上述关系可归纳为有“0”出“0”，全“1” 出“1”。 在正逻辑系统中这种输入输出之间的逻辑关系称为“与”逻辑。即输入端A、输入端B、输入端C全部都是高电平“1”输入时，输出为“1”。

3

由此可知该电路可以完成与逻辑运算。三个输入端可能有8（=2）种输入组合情况。可将各种组合情况及其对应的与逻辑输出P一起列于表2-3-1，并称此表为真值表。这个表与表6.2与逻辑运算的真值表其实是一样的。由真值表可明显看出，只有A与B与C 所有输入端都是高电平，输出才是高电平（对应第八种情况），与逻辑表达式如下： P=A·B·C=ABC

表2-3-1 与门真值表

2.3.2.3 使能端

与门的任意一个输入端都可作为使能（Enable）端使用。使能端有时也称允许输入端或禁止端。例如，以C为使能端，A、B为信号端，则当C=0时，P=0，即与门被封锁，信号A和B无法通过与门。只有当C=1（封锁条件去除）时，P=A·B，与门的输出才反映输入信号A与B的逻辑关系。 2.3.3 或门

图2-3-4（a）所示为二极管或门电路，可以看出A、B、C三个输入端中只要有一个是高电平（3.5V），则该路二极管导通，输出P被钳制在高电平（2.8V）。只有当A、B、C都是低电平（0.3V），输出P才

是低电平。在正逻辑中，把若干个输入中只要有一个是“1”电平，输出就是“1”电平这种逻辑关系称为“或”逻辑。或门真值表见表2-3-2。或逻辑可用逻辑式P=A+B+C表示，它的运算规则为有“1”出“1”，全“0”出“0”，即符合或门真值表的规定。或门的逻辑符号见图2-3-4(b)，图18-1-4(c)是用触点表示的或逻辑等效电路。

ABCPABC1CBPARL

(a) 电路图 (b) 国标或门逻辑符号 (c) 等效的或门电路

图2-3-4 二极管或门

2.3.4 其它常用逻辑门

与门、或门和非门是三种最基本的逻辑门，通过他们的组合可以构成多种组合逻辑门。 2.3.4.1 与非门

与门在前，非门在后，串联则构成与非门。与非门的真值表和与非运算一致。与非门的逻辑关系和与门的逻辑关系相反，只有各输入端都是“1”，输出才为“0”，输入端只要有“0”，输出为“1”。与非门逻辑符号见图2-3-5(a)。与非门是应用最广的门电路之一。

&≥1≥1& (a) 与非门逻辑符号 (b) 或非门逻辑符号 (c) 与或非门逻辑符号

图2-3-5 与非门、或非门、与或非门的逻辑符号

2.3.4.2 或非门

或门在前，非门在后，串联即可构成或非门。或非门的逻辑关系为：有“1”出“0”，全“0”出“1”，或非门的输出和或门正好相反。或非门的逻辑符号如图2-3-5(b)所示。、 2.3.4.3 与或非门

与门在前，后接或非门，则构成与或非门。与或非门的逻辑符号如图2-3-5(c)所示。若干个与门先分别进行与运算，然后，对与运算的结果再进行或非运算。与非、或非、与或非门的真值表见表2-4。 2.3.4.4 异或门和同或门

异或门只有两个输入端和一个输出端，真值表如表2-4所示。其逻辑符号见图2-3-6(a)，方框中的“=1”表示输入端有一个“1”时，输出端为“1”。同或门也只有二个输入端，同或门没有专门的逻辑符号，因为同或就是异或非。所以就用异或非门来代表同或门。见图2-3-6(b)。

?1?1 (a) 异或门逻辑符号 (b) 同或门逻辑符号

图2-3-6 异或门和异或门的逻辑符号

异或门和或门相比，真值表中仅一项不同，异或门1+1=0；或门1+1=1。异或门的特点是只有当两输入不相同（相异），输出P才为“１”；输入相同时，输出为“0”。异或门和同或门在数字电路中经常使用。

【思考题】

2-3-1 逻辑门是做什么用的？

2-3-2 基本逻辑门有哪几种?它们的逻辑功能如何？

2-3-3 三极管反相器是否可以做非门使用?在电路参数上如何保证非门的逻辑功能？ 2-3-4 有哪些手段用于描述逻辑门的功能？ 2-3-5 有哪些组合门?它们的逻辑功能如何？

2-3-6 逻辑门的符号是什么样的?逻辑门符号中的特征标注符的含义是什么?

二极管与门和或门电路的缺点：

（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。 （2）负载能力差。

+VCC（+5V）R3kΩD1D+VCC（+5V）R3kΩ0V5VD2p5V1LD2

解决办法：

将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。

+VCC（+5V）R3kΩDRc1kΩD4AB1PRbD531LT2D2R14.7kΩ

三、DTL与非门电路 工作原理： （1）当A、B、C全接高电平5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通，且T为饱和导通， VL=0.3V，即输出低电平。

（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。

所以该电路满足与非逻辑关系，即：L?ABC

+VCC（+5V）R3kΩDRc1kΩD531ABC1PD4LT2D2D3R14.7kΩ