【Three Fire】数字基础门电路初探——数电学习笔记（1.1）

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(一)门电路概述

(1)开关电路初探

• 在电子电路中，用高低电平分别表示二值逻辑的 1 和 0两种逻辑状态。获取高低输出电平的基本原理可以用图3.1.1中的两个电路说明。(a)所示的单开关电路中，当开关S断开时，输出电压 v₀ 为高电平。开关断开后，输出低电平。
  
• 只要通过输入信号 v₁ 控制三极管工作在截止和导通两个状态，就可以起到（a）中所示的开关S的作用。

(2) 互补开关电路

• 单开关电路的主要缺点是功耗比较大。S导通使 v₀ 为低电平时，电源电压全部加在电阻R上，消耗在R上的功率为 V²_DD/R。
• 为了克服这个缺点，将单开电路中的电阻用另外一个开关替代。
  
• 互补开关电路中，S1 和S2 都是由输入信号 v₁ 控制，但他们的开关状态是相反的。当v₁ 使S1接同时，使S2断开，输出高电平。当v₂ 使S2接同时，使S1断开，输出低电平。
• 无论输出为高或者是低，S1和S2总有一个是断开的，所以流过S1和S2的电流始终为零，电路的功耗极小。

(3)正负逻辑

• 以高低电平表示两种不同逻辑状态的时候有两种方法
  

(二)半导体二极管门电路

(1) 半导体二极管的开关特性

• 由于二极管的单向导电性，外加正向电压导通，外加反向电压截止。所以得到以下二极管开关电路。
  
• 假定输入信号 V_IH = V_CC ，低电平 V_IL = 0，并假定二极管为理想开关元件，即正向导通电阻0，反向电阻为无穷大。
• 当 v_I = V_IH 时，D截止，v_o = V_OH = V_CC ,当 v_I = V_IL = 0时，D导通，V_OL = 0。

(2) 二极管电路常采用的近似

• 由上图可得当二极管正向导通压降和外加电源电压相比不能忽略，而与外接电阻相比二极管的正向电阻可以忽略，常常采用下图所示的电路。
  

(3)二极管 与门

• 最简单的与门可以用二极管和电阻组成。下图所示为两个输入端的与门电路。
  
• 设 V_CC 为5V，A、B输入端的高、低电平分别为 V_IL = 0V 和 V_IH = 3V，二极管的正向导通压降为0.7V。
• 如果规定 3V以上为高电平，0.77以下（包括0.7）为低电平，则可以得到以下真值表。
  
• 注意：此电路存在这严重缺点：输入的高低电平和输出的高低电平存在一个二极管的导通压降，如果把这个门的输出作为下一级门的输入信号，将发生信号高，低电平的偏移。

(4)二极管 或门

• 最简单的或门可以用二极管和电阻组成。下图所示为两个输入端的与门电路。
  
• 如果输入的高低电平 V_IH = 3V 和 V_IL = 0V，二极管的 D1 和 D2 的导通电压降为 0.7 V，则只要 A，B当中有一个是高电平，输出就是 2.3 V。只有当A，B都为 0 时，输出才为0。真值表如下图所示。
  
  注意：此电路存在这严重缺点：输入的高低电平和输出的高低电平存在一个二极管的导通压降，如果把这个门的输出作为下一级门的输入信号，将发生信号高，低电平的偏移。