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集成逻辑门电路及应用(与门,非门,与非门) 集成逻辑门电路的种类繁多，有反相器、与门和与非门、或门和或非门、异或门等，以下简单介绍几种常用的门电路及应用电路。
1．集成逻辑门电路:（1）常用逻辑门电路图形符号常用逻辑门电路图形符号见表1。
表1 常用逻辑门电路图形符号（2）反相器与缓冲器反相器是非门电路，74LS04是通用型六反相器，与该器件的逻辑功能且引脚排列兼容的器件有74HC04，CD4069等。
74LS05也是六反相器，该器件的逻辑功能和引脚排列与74LS04相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（0C门），在实际使用时，必须在输出端至电源正端接上拉电阻。
缓冲器的输出与输人信号同相位，它用于改变输人输出电平及提高电路的驱动能力，74LS07是集电极开路输出同相输出驱动器，该器件的输出高电压达30V，灌电流达40mA，与之兼容的器件有74HC07，74HCT07 等。
74LS04，CD4069引脚排列图如图1所示。
图1 74LS04，CD4069引脚排列图（3）与门和门与非与门和与非门种类繁多，常见的与门有2输入、3输入、4输入与门等；与非门有2输入、3输入、4输入、8输入等，常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图如图2所示。
图2 常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图74LS08是四2输人与门，74LS00和CD4011是四2输入与非门，74LS20是双4输人与非门。
2．集成门电路的应用（1）定时灯光提醒器电路如图3所示，由六非门CD4069（仅用到其中两个非门，分别用IC－1和IC－2表示）和电阻、电容、电源等组成，此电路可以在1～25分钟内预定提醒时间，使用时，利用时间标尺预定时间，打开电源开关，定时器绿灯亮，表示开始计时，到了预定的时间，绿灯灭，红灯亮。
电路的工作原理：当开关在开的位置时，C上的电压由0V逐渐上升，上升的速度由R1，RP和C决定，第一个反相器的输人端的电位由电容C上的电压决定，在C上的电压比较低时，对第一个非门IC－1的输人来说为低电平，IC-1的输出为高电平，绿灯亮，第二个非门IC－2的输出为低电平，红灯开不亮。
八种门电路工作原理
1. 与门（AND Gate）：当所有输入口的电平都为高电平时，
输出口为高电平；否则，输出口为低电平。
2. 或门（OR Gate）：当任何一个输入口的电平为高电平时，
输出口为高电平；只有当所有输入口的电平都为低电平时，输出口为低电平。
3. 非门（NOT Gate）：输出口的电平与输入口的电平相反。
4. 异或门（XOR Gate）：当输入口的电平相异时，输出口为
高电平；否则，输出口为低电平。
5. 与非门（NAND Gate）：当所有输入口的电平都为高电平时，输出口为低电平；否则，输出口为高电平。
6. 或非门（NOR Gate）：当任何一个输入口的电平为高电平时，输出口为低电平；只有当所有输入口的电平都为低电平时，输出口为高电平。
7. 异或非门（XNOR Gate）：当输入口的电平相异时，输出口为低电平；否则，输出口为高电平。
8. 三态门（Tri-state Gate）：除了有高电平和低电平两种状态
之外，还具有第三种状态，即高阻态。
在该状态下，输入和输出之间的连接断开，使得输入不影响输出。
（以上为八种常见的门电路工作原理）。
与非门方波发生电路原理
与非门（NAND gate）是一种基本逻辑门电路，它具有两个输入和一个输出。
与非门的电路原理如下：
1. 与非门的输入端分为两个，分别标记为A和B。
2. 输入端A和B分别通过一个反向器（NOT gate）得到A'和B'，即A'为A的反相信号，B'为B的反相信号。
3. A'和B'分别经过一个与门（AND gate）得到A'·B'，即A'和B'的与运算结果。
4. A'·B'通过一个反向器得到输出信号Y，即Y为A和B的与非运算结果。
与非门的逻辑功能如下：
当A和B同时为1时，经过与门得到1；当A和B有一个或两个为0时，经过与门得到0。
然后经过反向器得到与非运算结果。
与非门的真值表如下：
A B | Y
-------|-----
0 0 | 1
0 1 | 1
1 0 | 1
1 1 | 0
与非门可用于实现其他逻辑门电路，如与门、非门、或门等。
门电路的工作原理
门电路是一种常见的数字电路，用于实现逻辑运算。
它由一个或多个输入信号和一个输出信号组成。
门电路的工作原理基于布尔代数的逻辑运算，即将输入信号进行逻辑与、逻辑或、逻辑非等运算，并根据逻辑运算结果，生成相应的输出信号。
逻辑门电路一般使用晶体管作为开关器件。
以与门为例，当所有输入信号都为高电平时，即逻辑1，晶体管的基极电压高于其发射极，导通电流，从而使输出信号为高电平。
若有一个或多个输入信号为低电平，即逻辑0，晶体管的基极电压低于其发射极，截止电流，从而使输出信号为低电平。
或门电路的工作原理与与门类似，只不过输出信号的逻辑是在所有输入信号中只要有一个是高电平时，输出为高电平，否则输出为低电平。
非门电路的工作原理是对输入信号进行取反操作，即输入信号为高电平时，输出信号为低电平；输入信号为低电平时，输出信号为高电平。
除了基本的与门、或门、非门之外，还有其他逻辑门电路，如与非门、或非门、异或门等，它们的工作原理基本上与前述门电路类似，仅仅是逻辑运算的具体方式略有不同。
门电路广泛应用于数字电路中的逻辑运算、数据处理、信息传输等领域，是数字电路设计中必不可少的基本组件之一。
序在现代电子学和计算机科学中，逻辑门电路是至关重要的基础组成部分。
而逻辑门电路最基本的形式就是7种逻辑门，它们分别是与门、或门、非门、异或门、与非门、或非门以及同或门。
每种逻辑门都有其独特的逻辑符号和逻辑表达式，它们在数字电子电路中扮演着不可或缺的角色。
接下来，我们将深入探讨这7种逻辑门电路的逻辑符号和逻辑表达式，并从浅到深逐步分析它们的原理和应用。
一、与门与门是最简单的逻辑门之一，它的逻辑符号是一个“Λ”形状，而其逻辑表达式可以用“Y=A·B”来表示。
在与门电路中，只有当输入的布尔值均为1时，输出才会为1；否则输出为0。
这个逻辑表达式实际上就表明了与门的原理，即只有当所有输入为真时，输出才为真。
二、或门或门的逻辑符号是一个“V”形状，而其逻辑表达式可以用“Y=A+B”来表示。
与与门相反，或门只要有一个输入为1，输出就为1；只有当所有输入为0时，输出才为0。
可以看出，或门的逻辑表达式和与门的逻辑表达式是相对应的。
三、非门非门的逻辑符号是一个“￢”形状，而其逻辑表达式可以用“Y=￢A”来表示。
非门的原理是将输入的布尔值取反，即如果输入为1，则输出为0；如果输入为0，则输出为1。
四、异或门异或门的逻辑符号是一个带有一个加号的“⊕”形状，而其逻辑表达式可以用“Y=A⊕B”来表示。
异或门的原理是只有当输入不同时为1时，输出为1；否则输出为0。
异或门也常被用于比较两个输入是否相等的情况。
五、与非门与非门实际上是与门和非门的组合，其逻辑符号是一个与门后加上一个小圆点的符号，而其逻辑表达式可以用“Y=￢(A·B)”表示。
与非门的原理是先进行与运算，再对结果取反。
六、或非门或非门实际上是或门和非门的组合，其逻辑符号是一个或门后加上一个小圆点的符号，而其逻辑表达式可以用“Y=￢(A+B)”表示。
或非门的原理是先进行或运算，再对结果取反。
七、同或门同或门的逻辑符号是一个带有一个加号和一个横线的“⊙”形状，而其逻辑表达式可以用“Y=￢(A⊕B)”表示。
与非门组成的电路实验原理一、引言与非门（NAND gate）是数字逻辑电路中常用的基本门电路之一，由两个输入端和一个输出端组成。
与非门的输出与两个输入的逻辑关系成反，即当两个输入同时为1时，输出为0；否则，输出为1。
与非门常用于逻辑运算、存储器设计等领域。
本文将介绍以与非门组成的电路实验原理及其应用。
二、与非门的构成及功能与非门的构成比较简单，由两个晶体管组成。
其中，N型晶体管的漏极连接到P型晶体管的源极，而P型晶体管的漏极连接到N型晶体管的源极。
两个输入端分别连接到两个晶体管的栅极，输出端连接到两个晶体管的漏极。
当输入端同时为1时，两个晶体管都导通，输出端为0；否则，输出端为1。
三、与非门的实验原理为了更好地理解与非门的原理，我们可以通过实验来验证。
下面是以与非门为基础的电路实验原理。
1. 实验材料（1）与非门芯片；（2）面包板（用于搭建电路）；（3）导线；（4）LED灯（用于显示实验结果）；（5）电源。
2. 实验步骤（1）将与非门芯片插入面包板上，并连接电源。
（2）通过导线将与非门的输入端分别连接到逻辑电平发生器的输出端。
（3）通过导线将与非门的输出端连接到LED灯。
（4）在逻辑电平发生器上设置不同的输入电平（0或1），观察LED 灯的亮灭情况。
3. 实验结果根据与非门的逻辑关系，当输入端同时为1时，输出端为0；否则，输出端为1。
因此，在实验中，当逻辑电平发生器的输出为1时，LED灯会亮起；当输出为0时，LED灯会熄灭。
四、与非门的应用与非门作为基本的逻辑门电路，具有广泛的应用。
下面介绍几个常见的应用场景。
1. 逻辑运算与非门可以用来实现与门、或门、异或门等逻辑运算。
通过将多个与非门组合连接，可以实现复杂的逻辑运算，如加法器、比较器等。
2. 存储器设计与非门可以作为存储器中的基本单元，用于存储和读取数据。
通过控制输入端的电平，可以实现数据的写入和读取操作。
3. 时序电路与非门可以用于时序电路的设计，如触发器、计数器等。
数字电路基础：与门电路
从小巧的手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块片或绝缘片上。
每种集成都有它独特的作用。
有一种用得最多的集成电路叫门电路。
常用的门电路有与门、非门、与非门。
什么是与门电路
“门”顾名思义起开关作用。
任何“门”的开放都是有条件的。
例如.一名同学去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“坚固”这两个条件同时具备的书包才开放。
门电路是起开关作用的集成电路。
因为开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。
与门
我们先学习与门，在这之前请大家先看图1，懂得什么是高电位，什么是低电位。
图2甲是我们试验用的与用的与门，它有两个输入端A、B和一个输出端。
图15-17乙是它连人电路中的情形，发光是用来显示输出端的电位凹凸：输出端是高电位，二极管发光;输出端是低电位，二极管不发光。
试验
照图3甲、乙、丙、丁的挨次做试验。
图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。
每次试验按照二极管是否发光，判定输出端电位的凹凸。
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考点21 与”门、“或”门和“非”门“与"门、“或”门和“非”门(选修3—1第二章：恒定电流的第十节简单的逻辑电路)★★★○○1、与门: 它有两个输入端分别为A和B，有一个输出端Z，它的电路符号如图．输入A 与输入B均是高电压,输出Z才是高电压的逻辑电路叫做与门．如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才发生,这种关系叫做“与”逻辑关系。
下表是反映与门的输入与输出之间的逻辑关系的真值表．输入输出A B Z0000101001112、或门：它有两个输入端分别为A和B，有一个输出端Z，它的电路符号如图．输入A 与输入B任何一个或者两个都为高电压时，输出Z才是高电压的逻辑电路叫做或门．如果几个条件中，只要有一个条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫做“或”逻辑关系。
下表是反映与门的输入与输出之间的逻辑关系的真值表．错误!输入输出A B Z0000111011113、非门：非门只有一个输入端A,有一个输出端Z，它的电路符号如图所示，当输入端为高电压时，输出端为低电压，当全入端为低电压时，输出端为高电压的逻辑电路叫做非门。
输出状态与输入状态相反的逻辑关系，叫做“非”逻辑关系。
下表是非门的真值表．错误!输入输出A Z01101、数字电路的基本单元是逻辑电路,逻辑电路中最基本的电路叫做“门”电路，任何复杂的逻辑电路都由门电路组合而成，最基本的门电路是与门、或门和非门．“门"可看作是一种开关，当条件满足时,允许信号通过；如果条件不满足，则不允许信号通过．2、门电路也可以组合，一种组合是“与非门"电路，即它是由“与”门电路与“非”门电路组合而成的电路;另一种组合是“或非门”电路，即是由“或"门电路和“非”门电路组合而成的的电路，它们也都在名自的领域里起着重要的作用.例:在集成电路中,经常用若干基本门电路组成复合门电路．图为两个基本门电路组合的逻辑电路，根据真值表，对虚线框内门电路类型及真值表内x 的值的判断正确的是( )A 。
什么是与门电路从小巧的电子手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成集成电路的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上。
每种集成电路都有它独特的作用。
有一种用得最多的集成电路叫门电路。
常用的门电路有与门、非门、与非门。
什么是门电路“门”顾名思义起开关作用。
任何“门”的开放都是有条件的。
例如．一名学生去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“结实”这两个条件同时具备的书包才开放。
门电路是起开关作用的集成电路。
由于开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。
与门我们先学习与门，在这之前请大家先看图15-16，懂得什么是高电位，什么是低电位。
图15-17甲是我们实验用的与用的与门，它有两个输入端Ａ、Ｂ和一个输出端。
图15-17乙是它连人电路中的情形，发光二极管是用来显示输出端的电位高低：输出端是高电位，二极管发光；输出端是低电位，二极管不发光。
实验照图15-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验。
图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。
每次实验根据二极管是否发光，判定输出端电位的高低。
输入端着时，它的电位是高电位，照图15-18戊那样，让两输人端都空着，则输出瑞的电位是高电位，二极管发光。
可见，与门只在输入端A与输入端Ｂ都是高电位时，输出端才是高电位；输入端Ａ、Ｂ只要有一个是低电位，或者两个都是低电位时，输出端也是低电位。
输人端空着时，输出端是高电位。
与门的应用图15-19是应用与门的基本电路，只有两个输入端Ａ、Ｂ同低电位间的开关同时断开，Ａ与Ｂ才同时是高电位，输出端也因而是高电位，用电器开始工作。
实验照图15-20连接电路。
图中输入端与低电位间连接的是常闭按钮开关，按压时断开，不压时接通。
观察电动机在什么情况下转动。
如果图15-20的两个常闭按钮开关分别装在汽车的前后门，图中的电动机是启动汽车内燃机的电动机，当车间关紧时常闭按钮开关才能被压开，那么这个电路可以保证只有两个车门都关紧时汽车才能开动。
与非门,与非门是什么意思DTL与非门电路:常将二极管与门和或门与三极管非门组合起来组成与非门和或非门电路，以消除在串接时产生的电平偏离，并提高带负载能力。
图2.1.5所示就是由三输入端的二极管与门和三极管非门组合而成的与非门电路。
其中，作了两处必要的修正：（1）一将电阻Rb换成两个二极管D4、D5，作用是提高输入低电平的抗干扰能力，即当输入低电平有波动时，保证三极管可靠截止，以输出高电平。
（2）二是增加了R1，目的是当三极管从饱和向截止转换时，给基区存储电荷提供一个泻放回路。
该电路的逻辑关系为：（1）当三输入端都接高电平时（即VA=VB=VC=5V），二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通。
可以验证，此时三极管饱和，VL=VCES≈，即输出低电平。
（2）在三输入端中只要有一个为低电平时，则阴极接低电平的二极管导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。
可见该电路满足与非逻辑关系，即：把一个电路中的所有元件，包括二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一片半导体芯片上，封装在一个管壳内，就是集成电路。
图2.1.5就是早期的简单集成与非门电路，称为二极管—三极管逻辑门电路，简称DTL电路。
TTL逻辑门电路:DTL电路虽然结构简单，但因工作速度低而很少应用。
由此改进而成的TTL电路，问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山。
TTL与非门的基本结构及工作原理1．TTL与非门的基本结构我们以DTL与非门电路为基础，根据提高电路功能的需要，从以下几个方面加以改进，从而引出TTL与非门的电路结构。
首先考虑输入级，DTL是用二极管与门做输入级，速度较低。
仔细分析我们发现电路中的Dl、D2、D3、D4的P区是相连的。
我们可用集成工艺将它们做成—个多发射极三极管。
这样它既是四个PN结，不改变原来的逻辑关系，又具有三极管的特性。
一旦满足了放大的外部条件，它就具有放大作用，为迅速消散T2饱和时的超量存储电荷提供足够大的反向基极电流，从而大大提高了关闭速度。
详细情况后面再讲。
第二，为提高输出管的开通速度，可将二极管D5改换成三极管T2，逻辑关系不变。
同时在电路的开通过程中利用T2的放大作用，为输出管T3提供较大的基极电流，加速了输出管的导通。
另外T2和电阻RC2、RE2组成的放大器有两个反相的输出端VC2和VE2，以产生两个互补的信号去驱动T3、T4组成的推拉式输出级。
第三，再分析输出级。
输出级应有较强的负载能力，为此将三极管的集电极负载电阻RC换成由三极管T4、二极管D和RC4组成的有源负载。
由于T3和T4受两个互补信号Ve2和Vc2的驱动，所以在稳态时，它们总是一个导通，另一个截止。
这种结构，称为推拉式输出级。
2．TTL与非门的逻辑关系因为该电路的输出高低电平分别为和，所以在下面的分析中假设输入高低电平也分别为和。
（1）输入全为高电平时。
T2 、T3导通，VB1=×3=（V），从而使T1的发射结因反偏而截止。
此时T1的发射结反偏，而集电结正偏，称为倒置放大工作状态。
由于T3饱和导通，输出电压为：VO=VCES3≈这时VE2=VB3=，而VCE2=，故有VC2=VE2+ VCE2=1V。
1V的电压作用于T4的基极，使T4和二极管D都截止。
可见实现了与非门的逻辑功能之一：输入全为高电平时，输出为低电平。
（2）输入有低电平时。
该发射结导通，T1的基极电位被钳位到VB1=1V。
T2、T3都截止。
由于T2截止，流过RC2的电流仅为T4的基极电流，这个电流较小，在RC2上产生的压降也较小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D导通，则有：VO≈VCC-VBE4-VD=（V）可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面：输入有低电平时，输出为高电平。
综合上述两种情况，该电路满足与非的逻辑功能，是一个与非门。
TTL与非门的开关速度:1．TTL与非门提高工作速度的原理（1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。
设电路原来输出低电平，当电路的某一输入端突然由高电平变为低电平，T1的一个发射结导通，VB1变为1V。
由于T2、T3原来是饱和的，基区中的超量存贮电荷还来不及消散，VB2仍维持。
在这个瞬间，T1为发射结正偏，集电结反偏，工作于放大状态，其基极电流iB1=（VCC-VB1）/Rb1图2.2.5 多发射极三极管消散T2存储电荷的过程集电极电流iC1=β1iB1。
这个iC1正好是T2的反向基极电流iB2，可将T2的存贮电荷迅速地拉走，促使T2管迅速截止。
T2管迅速截止又使T4管迅速导通，而使T3管的集电极电流加大，使T3的超量存贮电荷从集电极消散而达到截止。
（2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。
2．TTL与非门传输延迟时间tpd当与非门输入一个脉冲波形时，其输出波形有一定的延迟，如图所示。
定义了以下两个延迟时间：导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。
截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。
与非门的传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值。
即一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。
TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力1．电压传输特性曲线与非门的电压传输特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线，即V=f（Vi），它反映了电路的静态特性。
（1）AB段（截止区）。
（2）BC段（线性区）。
（3）CD段（过渡区）。
（4）DE段（饱和区)。
2．几个重要参数从TTL与非门的电压传输特性曲线上，我们可以定义几个重要的电路指标。
（1）输出高电平电压VOH——VOH的理论值为，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=，即大于的输出电压就可称为输出高电压VOH。
（2）输出低电平电压VOL——VOL的理论值为，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=，即小于的输出电压就可称为输出低电压VOL。
由上述规定可以看出，TTL门电路的输出高低电压都不是一个值，而是一个范围。
（3）关门电平电压VOFF——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。
显然只要Vi＜VOff，Vo 就是高电压，所以VOFF就是输入低电压的最大值，在产品手册中常称为输入低电平电压，用VIL（max）表示。
从电压传输特性曲线上看VIL（max）（VOFF）≈，产品规定VIL（max）=。
（4）开门电平电压VON——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。
显然只要Vi＞VON，Vo就是低电压，所以VON就是输入高电压的最小值，在产品手册中常称为输入高电平电压，用VIH（min）表示。
从电压传输特性曲线上看VIH（min）（VON）略大于，产品规定VIH（min）=2V。
（5）阈值电压Vth——决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。
从电压传输特性曲线上看，Vth的值界于VOFF与VON之间，而VOFF与VON的实际值又差别不大，所以，近似为Vth≈V OFF≈VON。
Vth是一个很重要的参数，在近似分析和估算时，常把它作为决定与非门工作状态的关键值，即Vi＜Vth，与非门开门，输出低电平；Vi＞Vth，与非门关门，输出高电平。
Vth又常被形象化地称为门槛电压。
Vth的值为～1.４V。
3．抗干扰能力TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。
同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为噪声容限。
在图2.2.11中若前一个门G1输出为低电压，则后一个门G2输入也为低电压。
如果由于某种干扰，使G2的输入低电压高于了输出低电压的最大值VOL（max），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不大于VOF F，G2的输出电压仍大于VOH（min），即逻辑关系仍是正确的。
因此在输入低电压时，把关门电压VOFF 与VOL（max）之差称为低电平噪声容限，用VNL来表示，即低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝若前一个门G1输出为高电压，则后一个门G2输入也为高电压。
如果由于某种干扰，使G2的输入低电压低于了输出高电压的最小值VOH（min），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不小于VON，G2的输出电压仍小于VOL（max），逻辑关系仍是正确的。
因此在输入高电压时，把VOH（min）与开门电压VON与之差称为高电平噪声容限，用VNH来表示，即高电平噪声容限 VNH＝VOH（min）-VON＝噪声容限表示门电路的抗干扰能力。
