实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路称为门电路,常用门电路有非门、与非门、或非门、异或门、与或非门等
1.2 正负逻辑系统 在二值逻辑中,如果用高电平表示逻辑“1” ,低电平表示逻辑“0” ,在这种规定下的逻辑关系称为正逻辑;如果用高电平表示逻辑“0” ,低电平表示逻辑“1” ,在这种规定下的逻辑关系称为负逻辑。如图所示例子:正逻辑对应的是或门时,负逻辑对应的是与门
正负逻辑 | A的电平 | B的电平 | 输出电平 |
---|---|---|---|
高 | 高 | 高 | |
正逻辑 | 1 | 1 | 1 |
负逻辑 | 0 | 0 | 0 |
低 | 高 | 高 | |
正逻辑 | 0 | 1 | 1 |
负逻辑 | 1 | 0 | 0 |
高 | 低 | 高 | |
正逻辑 | 1 | 0 | 1 |
负逻辑 | 0 | 1 | 0 |
低 | 低 | 低 | |
正逻辑 | 0 | 0 | 0 |
负逻辑 | 1 | 1 | 1 |
在数字电路中,输入输出都是二值逻辑,其高低电平用“0”和“1”表示。其高低电平的获得是通过开关电路来实现,如二极管或三极管电路组成。如图所示
原理:当开关S断开时,输出电压vo=Vccv _{o}=V ccvo=Vcc ,为高电平“1”;当开关闭合时,输出电压vo=0v_{o} =0vo=0,为低电平“0”;若开关由三极管构成,则控制三级管工作在截止和饱和状态,就相当开关S的断开和闭合
单开关电路,在导通的时候,因为会有电流通过,所以功耗较大,所以采用下图的互补开关电路,用另外一个管子(开关)代替电阻,节省功耗
原理: 开关S1S_{1}S1和S2S_{2}S2 受同一输入信号v I 的控制,而且导通和断开的状态相反。当S1S_{1}S1闭合时,S2S_{2}S2断开,输出为高电平“1”;相反当S1S_{1}S1 断开时,S2S_{2}S2闭合,输出为高电平“0”。
优点:互补开关电路由于两个开关总有一个是断开的,流过的电流为零,故电路的功耗非常低,因此在数字电路中得到广泛的应用
1.4 数字电路概述 优点:在数字电路中由于采用高低电平,并且高低电平都有一个允许的范围,故对元器件的精度和电源的稳定性的要求都比模拟电路要低,抗干扰能力也强 分类:可分为分立元件逻辑门电路和集成逻辑门电路将开关换成二极管,得到以下电路:
对于图所示二极管开关电路,由于二极管具有单向导电性,故它可相当受外加电压vIv_{I}vI控制的开关
• 将电路处于相对稳定状态(没有剧烈变化)下,晶体二极管所呈现的开关特性称为稳态开关特性
设viv_{i}vi的高电平为VIH=VCCV_{IH} =V_{CC}VIH=VCC , viv_{i}vi的低电平为VIL=0V_{IL} =0VIL=0,且D为理想元件,即正向导通电阻为0,反向电阻无穷大,稳态时:
• 当vI=VIH=VCCv_{I}=V_{IH} =V_{CC}vI=VIH=VCC时,D截止,输出电压vo=VOH=VCCv_{o} =V _{OH} = V_{CC}vo=VOH=VCC
• 当v=VIL=0v_{} =V_{IL} =0v=VIL=0时,D导通,输出电压vo=VOL=0v_o = V_{OL} =0vo=VOL=0;
即可以用输入电压v i 的高低电平控制二极管的开关状态,并在输出端得到相应的高低电平
2.1.2 动态特性 图解当电路处于动态状态,即二极管两端电压突然反向时,半导体二极管所呈现的开关特性称为动态开关特性(简称动态特性),二极管的动态特性如图所示
• 由于在输入电压转换状态的瞬间,二极管由反向截止到正向导通时,内电场的建立需要一定的时间,所以二极管电流的上升是缓慢的
• 当二极管由正向导通到反向截止时,二极管的电流迅速衰减并趋向饱和电流也需要一定的时间.
因为时间很短,在示波器一般无法看到。在输入信号的频率较低时,导通和截止的转换时间可以认为是瞬间完成,但是频率太高时,就不能忽略( 因为我的电流还没变化完成,你电压又有变化)
开关时间将二极管由截止转向导通所需的时间称为 正向恢复时间(开通时间) tont_{on}ton ;
二极管由导通转向截止所需的时间称为 反向恢复时间(关断时间) tret_{re}tre,
两者统称为二极管的开关时间,一般tont_{on}ton << tret_{re}tre (覆水难收)
电路与工作原理——并联充当电源
A,B两个二极管,只要有一个是高电平(3V),那么电路就会导通,Y输出高电平(2.3V);只有两个二极管同时为低电平0V,电路截止,Y输出低电平0V
输入输出真值表
• 电平有偏移:输出的高低电平数值与输入的高低电平数值相差一个二极管的压降,后级的二极管门电路电平偏移,甚至使得高电平下降到门限值以下
• 带负载能力差:由于这种二极管门电路的输出电阻比较低,故带负载能力差,输出电平会随负载的变化而变化