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电子学
电容和电感电路 - 滤波器和信号调谐 - 有源电路元件 - 逻辑门 - 计数电路

电子逻辑门

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最简单的电子逻辑形式是二极管逻辑 (DL)。这允许构建与门和或门,但不能构建非门,因此是一种不完整的逻辑形式。为了构建完整的逻辑系统,可以使用真空管或晶体管。使用双极型晶体管的最简单逻辑门系列被称为电阻 - 晶体管逻辑,或 RTL。与二极管逻辑门不同,RTL 门可以无限级联以产生更复杂的逻辑功能。这些门被用于早期的集成电路。为了获得更高的速度,RTL 中使用的电阻被二极管取代,从而产生了二极管 - 晶体管逻辑,或 DTL。后来发现,一个晶体管可以在一个二极管的空间内完成两个二极管的工作,因此产生了晶体管 - 晶体管逻辑,或 TTL。在某些类型的芯片中,为了进一步减小尺寸和功耗,双极型晶体管被互补场效应晶体管 (MOSFET) 取代,从而产生了互补金属氧化物半导体 (CMOS) 逻辑。

对于小型逻辑,设计人员现在使用来自器件系列(例如德州仪器发明的 TTL 7400 系列和 RCA 发明的 CMOS 4000 系列以及它们更新的后代)的预制逻辑门。这些器件通常包含具有多个发射极的晶体管,用于实现与功能,这些功能不作为单独的组件提供。越来越多的,这些固定功能逻辑门被可编程逻辑器件取代,这些器件允许设计人员将大量混合逻辑门封装到单个集成电路中。

电子逻辑门与其继电器和开关等效物有很大不同。它们的速度快得多,功耗低得多,尺寸也小得多(在大多数情况下,所有这些因素都提高了百万倍以上)。此外,还存在根本的结构差异。开关电路为电流在输入和输出之间流动(双向)创建一条连续的金属路径。另一方面,半导体逻辑门充当高增益电压放大器,它在输入端吸收微小的电流,并在输出端产生低阻抗电压。电流不可能在半导体逻辑门的输出和输入之间流动。

标准半导体逻辑门(例如 7400 和 4000 系列)的另一个重要优势是它们可级联。这意味着一个门的输出可以连接到一个或多个其他门的输入,依此类推,无限级联,从而能够构建任意复杂度的电路,而无需设计人员理解门的内部工作原理。

实际上,一个门的输出只能驱动有限数量的其他门的输入,这个数字被称为“扇出限制”,但与 TTL 电路相比,这个限制在较新的 CMOS 逻辑电路中很少达到。此外,从门的输入变化到其输出的相应变化总是存在一个延迟,称为“传播延迟”。当门级联时,总传播延迟大约等于各个延迟的总和,这种效应在高速电路中会成为问题。

与门在美国的符号是:与门符号,IEC 符号是:与门符号。

或门在美国的电路符号是:或门符号,IEC 符号是:或门符号。

非门在美国的电路符号是:非门符号,IEC 符号是:非门符号。

在电子学中,非门通常被称为反相器。符号上的圆圈被称为气泡,通常用于电路图中表示反转的输入或输出。

与非门在美国的电路符号是:与非门符号,IEC 符号是:与非门符号。

或非门在美国的电路符号是:或非门符号,IEC 符号是:或非门符号。

实际上,最便宜的制造门通常是与非门。此外,查尔斯·皮尔斯证明,仅使用与非门(以及仅使用或非门)就可以复制所有其他逻辑门。

另外两个门是异或功能或 XOR 功能及其反函数,异或或 XNOR。当且仅当其输入中只有一个为真时,异或才为真。实际上,这些门是由更简单的逻辑门的组合构建的。

异或门在美国的电路符号是:异或门符号,IEC 符号是:异或门符号

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