数字电路中的三极管:逻辑门和触发器的奥秘
发布时间: 2024-07-20 19:13:56 阅读量: 158 订阅数: 53
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# 1. 三极管基础
三极管是一种具有三个电极(发射极、基极和集电极)的半导体器件。它可以放大信号,并作为开关使用。三极管的基本工作原理是:当基极施加正向电压时,发射极和集电极之间导通,电流从发射极流向集电极。当基极施加反向电压时,发射极和集电极之间截止,电流无法流过。
三极管的特性可以用电流-电压(I-V)曲线来表示。I-V曲线描述了三极管在不同基极电压下的电流变化情况。在正向基极电压下,三极管处于导通状态,集电极电流随基极电流线性增加。在反向基极电压下,三极管处于截止状态,集电极电流很小。
# 2. 三极管逻辑门
三极管逻辑门是利用三极管作为基本元件构成的逻辑电路,它可以实现基本的逻辑运算,如与、或、非等。
### 2.1 基本逻辑门
#### 2.1.1 与门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN1 --- IN2
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
当两个输入端 IN1 和 IN2 都为高电平时,Q1 和 Q2 导通,输出端 Q 为低电平。当任一输入端为低电平时,Q1 或 Q2 截止,输出端 Q 为高电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = IN1 AND IN2
```
**真值表:**
| IN1 | IN2 | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
#### 2.1.2 或门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN1 --- IN2
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
当两个输入端 IN1 和 IN2 中任一输入端为高电平时,Q1 或 Q2 导通,输出端 Q 为高电平。当两个输入端都为低电平时,Q1 和 Q2 截止,输出端 Q 为低电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = IN1 OR IN2
```
**真值表:**
| IN1 | IN2 | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
#### 2.1.3 非门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN --- R
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
当输入端 IN 为低电平时,Q1 导通,Q2 截止,输出端 Q 为高电平。当输入端 IN 为高电平时,Q1 截止,Q2 导通,输出端 Q 为低电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = NOT IN
```
**真值表:**
| IN | Q |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
### 2.2 复合逻辑门
复合逻辑门是利用基本逻辑门组合而成的逻辑电路,它可以实现更复杂的逻辑运算。
#### 2.2.1 与非门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN --- R
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
与非门实际上是一个非门和一个与门的组合。当输入端 IN 为低电平时,Q1 导通,Q2 截止,输出端 Q 为高电平。当输入端 IN 为高电平时,Q1 截止,Q2 导通,输出端 Q 为低电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = NOT (IN)
```
**真值表:**
| IN | Q |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
#### 2.2.2 或非门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN1 --- IN2
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
或非门实际上是一个或门和一个非门的组合。当两个输入端 IN1 和 IN2 中任一输入端为高电平时,Q1 或 Q2 导通,输出端 Q 为低电平。当两个输入端都为低电平时,Q1 和 Q2 截止,输出端 Q 为高电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = NOT (IN1 OR IN2)
```
**真值表:**
| IN1 | IN2 | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
#### 2.2.3 异或门
**电路图:**
```
Q1
/ \
/ \
IN1 --- IN2
\ /
\ /
Q2
```
**工作原理:**
异或门实际上是两个或非门的组合。当两个输入端 IN1 和 IN2 相同时,Q1 和 Q2 导通,输出端 Q 为低电平。当两个输入端不同时,Q1 或 Q2 截止,输出端 Q 为高电平。
**逻辑表达式:**
```
Q = (IN1 OR IN2) AND (NOT (IN1 AND IN2))
```
**真值表:**
| IN1 | IN2 | Q |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
# 3. 三极管触发器
触发器是一种具有两个稳定状态的数字逻辑电路,它可以存储一个二进制位的信息。三极管触发器是使用三极管构建的触发器类型,它具有简单的结构和可靠的性能。
### 3.1 RS触发器
#### 3.1.1 RS触发器的结构和工作原理
RS触发器是最简单的触发器类型,它由两个交叉耦合的三极管组成。其结构如图3.1所示:
```mermaid
graph LR
subgraph RS触发器
A[三极管A] --> B[三极管B]
B --> A
R[电阻R] --> A
S[电阻S] --> B
A --> LED[LED]
B --> LED
end
```
当输入R为高电平时,三极
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