晶体管构成的逻辑门

三极管有两种,一种是PNP型。用E到B的电流控制E到C的电流,E的电压是最高的。另一种是NPN型,用B到E的电流控制C到E电流,C的电压是最高的。

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我们来看一个PNP型三极管的例子,本例的目的,是用三极管控制灯泡的亮灭。

我们先搭建一个包含三极管灯泡及电源的回路,这个时候可以看到回路是不通的。现在我们开始添加其他电路,一个电阻、一个电源加一个开关。我们闭合控制电路的开关,灯泡那个回路通了,灯泡就亮了,这就是三极管作为开关的应用。

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如果我们把开关替换为一个麦克风,麦克风本质上也是一个开关,不过它感知的是声音。然后把灯泡替换为一个喇叭,这就形成一个基本的放大电路。麦克风的声音会控制喇叭的通断,并且麦克风的声音会放大到喇叭里。

左侧的这部分电路,称为控制电路。如果我们拿一个方盒子把它盖起来,那么灯泡回路的通断,其实就取决于控制电路的通断。我们把高电压用1表示,低电压或者没电压用0表示。那么控制电路输出1,三极管输出1,灯泡回路就通,灯泡就亮起。反之控制电路输出0,三极管输出0,灯泡回路就断,灯泡就熄灭。输出跟输入是相同的,这种被称为同相器,多用于放大电路

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如果我们把之前灯泡串联的两个手动开关,替换为两个PNP型三极管,同样会形成一个新的串联电路。只闭合右边的开关,灯泡是不亮的;同时闭合两个开关,灯泡就会亮起。这两个串联的三极管,称为与门。只有当两个控制的腿输入都为1时,灯泡的回路才会导通,也就是输出才为1。与门真值表,与我们学过的逻辑“与”是一样的。

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同样的把之前灯泡并联的两个手动开关,替换为两个PNP型三极管,也会形成一个新的并联电路。这时候闭合任意一个开关,灯泡都会亮;两个开关都闭合,灯泡当然也是亮的;只有两个开关都断开时,灯泡才会熄灭。任意一个控制的腿输入为1,灯泡的回路就会导通,也就是输出才为1。这两个并联的三极管,称为或门,或门真值表,与我们学过的逻辑“或”是一样的。

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下面我们来用一个NPN型三极管,右边的5V电压作为输入,接到三极管最上面的腿,同时拐个弯引出一条线作为输出。三极管中间的腿是控制,接一个带开关的5V电压,最下面一条腿接地。

当控制的开关闭合,三极管导通,作为输入的5V会直接流向大地,而不会从输出那条线出来;当控制的开关断开,三极管断开,作为输入的5V会直接流向输出,这就形成了一个非门电路。输入和输出刚好是反的,非门的真值表同样很简洁。

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以上就是布尔运算中与或非的实际电路实现,与或非门是最基本的门电路,我们可以用它们搭建组合其他的电路。比如我们可以把与门与一个非门串联,就会形成一个与非门。它的符号就是与门符号加了一个小圆圈,而真值表则刚好跟与门相反。

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那如果把一个或门和一个非门串联,会形成什么呢?啊哈,一个或非门就完成了!是不是很简单?或非门的符号就是或门加一个小圆圈,真值表也跟或门刚好相反。

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接下来是今天最复杂的电路,我们要实现布尔运算的“异或”,也就是要造一个异或门。我们先来画好两个输入一个输出,然后放一个与门,紧接着一个非门,再放一个或门,把非门的输出和或门的输出作为最后一个与门的输入,一个异或门就造好了。