使用电路构建逻辑运算器

二极管是一种单向导通的电路,其导电特征如图1-7所示,图1-7(a)和(b)分别表达对二极管的正向和反向导电的特征测试。图1-7(c)的B 和B′曲线是半导体硅和锗的导电特征。正向通电时,基本呈现正常的电阻特征,而反向通电时,无论电压如何增加,能通过的电流都很小。

图1-7 半导体材料的导电特征

电子工程师们对上述电路和半导体材料做进一步改造,获得的二极管电路特征,反向接近不导通,正向接近全部导通。反向接近不导通表明仍有泄露的电流,这个电流越小,表明该器件做得越好。

据此,可以用二极管构造出逻辑运算单元。图1-8左侧是一个“与”门电路。分别给A 和B 输入0 V 或5 V 的电压,将输出端L 的电压输出情况换算成逻辑真值表,0 V 电压代表假(0),5 V 电压代表真(1),得到右边相应的真值表。

图1-8 逻辑“与”运算的电路

同理,可以构造出“或”运算的电路,如图1-9所示。

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图1-9 逻辑“或”运算的电路

“非”门的构造要复杂一些,需要用开关型的三极管(另一种三极管主要用于信号放大)构造,如图1-10所示。

输入电压VA控制三极管开关的开启(open)与闭合(closed)动作,当三极管呈开启状态时,负载电流被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流可以流通。

当VA为低电压时,由于没有给三极管控制电压,三极管不导通,VF为高电压(+5 V)。

同理,当VA为高电压时,与地之间的电流迫使三极管导通,VF也成为低电压(接近于地的电压)。从而得到图1-10的“非”运算电路。

图1-10 逻辑“非”运算的电路