如何使用晶體管設(shè)計或門

正如我們許多人所知，集成電路或 IC 是在一個小封裝中的許多小電路的組合，它們一起執(zhí)行一項任務(wù)。就像運(yùn)算放大器或 555 定時器 IC 是由許多晶體管、觸發(fā)器、邏輯門和其他組合數(shù)字電路組合而成的。類似地，觸發(fā)器可以通過使用邏輯門的組合來構(gòu)建，而邏輯門本身可以通過使用幾個晶體管來構(gòu)建。

邏輯門是許多數(shù)字電子電路的基礎(chǔ)。從基本的觸發(fā)器到微控制器，邏輯門構(gòu)成了比特如何存儲和處理的基本原理。他們使用算術(shù)邏輯陳述系統(tǒng)的每個輸入和輸出之間的關(guān)系。有許多不同類型的邏輯門，它們中的每一個都有用于不同目的的不同邏輯。但本文的重點(diǎn)將放在OR Gate上，因為稍后我們將使用 BJT 晶體管電路構(gòu)建 OR Gate，類似于我們之前構(gòu)建的AND Gate 晶體管電路。

或邏輯門

或門實現(xiàn)布爾“析取”，即它有助于找到給定二進(jìn)制輸入的最大值。

OR門的電路符號如圖1所示，彎曲端是輸入端，尖端是輸出端。他們遵循的邏輯很簡單，如果任何一個輸入為真或輸入 A或輸入 B 為真，則輸出為真?；蜷T真值表如下所示。

該原理可以擴(kuò)展到所需的任意數(shù)量的輸入，如果任何一個（或至少一個）輸入為真，則輸出為真。在本文中，我們將使用晶體管構(gòu)建 OR 邏輯門，如果您想了解更多關(guān)于 OR 門以及它們?nèi)绾喂ぷ鞯?a target="_blank">信息，您可以查看OR 門文章的基礎(chǔ)知識。

所需零件

NPN小信號晶體管（2N2222、BC547等）

1K電阻

10K 電阻

使用晶體管的或門 - 電路圖

OR門的第一個版本是最簡單的——它由兩個并聯(lián)的發(fā)射極跟隨器共享一個公共發(fā)射極電阻器組成。

上面的電路圖顯示了使用 NPN 晶體管構(gòu)建或門的最簡單方法。當(dāng)輸入 A 保持高電平時，小電流通過晶體管 Q22 的基極。這會打開 Q22，并且（相對）大電流從集電極流向發(fā)射極。電流在發(fā)射極電阻上下降。發(fā)射極電阻兩端的電壓為 V CC – 0.7V，因此輸出“跟隨”輸入，增益略小于單位。當(dāng)輸入B 保持高電平時也會發(fā)生同樣的事情。 當(dāng)兩個輸入都保持高電平時，兩個晶體管都處于活動狀態(tài)，但發(fā)射極電阻上的電壓降相同，輸出仍然是高電平。該電路顯示出完美的 OR 行為。將開關(guān)和 LED 連接到輸入可以更好地顯示電路的行為，如下圖所示。

情況1：當(dāng)兩個輸入都為低時，輸出為低

情況2：當(dāng)一個輸入為低，另一個為高時，輸出為高

情況3：反之亦然，當(dāng)其他輸入為低時，輸出為高

案例4：最后當(dāng)兩個輸入都為高時，輸出為高

如您所見，電路正在工作并遵循我們之前討論的真值表。如果您對這條粗略的電路感到滿意，您可以在這里停下來，但如果您想對電路進(jìn)行一些改進(jìn)，請繼續(xù)閱讀。

使用晶體管的或門 - 改進(jìn)版

上面顯示的電路是 OR 門的一個非常簡單的實現(xiàn)，但由于一些原因，該電路很少用于 IC 制造。如果我們將一個輸入連接到 V CC，將一個開關(guān)連接到另一個輸入并探測輸入和開關(guān)并在開關(guān)的上升沿觸發(fā)，我們會注意到一個小問題。

輸出僅在一段時間后才變?yōu)楦唠娖剑床粫⒓错憫?yīng)輸入。在輸出端看到輸入所花費(fèi)的時間稱為傳播延遲。刪除輸入時也會發(fā)生同樣的事情。輸出需要一些時間才能回到地面。

這是因為晶體管的基極電容。一種解決方案是降低所有電阻器的值，以便更多電流流動并且電容快速充電。但這會導(dǎo)致過多的功耗。為了避免這種情況，我們在基極電阻上添加了兩個小的（《10nF）“加速”電容器，以減少“存儲”時間。

另一個問題是這個電路不能像它提供的那樣吸收盡可能多的電流。采購不是問題，因為至少有一個晶體管打開（當(dāng)至少一個輸入為高電平時）直接連接到輸出，因此輸出可以提供相當(dāng)大的電流。

然而，當(dāng)晶體管關(guān)閉時，只有 1K 電阻將輸出拉低，并且吸收電流受到限制。為了使驅(qū)動對稱，增加了一個輸出推挽級。這兩種修改都大大減少了上升和下降傳播延遲。

或門的應(yīng)用

與與門一起，或門構(gòu)成了所有邏輯電路的一個組成部分。例如，如果微控制器需要監(jiān)控十個輸入，則一個 10 輸入或門將告訴控制器是否有任何一個輸入為高電平，而無需十個輸入引腳。

邏輯或的另一個有趣應(yīng)用是在您的汽車中。僅當(dāng)所有車門都關(guān)閉時，安全帶警告燈才會關(guān)閉，換句話說，如果任何一扇（或至少一扇）車門打開，警報就會亮起。