使用BJT晶體管電路構(gòu)建與門的教程

正如我們?cè)S多人所知，集成電路或 IC 是在一個(gè)小封裝中的許多小電路的組合，它們一起執(zhí)行一項(xiàng)共同任務(wù)。就像運(yùn)算放大器或555 定時(shí)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(gè)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(chǔ)和處理的基本原理。它們使用算術(shù)邏輯陳述系統(tǒng)的每個(gè)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(gè)都有用于不同目的的不同邏輯。但本文的重點(diǎn)將放在與門，因?yàn)樯院笪覀儗⑹褂?BJT 晶體管電路構(gòu)建與門。令人興奮對(duì)吧？讓我們開始吧。

與邏輯門

AND 邏輯門是一個(gè)具有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出的 D 形邏輯門，其中輸入和輸出之間的 D 形是邏輯電路。輸入值和輸出值之間的關(guān)系可以使用如下所示的與門真值表來解釋。

使用AND Gate Boolean Equation可以很容易地解釋方程輸出，即Q = A x B或Q = AB。因此，對(duì)于 AND Gate，只有當(dāng)兩個(gè)輸入都為HIGH時(shí)，輸出才為HIGH。

晶體管

晶體管是具有三個(gè)端子的半導(dǎo)體器件，可以連接到外部電路。該設(shè)備可以用作開關(guān)，也可以用作放大器來改變數(shù)值或控制電信號(hào)的通過。

為了使用晶體管構(gòu)建與邏輯門，我們將使用 BJT 晶體管，它可以進(jìn)一步分為兩種類型：PNP和NPN——雙極結(jié)型晶體管。它們中的每一個(gè)的電路符號(hào)如下所示。

本文將向您解釋如何使用晶體管構(gòu)建與門電路。與門的邏輯已經(jīng)在上面解釋過，要使用晶體管構(gòu)建與門，我們將遵循上面顯示的相同真值表。

所需的電路圖和組件

使用 NPN 晶體管構(gòu)建與門所需的組件列表如下：

兩個(gè) NPN 晶體管。（如果可用，您也可以使用 PNP 晶體管）

兩個(gè) 10KΩ 電阻和一個(gè) 4-5KΩ 電阻。

一個(gè) LED（發(fā)光二極管）用于檢查輸出。

面包板。

+5V 電源。

兩個(gè)PUSH 按鈕。

連接電線。

該電路代表與門和輸出的輸入 A 和 B，Q 還為第一個(gè)晶體管的集電極提供 +5V 電源，第一個(gè)晶體管與第二個(gè)晶體管串聯(lián)，一個(gè) LED 連接到發(fā)射極端子第二個(gè)晶體管。輸入 A 和 B 分別連接到晶體管 1 和晶體管 2 的基極端子，輸出 Q 連接到正極端子 LED。下圖表示上述使用 NPN 晶體管構(gòu)建與門的電路。

本教程中使用的晶體管是BC547 NPN 晶體管，并在電路中添加了上述所有組件，如下所示。

如果您沒有帶按鈕，您也可以將電線用作開關(guān)，在需要時(shí)添加或移除它們（而不是按下開關(guān)）。在視頻中可以看到同樣的情況，我將使用電線作為連接到兩個(gè)晶體管的基極端子的開關(guān)。

使用上述硬件組件構(gòu)建相同的電路時(shí)，電路如下圖所示。

使用晶體管的和門的工作

在這里，我們將晶體管用作開關(guān)，因此，當(dāng)通過 NPN 晶體管的集電極端子施加電壓時(shí)，只有當(dāng)基極結(jié)的電壓供應(yīng)在 0V 和集電極電壓之間時(shí)，電壓才會(huì)到達(dá)發(fā)射極結(jié)。

類似地，上面的電路將使 LED 發(fā)光，即僅當(dāng)兩個(gè)輸入均為 1（高）時(shí)，即輸出為 1（高），即當(dāng)兩個(gè)晶體管的基極端子都有電壓供應(yīng)時(shí)。這意味著，從 VCC（+5V 電源）到 LED 再到地，會(huì)有一條直線電流路徑。在所有情況下都休息，輸出將為0（低）并且 LED 將關(guān)閉。這些都可以通過一一了解每個(gè)案例來更詳細(xì)地解釋。

情況 1：當(dāng)兩個(gè)輸入都為零時(shí) - A = 0 & B = 0。

當(dāng)輸入 A 和 B 均為 0 時(shí)，在這種情況下您無需按下任何按鈕。如果您不使用按鈕，請(qǐng)移除連接的電線，按鈕和兩個(gè)晶體管的基極端子。因此，我們將輸入 A 和 B 都設(shè)為 0，現(xiàn)在我們需要檢查輸出，根據(jù)與門真值表，它也應(yīng)該為 0。

現(xiàn)在，當(dāng)通過晶體管 1 的集電極端子提供電壓時(shí)，發(fā)射極不接收任何輸入，因?yàn)榛鶚O端值為 0。類似地，連接到晶體管 2 集電極的晶體管 1 的發(fā)射極不提供任何輸入電流或電壓，晶體管 2 的基極端值為 0。因此，第二個(gè)晶體管的發(fā)射極輸出值 0，因此，LED 將關(guān)閉。

情況 2：當(dāng)輸入為 – A = 0 & B = 1時(shí)。

在第二種情況下，當(dāng)輸入為 A = 0 和 B = 1 時(shí)，電路的第一個(gè)輸入為 0（低），第二個(gè)輸入為 1（高），分別連接到晶體管 1 和 2 的基極?，F(xiàn)在，當(dāng) 5V 電源被傳遞到第一個(gè)晶體管的集電極時(shí)，晶體管的相移沒有變化，因?yàn)榛鶚O端子有 0 輸入。它將0值傳遞給發(fā)射極，第一個(gè)晶體管的發(fā)射極串聯(lián)到第二個(gè)晶體管的集電極，因此0值進(jìn)入第二個(gè)晶體管的集電極。

現(xiàn)在，第二個(gè)晶體管的基極值很高，因此它允許集電極接收到的相同值傳遞到發(fā)射極。但是由于第二個(gè)晶體管的集電極端子中的值為0，這就是為什么發(fā)射極也將為0并且連接到發(fā)射極的LED不會(huì)發(fā)光。

情況 3：當(dāng)輸入為 – A = 1 & B = 0時(shí)。

此處，輸入為第一個(gè)晶體管基極的 1（高）和第二個(gè)晶體管基極的低。因此，電流路徑將從 5V 電源開始到第二個(gè)晶體管的集電極，通過第一個(gè)晶體管的集電極和發(fā)射極，因?yàn)榈谝粋€(gè)晶體管的基極端值很高。

但在第二個(gè)晶體管中，基極端值為 0，因此，沒有電流從第二個(gè)晶體管的集電極流向發(fā)射極，因此，LED 仍將僅關(guān)閉。

情況 4：當(dāng)兩個(gè)輸入均為 1 時(shí) – A = 1 & B = 1。

最后一種情況，這里的兩個(gè)輸入都應(yīng)該是高電平，它們連接到兩個(gè)晶體管的基極端子。這意味著只要電流或電壓通過兩個(gè)晶體管的集電極，基極就會(huì)達(dá)到飽和，晶體管就會(huì)導(dǎo)通。

實(shí)際上，當(dāng)向晶體管 1 的集電極端子提供 +5V 電源并且基極端子也飽和時(shí)，發(fā)射極端子將接收到高輸出，因?yàn)榫w管是正向偏置的。發(fā)射極的高輸出通過串聯(lián)直接進(jìn)入第二個(gè)晶體管的集電極?，F(xiàn)在，類似地在第二個(gè)晶體管處，集電極的輸入為高電平，在這種情況下，基極端子也為高電平，這意味著第二個(gè)晶體管也處于飽和狀態(tài)，高電平輸入將從集電極傳遞到發(fā)射極。發(fā)射器的這個(gè)高輸出進(jìn)入 LED，LED 會(huì)打開。

因此，所有四種情況都具有與實(shí)際 AND 邏輯門相同的輸入和輸出。因此，我們使用晶體管構(gòu)建了一個(gè)與邏輯門。