【数字电路】关于逻辑非门电路设计的教程

电路

逻辑非门是所有逻辑门中最基础的，通常被称为反相缓冲器或简称为反相器。

反相非门是单输入设备，其输出电平通常为逻辑电平“ 1”，当其单输入为逻辑电平“ 1”时变为“低”，变为逻辑电平“ 0”，换句话说，为“反相”（补充）其输入信号。当“非”门的输入为逻辑电平“ 0”时，它的输出仅再次返回“高”，从而给出布尔表达式： A =Q。

然后，我们可以将单个输入数字逻辑非门的操作定义为：

“如果A不为真，则Q为真”

晶体管非门可以使用RTL电阻-晶体管开关构建一个简单的2输入逻辑非门，如下所示，其输入直接连接到晶体管基极。对于Q处的反相输出“ OFF”，晶体管必须饱和“ ON” 。

逻辑非门可使用数字电路产生所需的逻辑功能。标准的NOT门具有一个符号，该符号的形状为指向右侧的三角形，其末端为一个圆。该圆称为“反转气泡”，在其输出的NOT，NAND和NOR符号中使用，以表示NOT功能的逻辑运算。该气泡表示信号的信号反相（互补），可以出现在输出和/或输入端子中的一个或两个上。
逻辑非门真值表

符号	真相表
逆变器或非门	一种	问
	0	1个
	1个	0
布尔表达式Q =不是A或A	读为A的倒数得到Q

逻辑非门提供输入信号的互补，之所以这么称呼，是因为当输入信号为“高”时，其输出状态将不会为“高”。同样，当其输入信号为“低”时，其输出状态也不会为“低”。由于逻辑非门是单个输入设备，因此通常不将其归类为“决策”设备，甚至不将其归类为门，例如具有两个或更多逻辑输入的“与”或“或”门。商用非门IC可在单个IC封装中的4个或6个单独的门中使用。

上方非门符号结尾处的“气泡”（o）表示输出信号的信号反相（互补）。但是该气泡也可能出现在栅极输入端，以指示低电平有效输入。输入信号的这种反转不仅限于非门，还可以用于任何数字电路或门，如图所示，无论在输入还是输出端，反转的操作都完全相同。最简单的方法是将气泡视为简单的逆变器。
使用低电平有效输入气泡进行信号反相

输入反转的气泡符号

NAND和NOR门等效例如，也可以使用标准的NAND和NOR门制作反相器或逻辑非门，方法是将其所有输入连接到公共输入信号。

如图所示，也可以仅使用单级晶体管开关电路来制造非常简单的逆变器。

当晶体管“ A”的基极输入为高电平时，晶体管导通，集电极电流流动，在电阻R两端产生电压降，从而将“ Q ”的输出点接地，从而导致“ Q ”的电压输出为零。
同样，当晶体管的“ A”基极输入为低（0v）时，晶体管现在切换为“ OFF”，并且没有集电极电流流经电阻，导致“ Q”的输出电压为高，接近+ Vcc。

然后，在“ A”为高电平的输入电压下，“ Q”的输出为低电平，而在“ A”低电平的输入电压则为“ Q”的输出电压为高电平，从而产生输入信号的互补或反相。

六角施密特逆变器标准的反相器或逻辑非门通常由晶体管开关电路组成，这些开关电路不会立即从一种状态切换到另一种状态，因此切换动作总是会有些延迟。

同样作为基本电流放大器的晶体管，它也可以线性模式工作，输入电平的任何细微变化都会导致其输出电平产生变化，甚至在出现“开”和“关”的情况下也可能多次切换。电路中存在的任何噪声。解决这些问题的一种方法是使用Schmitt逆变器或Hex逆变器。

从上一页我们知道，所有数字门仅使用两个逻辑电压状态，并且通常将其称为逻辑“ 1”和逻辑“ 0”，将2.0v和5v之间的任何TTL电压输入识别为逻辑“ 1”任何低于0.8v的输入电压都将被视为逻辑“ 0”。

甲施密特反相器被设计为当它的输入信号变为上述的“高门限电压”或操作或开关状态UTV限制在这种情况下，输出改变和变“低”，并且将保持在该状态，直到输入信号降到低于“降低阈值电压”或LTV电平，在这种情况下，输出信号变为“ HIGH”。换句话说，施密特逆变器的开关电路中内置了某种形式的磁滞。

在上限和下限阈值之间的这种切换动作提供了更干净，更快速的“ ON / OFF”切换输出信号，使施密特逆变器非常适合切换任何缓慢上升或缓慢下降的输入信号，因此我们可以使用施密特触发，将这些模拟信号转换为数字信号，如图所示。
施密特变频器

施密特逆变器的一个非常有用的应用是用作振荡器或用作方波时钟信号的正弦方波转换器。
施密特NOT栅极逆变器振荡器

第一个电路显示了一个非常简单的低功率RC型振荡器，该振荡器使用施密特逆变器生成方波输出波形。最初，电容器C完全放电，因此逆变器的输入为“ LOW”，导致反相输出为“ HIGH”。当逆变器的输出通过电阻器R反馈到其输入和电容器时，电容器开始充电。
当电容器的充电电压达到逆变器的阈值上限时，逆变器改变状态，输出变为“ LOW”，并且电容器开始通过电阻放电，直到达到下阈值电平为止，逆变器再次改变状态。逆变器的这种来回切换会产生占空比为33％的方波输出信号，其频率为：ƒ= 680 / RC。
第二电路将正弦波输入（或与此相关的任何振荡输入）转换为方波输出。逆变器的输入连接到分压器网络的结点，该结点用于设置电路的静态点。输入电容器会阻止输入信号中存在的任何DC分量，仅允许正弦波信号通过。
当该信号通过逆变器的上下阈值点时，输出也将从“ HIGH”变为“ LOW”，依此类推，产生方波输出波形。该电路在输入波形的正上升沿产生一个输出脉冲，但是通过将第二个施密特反相器连接到第一个的输出，可以修改基本电路以在输入信号的负下降沿产生一个输出脉冲。
常用的逻辑非门和逆变器IC包括：
TTL逻辑非门