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本篇文章介绍基本的逻辑门#xff0c;然后给出C语言描述 逻辑门是在集成电路上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进…前言
本篇文章介绍基本的逻辑门然后给出C语言描述 逻辑门是在集成电路上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的1和0从而实现逻辑运算。 本文介绍的内容列表如下
CMOS晶体管非门与门或门与非门或非门异或门
CMOS晶体管
N型增强型晶体管
N型增强型晶体管是由P型半导体衬底制作两个高摻杂浓度的N型区, 形成CMOS管的源极S(Source)和漏极D(Drain)然后在源极S和漏极D之间添加一个栅极G通常用多晶硅制作栅极和衬底之间添加一层二氧化硅绝缘层绝缘层一般非常薄在0.1微米之内
如果栅极G不导通由于P型衬底和N型区域之间有PN结整个电路不导通如果栅极G导通并且连接到正极这时栅极G与P型衬底之间形成了电场P型衬底连接的是源极S也就是负极栅极为正极这样P型衬底中的电子会向栅极靠近在两个N型半导体之间形成通路电路导通。
总结通过栅极的导通能够控制源极S和漏极D的导通这样CMOS管就可以作为开关使用了。
P型增强型晶体管
P型增强型晶体管与N型增强型晶体管结构正好相反是由N型半导体作为衬底导电沟道为P型半导体这种晶体管的特点是
栅极接入的是负极为了形成电场N型衬底为正极也就是源极S为正极
N型耗尽型晶体管
这种类型的晶体管结构与N型增强型晶体管一样不过在栅极下的二氧化硅绝缘层添加了正离子。也就是自带电场这样栅极不导通或者连接正极的时候晶体管都是导通的栅极连接负极并且达到一定值以后晶体管断开。这个值叫做夹断电压
P型耗尽型晶体管
结构与P型增强型晶体管一致特点与N型耗尽型晶体管相似栅极不导通或者连接负极的时候晶体管都是导通的栅极连接正极并且达到一定值以后晶体管断开。
下图是四种晶体管的比较
其中 v D S v_{DS} vDS为漏极到原极的电压 v G S v_{GS} vGS为栅极到原极的电压 D漏极 S原极 G栅极
不同类型的晶体管的自由组合就可以形成各种门。
非门
非门又叫反相器是指输入的信号状态与输出的信号状态相反 非门用下面的符号表示
非门可以通过一个N型增强型晶体管和一个P型增强型晶体管连接实现 非门的输入输出逻辑关系如下 输入 输出 0 1 1 0 \begin{array}{|c|c|} \hline 输入输出\\ \hline 01\\ \hline 10\\ \hline \end{array} 输入01输出10
与门
与门是指当输入的两个信号都为高电平时输出的信号才为高电平 与门用下面的符号表示
与门可以用两个CMPOS晶体管来实现
与门的输入输出逻辑关系如下 输入 A 输入 B 输出 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 \begin{array}{|c|c|c|} \hline 输入A输入B输出\\ \hline 000\\ \hline 010\\ \hline 100\\ \hline 111\\ \hline \end{array} 输入A0011输入B0101输出0001
或门
或门是指当输入的两个信号任意一个为高电平时输出的信号为高电平 或门用下面的符号表示
或门可以用两个CMOS晶体管来实现
或门的输入输出逻辑关系如下 输入 A 输入 B 输出 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 \begin{array}{|c|c|c|} \hline 输入A输入B输出\\ \hline 000\\ \hline 011\\ \hline 101\\ \hline 111\\ \hline \end{array} 输入A0011输入B0101输出0111
与非门
与非门用下面的符号表示
与非门可以使用两个并联的P沟道增强型MOS管 T 1 T_1 T1、 T 3 T_3 T3和两个串联的N沟道增强型MOS管 T 2 T_2 T2、 T 4 T_4 T4组成总共需要4个晶体管
与非门的输入输出逻辑关系如下 输入 A 输入 B 输出 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 \begin{array}{|c|c|c|} \hline 输入A输入B输出\\ \hline 001\\ \hline 011\\ \hline 101\\ \hline 110\\ \hline \end{array} 输入A0011输入B0101输出1110
或非门
或非门用下面的符号表示
或非门可以使用两个串联的P沟道增强型MOS管 T 1 T_1 T1、 T 3 T_3 T3和两个并联的N沟道增强型MOS管 T 2 T_2 T2、 T 4 T_4 T4组成总共需要4个晶体管
或非门的输入输出逻辑关系如下 输入 A 输入 B 输出 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 \begin{array}{|c|c|c|} \hline 输入A输入B输出\\ \hline 001\\ \hline 010\\ \hline 100\\ \hline 110\\ \hline \end{array} 输入A0011输入B0101输出1000
异或门
异或门用下面的符号表示
异或门可以使用一个或门一个与非门进行与门操作共需要8个晶体管
或非门的输入输出逻辑关系如下 输入 A 输入 B 输出 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 \begin{array}{|c|c|c|} \hline 输入A输入B输出\\ \hline 000\\ \hline 011\\ \hline 101\\ \hline 110\\ \hline \end{array} 输入A0011输入B0101输出0110
下面给出基本逻辑门的C语言实现
// 虽然参数采用的是int类型但是在模拟运行时只能是0或者1
/*** 与门*/
int and_gate(int in_1,int in_2)
{return in_1 in_2;
}/*** 或门*/
int or_gate(int in_1,int in_2)
{return in_1 | in_2;
}/*** 非门*/
int not_gate(int in_1)
{return !in_1;
}/**void* 或非门*/
int not_or_gate(int in_1,int in_2)
{return !(in_1 | in_2);
}/*** 与非门*/
int not_and_gate(int in_1,int in_2)
{return !(in_1 in_2);
}/*** 异或门*/
int xor_gate(int in_1,int in_2)
{int or_val or_gate(in_1, in_2);int not_and_val not_and_gate(in_1, in_2);return or_val not_and_val;
}
