逻辑门电路
Logic Gates 逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路中最基本的组成单元，它们通过对一个或多个二进制输入信号执行基本的逻辑代数运算，产生一个二进制输出信号。每个逻辑门都对应一个特定的布尔函数。
一、基本逻辑门
基本逻辑门是数字电路的基石，它们实现最简单的布尔运算。
1. 与门 (AND Gate)
- 功能：只有当所有输入都为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平。
- 布尔表达式：
或 - 真值表：
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
2. 或门 (OR Gate)
- 功能：只要有一个输入为高电平（逻辑1）时，输出就为高电平。
- 布尔表达式：
- 真值表：
A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
3. 非门 (NOT Gate / Inverter)
- 功能：输出与输入状态相反。
- 布尔表达式：
或 - 真值表：
A Y 0 1 1 0
二、复合逻辑门
复合逻辑门由基本逻辑门组合而成，实现更复杂的布尔运算。
1. 与非门 (NAND Gate)
- 功能：与门输出的非。只有当所有输入都为高电平时，输出才为低电平（逻辑0）。
- 布尔表达式：
- 真值表：
A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
2. 或非门 (NOR Gate)
- 功能：或门输出的非。只要有一个输入为高电平时，输出就为低电平。
- 布尔表达式：
- 真值表：
A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0
3. 异或门 (XOR Gate)
- 功能：当输入不同时，输出为高电平。
- 布尔表达式：
- 真值表：
A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
4. 同或门 (XNOR Gate)
- 功能：当输入相同时，输出为高电平。
- 布尔表达式：
- 真值表：
A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1
三、逻辑门的实现与通用性
逻辑门通常由晶体管（如BJT或MOSFET）构成。通过不同晶体管的组合和连接方式，可以实现上述各种逻辑功能。现代集成电路技术使得数百万甚至数十亿的逻辑门可以集成到一块小小的芯片上。
1. 逻辑门的通用性
-
与非门和或非门：这两种门被称为“通用门”，因为仅使用与非门或仅使用或非门，就可以实现任何其他逻辑功能（包括与、或、非）。
- 使用与非门实现非门：将与非门的两个输入端连接在一起。
- 使用与非门实现与门：将与非门的输出再经过一个非门。
- 使用与非门实现或门：根据德摩根定律，将两个输入分别经过非门，再将结果输入与非门。
类似地，或非门也可以实现所有基本逻辑功能。
- 使用与非门实现非门：将与非门的两个输入端连接在一起。
2. 逻辑门在集成电路中的应用
与非门在半导体工艺中通常具有较低的复杂性和成本，而且它们的逻辑功能可以通过简单的组合来扩展。此外，与非门的实现通常具有较小的物理尺寸，这有助于减少芯片的面积和功耗。因此，与非门不仅在理论上而且在实践中都是构建复杂逻辑电路的一个非常有用的基本构件。