在本教程中，我们将简要介绍逻辑门。我们将看到TTL电路、CMOS电路、一些简单的逻辑门(如OR、NOT、NAND等)中的不同逻辑电平。
大纲
逻辑门概论
逻辑门是数字电子的核心。栅极是一种电子设备，用于计算两个值信号上的功能。逻辑门是数字电路的基本构建块。
基本上，所有逻辑门都有一个输出和两个输入。没有门或逆变器的一些逻辑门仅具有一个输入和一个输出。逻辑门的输入旨在通过接收电压输入仅接收二进制数据（仅限0或高1）。
低逻辑电平代表零伏，高逻辑电平代表3或5伏正供电电压。
我们可以连接任意数量的逻辑门来设计所需的数字电路。实际上，我们在IC中实现了大量逻辑门，我们可以通过其中保存大量逻辑门占用的物理空间。我们还可以通过使用集成电路（IC）以高速执行复杂操作。
通过组合逻辑门，我们可以设计许多特定的电路，如触发器、锁存器、多路复用器、移位寄存器等。
数字逻辑水平
逻辑电平被定义为信号的特定状态或电压。我们知道0和1是逻辑门的两种状态。逻辑电平0和1分别称为低电平和高电平。在数字电子学中，这些二进制逻辑电平在数据存储、数据传输中起着至关重要的作用。
通常，这些逻辑级别可以达到和关闭状态。正如我们之前所说的那样，逻辑电平由电源电压引入逻辑门。如果向逻辑门的电源电压为0伏，则它指的是低逻辑电平或关闭状态。
类似地，如果逻辑门的电源电压为5伏或3.3伏（用于现代IC），则它是指高逻辑电平或状态。制造商将遵循TTL或晶体管 - 晶体管逻辑作为标准电压电平，同时设计IC。
什么是活跃的高且活跃的低？
我们看到IC和Micro Controllers中的有效高输入和有效的低输入引脚。你知道他们真的是什么意思吗？他们只是描述了PIN如何激活。
这意味着有效的低引脚必须连接到低逻辑电平或地面。以同样的方式，有效高引脚必须连接到高逻辑电平或5伏或3.3伏特。
让我们简单地理解一下。当我们在移位寄存器IC中看到使能引脚CE时，在它上没有任何线(条)，我们将它连接到有源低输入，即接地0伏。否则，如果我们看到使能引脚与线上它作为(CE)̅，我们连接到有源高输入，即3.3或5伏特的电源，为了使能引脚。
TTL逻辑级别
TTL逻辑电平是大多数逻辑设备的标准逻辑电平。TTL表示晶体管 - 晶体管逻辑。晶体管是电控开关。逻辑系列的电压水平是
voh - min。高信号的输出电压电平
卷- max。输出电压电平为低信号
高信号设备的最小输入电压水平
维尔- max。考虑低信号时的设备的输入电压水平
如果我们观察TTL逻辑电平，我们可以观察到输出的最小高压电平是2.7伏。这意味着，当设备驱动高电压时，电压应至少为2.7伏。
类似地，输入的最小高电压电平为2伏。因此，大于2伏的电压将被认为是TTL设备的逻辑1。0.8伏特和2伏之间的电压称为噪声裕度。
以相同的方式，输出的最大低电压电平为0.4伏。这意味着，当设备驱动高时，电压应小于0.4伏。类似地，输入的最大低电压电平为0.8伏。
所以对于TTL器件来说，小于0伏的电压被认为是逻辑0。因此，当逻辑器件被供电电压在0.8 V到2v之间时，器件的逻辑电平将在高和低之间变化。这种情况称为“浮动”。
TTL器件输入和输出公差的另一个步骤是
CMOS逻辑级别
CMOS逻辑器件也被称为3.3伏器件，因为CMOS器件将有3.3 V的最大电压水平。这是一项先进的技术，可以在低电源(3.3 V而不是5v)下运行设备。
主要是我们使用5V设备（TTL兼容）来设计逻辑门，因此这些CMOS设备用于与TTL设备接口。CMOS设备可以与任何TTL设备连接，它们不需要任何其他组件。
例如，CMOS器件的高逻辑电平（1）的最小值为2.4V。因此，该设备可以用TTL器件解释，其具有逻辑（V¬iH）1的最小输入电压为2 V.
但是，在TTL接口到CMOS器件(3.3 V和5v)之前，我们需要检查3.3 V器件是否具有5v容忍度。因为当我们提供3.6 V以上的电压时，许多会永久性地造成芯片损坏。我们可以使用分压电路或逻辑电平移位器来控制5v电压信号。
噪声容限
逻辑电平的噪声裕度被定义为高输入（VIL MAX）的最大低电压与逻辑门的低输入（VIL min）的最大电压之间的电压间隙。噪声裕度也定义为电压信号超过阈值水平的量，用于精确高或精确的低电平。
让我们用一个例子清楚地理解这一点。当逻辑电路在0伏和1.2伏之间改变时，任何电压低于0.2伏，认为为0. .. 0上高于1伏的任何电压被认为是高于I. 1。
CMOS逻辑器件具有比TTL逻辑器件更高的噪声水平或噪声裕度，因为它们的最小输出电压为高逻辑（voh min）更接近电源电压和低逻辑的最大输出电压（Vol Max）几乎为0.因此噪音级别是逻辑电路可以承受的最大噪声量。
如果我们施加一个噪声级的电压，我们就不能肯定地知道电路是否会响应。噪声电平是由于电源电压波动和电路中其他导体等外部干扰引起的不需要的电压电平。
电路可以容忍的噪声水平称为“噪声抗扰度”或“噪声裕度”。对于TTL设备，输出电压的公差范围高于输入电压的公差范围。
简单二极管逻辑门
二极管可以像开关一样行动，因此这些都用于数字逻辑操作和切换。对于低电平和高阻抗状态，二极管将在正向偏置和反向偏压中工作。
二极管将仅在一个方向（正向偏压）中进行，并且在反向偏压条件下保持封闭。所以它表现得像一个开关。现在让我们看看一些简单的二极管逻辑门，它是通过仅使用二极管和电阻构造的。
或门
由两个二极管设计的简单或门如下图所示。通过两个二极管向该电路提供输入。在这种情况下，逻辑高(1)用+5伏表示，逻辑低(0)用0伏或地表示。
在下面的电路中，两个输入端是不连接的，所以输出为0，即逻辑低。
如果两个输入中的任何一个连接到+5伏，则二极管变为正向偏置，并且它将进行.thus输出是逻辑高i.1。
如果两个输入端(两个二极管)都有+ 5v的电压连接，它们将处于正向偏置状态，这使得OR电路的输出设置为高逻辑。
OR门的功能在数学上是Z = X + Y，其中Z是OR门的输出，X, Y是输入。逻辑或门的真值表、逻辑图和电路图如下所示。
和门
由两个二极管设计的简单和门如下图所示。在此，电路驱动电压V通过电阻器连接到两个平行连接的二极管，R.通过两个二极管向该电路提供输入。
在这种情况下，逻辑高(1)用+5伏表示，逻辑低(0)用0伏或地表示。
在下面的电路中，两个输入留下了未连接，因此输出也是0。逻辑低。
如果两个输入中的任何一个连接到+0伏，则二极管变为反向偏置，并且它不会导致并使得输出为低逻辑I. 0。
如果+ 5v的电压连接到两个输入端(两个二极管)，两个二极管都将处于正向偏置状态，这使得和电路的输出设置为高逻辑。
与门的功能在数学上被给出为Z = X. Y，其中Z是与门的输出，X, Y是输入。逻辑门的真值表、逻辑图和电路图如下所示。
逻辑电路和逻辑符号真值表
晶体管逻辑门
像二极管一样，晶体管也充当电子开关。我们也可以用晶体管来设计逻辑门。让我们来看看晶体管制造的逻辑门。
不是门
NOT门通常被称为逆变器。它产生了给定输入的确切反向输出。它只有一个输入和一个输出。NOT门的输出始终是其输入的补充。当低输入信号连接到NOT门的输入时，输出将高（逻辑1）。
类似地，如果高输入信号连接到输入端，那么输出将是低的(逻辑0)。如果非门的输入是X，输出是Z，那么非门的操作是Z =X̅，表示为X栏。
使用晶体管设计的非栅极如下图所示。输入通过电阻传给晶体管的基极。这个晶体管电路由+5伏电压驱动。
当输入连接到低电平信号0 V时，晶体管将是反向偏置的。所以没有电流会流过它，因此它仍然存在。由于没有电流通过晶体管，电阻器上不会有电压降。因此，输出将对应于+5伏，使输出逻辑高。
但如果+ 5v连接到输入端，输出电压将变为0。非栅极晶体管的设计如下图所示。
利用晶体管还可以设计出两种栅极，即与非门和与非门。这些门被称为“宇宙门”。
NAND门
与非门有能力执行3个操作，如和，或和不。这个门是非门和门的组合。与非门输出等于与门的倒数。
与非门有两个输入X和Y，一个输出z。输入应用于连接到晶体管的二极管。与非门电路由+5伏特驱动。
当两个输入连接到5V的电压电源时，二极管D1和D2都处于关闭状态。然后晶体管Q1能够通过电阻从电源电压驱动。因此，晶体管处于状态，输出电压VCE（SAT）变为0。
类似地，当低电平电压应用到输入，即0 V，晶体管将关闭，输出电压变为+5 V。数学上与非门表示为Z =(X.Y)̅。
因此，只有当两个输入都很高时，与非门的输出才会变得很低。对于其他任何输入组合，它都会变得很高。与非门的真值表、逻辑符号和晶体管电路图如下所示。
也不是门
NOR门是不是门和或门的组合。NOR栅极输出等于或门的逆。NOR门具有两个输入x和y，并且单个输出z.
NOR栅极晶体管由两个npn晶体管组成，电压为+5伏。
当NOR门的两个输入都连接到0伏时，晶体管Q1和Q2处于关断状态。所以没有电流流过电阻器，电阻器上也没有压降。然后输出电压等于电源电压+5伏，即高逻辑电平。
如果任何一个输入端连接到+ 5v，那么晶体管将处于ON状态。所以电压降会很高。所以电路的输出电压是0v，等于地电压。
数学上NOR门表示为Z =(X+Y)̅。
因此，只有当输入都低时，NAND门的输出才会变高。对于任何其他输入组合而变低。下面示出了NOR门的真实表，逻辑符号和晶体管电路图。
74系列逻辑IC
7400系列IC在20世纪60年代介绍。虽然逻辑门的许多其他IC正在使用中，但由于其简单的编号方案和标准，7400 TTL家族IC已变得最流行。下面给出了一些规格和主要功能。
通过使用双极晶体管技术制造74系列IC，因此它们被命名为TTL系列IC。（TTL表示晶体管 - 转移器逻辑）。7400 ICS将在电源供应+5伏，这成为多年来逻辑电路的标准电压电平，直至CMOS技术的演变。
这些是逻辑电路设计的广泛使用的IC系列。早些时候到这7400系列IC，我们有TTL系列芯片。摩托罗拉公司使用MTTL的名称推出了一个逻辑系列，这意味着摩托罗拉晶体管-Transistor逻辑。
其他研究人员和制造商也是如此，标志，飞兆半导体和国家半导体也推出了其他一些ICS。
有几个IC族编号为74xx00。xx处的字母将标明IC的类型和规格。不同型号的IC系列有74LS00、74HC00、74HCT00等。让我们看看各个IC系列的规格和用途。
74 ls系列
这是使用TTL电路的低功耗肖特基家族。这些在操作上是快速的，但消耗更多的能量比其他逻辑家族。
74HC系列
该系列是高速CMOS系列。这些IC具有4000系列和74LS系列速度的低功耗功能的组合。
74 hct系列
这是74HC系列的非常特殊的版本。它有74Ls TTL兼容输入。因此，它可以轻松地与74LS系列界面。74HCT系列用作更换74LS系列，因为它们是低功率要求。
74HCT系列的缺点是它们对噪声的影响较小，即它们具有较少的噪音容差。
由于其静态灵敏度，74HC系列和74HCT系列中使用的CMOS电路。这意味着如果我们在充电时触摸IC的任何引脚，它会损坏IC。
下面列出了TTL和CMOS家族集成电路的前缀。
下面给出了一些用于逻辑门设计的IC的IC
四2-input盖茨
- 74LS00 -四路2输入与非门
- 74LS01 - 四分之一2输入NAND门，开路集电极输出
- 74LS02 - 四分之一2输入或门
- 四路2输入与非门，集电极开路输出
- 四轴2输入和门
- 74LS09 - Quad 2输入和具有开放收集器输出的栅极
- 四路2输入或门
- 带Schmitt触发器输入的四路2输入与非门
- 74LS37, 74LS32, 74LS28 -四路2输入NOR门
- 74LS26 - Quad 2-InpuT NAND门，OC (15V)
- 74LS28 -四路2输入与非门，带有OC (15V)
- 74LS33 - 四分之一2输入，NOR门，开路收集器输出
- 四路2输入NOR门，集电极开路输出
- 74LS38 - 四分之一的2输入NAND门，开路收集器输出
三重3-input盖茨
- 74ls 10 -三重3-输入与非
- 74 LS 11 - 三重3输入和
- 74 LS 12 - 三重3输入Nand，带开孔输出
- 74 LS 27 - 三重3输入也不
- 74LS15 - 三重3输入和栅极，开路收集器输出
双4输入门
- 74LS13 - 双4输入NAND SCHMITT触发器
- 74 LS 20 - 双4输入NAND
- 74 LS 21 - Dual 4输入和开放收集器输出
- 双4输入与非门，集电极开路输出
- 74LS40 - 双4输入NAND门
- 74LS30 - 8输入NAND门
十六进制不是盖茨
- 74 LS 04 - 十六进制
- 74 LS 05 -十六进制，不带集电极开路输出
- 74 LS 14 - HEX与SCHMITT触发输入
- NAND Schmitt触发器，图腾杆输出
- 74LS23 - 2x四输入NOR带频闪
- 74LS25 - 2x四路输入NOR带频闪
- 74LS30 - 8输入NAND门
- 74LS39 - 4X两个输入NAND，开放式收集器
