基本逻辑电路及其应用

在现代的电子计算机和自动装置中，广泛地应用各种逻辑电路。其中有三种最简单的基本逻辑电路——“或”电路、“与”电路、“非”电路。把它们按不同的方式组合起来，就能完成各种简单的或复杂的操作。

逻辑术语“或”，表示在几个条件中只要有一个条件实现，就会出现某一结果。例如：“如果我买到票（条件1），或朋友请我（条件2），我就去看电影（结果）。”与此相应，能完成逻辑操作“或”的电路应有好几个输入端和一个输出端。当在“或”电路的任一输入端加上信号时，在它的输出端便有信号出现。和“或”电路各输入端相接的电路之间，并不相互耦合。

图1a中示出用两个电磁继电器P\(_{1}\)和P2组成的“或”电路。P\(_{1}\)和P2的线圈分别接到两个输入端。当任一线圈中加有输入信号时，接点K′\(_{1}\)或K′2就闭合，在输出端便有信号出现（接通电池Б\(_{1}\)的电压）。如果两个信号同时加至两个输入端，那么电池Б1的电压将通过接点K′\(_{1}\)和K′2而到达输出端。因为输入信号加在两个不同继电器的线圈上，所以两输入电路间没有耦合。当需要具有三个或更多输入端的“或”电路时，所用继电器的数目应等于所需输入端的数目，而把所有继电器的接点并联起来。

图1b是用双三极管装成的“或”电路。左右两个三极管分别接成阴极输出器，R\(_{1}\)是它们的公共负载电阻，两个栅极作为两个独立的输入端。只要正脉冲加在其中一个输入端上，在“或”电路的输出端上便有电压脉冲输出。当两个输入端上都没有信号输入时，左、右两个三极管都被控制栅极上的负偏压—Ec所截止。

图1c和d分别绘出用真空二极管和晶体二极管装成的“或”电路。当在“或”电路的任一输入端送入一个正电压时，与该输入端相接的二极管便导电，在负载电阻R\(_{1}\)上便输出一个正电压。

“或”电路的代表符号如图1e所示。

逻辑术语“与”，表示只有当几个条件都具备时，才能出现某一结果。例如：“如果我有时间（条件1），而天气又好（与天气好，条件2），我就去公园（结果）。与此相应，能完成逻辑操作“与”的电路有几个输入端和一个输出端。当所有的输入端上同时加有信号时，“与”电路的输出端便有信号输出。

图2a示出用两个电磁继电器装成的“与”电路。当继电器的线圈中没有电流流过时，接点是断开的。由于继电器接成串联，所以只有当两个继电器同时动作时，才有电压输出。

图2b是用五极管接成的“与”电路。五极管的第一和第三栅极上分别加有负偏压E′\(_{c}\) 和E"c，它们都足以使电子管完全截止。因此，如果在其中一个栅极加上正脉冲，那么电子管仍旧截止，没有信号输出。如果在两个栅极上同时加上正脉冲，电子管才导电，“与”电路便有电压脉冲输出。

图2c所示是用两个三极管接成的“与”电路。两个三极管以R\(_{3}\)为公共屏极负载。在两个三极管的阴极上加有直流负偏压Ec，于是当两个三极管的输入端都没有信号时，两个三极管都导电。电阻R\(_{3}\)和接在点А、Б之间的两个并联三极管组成一个分压器，而R3的阻值比三极管导电时的电阻大许多倍。因此，当两个三极管都导电，或一个导电、一个截止时，А点的电压都是很低的。但是当在两个输入端同时加上负脉冲时，两个三极管都截止，АБ两点间的电阻大大增加，于是“与”电路输出端上的电压突然增高到接近于屏极电源电压，也就是在输出端上出现了正信号。

用晶体二极管装成的“与”电路（图2d），其工作原理和图2c电路基本上相同。当两个输入端上都没有加信号时，电源电压对晶体二极管Д\(_{1}\)和Д2来说是正向电压，因此Д\(_{1}\)和Д2都导电。由于电阻R\(_{2}\)和R3选择得比电阻R\(_{1}\)小得多，所以流过Д1和Д\(_{2}\)的电流在电阻R2和R\(_{3}\)上造成的电压降很小，“与”电路的输出电压也就很小。

当数值等于电源电压的正信号同时加在两个输入端上时，二极管Д\(_{1}\)和Д2截止，R\(_{1}\)中没有电流流过，其上也就没有电压降，因此输出电压等于电源电压，即在输出端上出现正信号。如果只有一个正信号加在其中一个输入端上，那么相应的二极管便截止。但是，因为另一个二极管是导电的，Ａ点和Ｂ点之间的电阻仍很小，结果仍没有输出电压。

“与”电路的代表符号如图2e所示。

逻辑术语“非”，表示如果某一条件Ａ实现，就不会出现某一结果B；而如果条件A不实现，就会出现结果B。例如：“如果下雨，我就不去公园；如果不下雨，我就去”。与此相应，能实现逻辑操作“非”的电路有一个输入端和一个输出端。当“非”电路的输入端加上信号时，输出端便没有信号输出；相反的，不加信号时，却有信号输出。因此，这种电路好象把信号的相位改变180°，即输入端加上正信号时，输出端便是负信号。

非元件的原理图如图3a和b所示，而它的符号如图3c所示。用电磁继电器装成的“非”电路(图3a)，是使用静合接点的继电器。继电器的接点与电源的正极相接，因此当输入端没有信号送入时，接点接通，输出端便输出正电压。相反地，当输入端有信号输入时，电流流过继电器的线圈，接点断开，输出端便没有信号输出。用电子管构成的“非”电路（图3b）的工作情况如下。当输入端上没有信号时，三极管被控制栅极上的负偏压E\(_{c}\)截止，电阻R1中没有屏流流过，电子管的屏压等于电源电压，即“非”元件的输出端有正信号输出。如果在三极管的栅极上加上正信号，三极管便导电，屏流流过电阻R\(_{1}\)而产生电压降，于是屏压大大降低，结果输出端便没有正信号。

下面介绍几个应用逻辑电路的几个例子。

纺织厂中需要将纱绕在空的纱管上。如果纱管上还有剩余的纱，那么就应该送到专门的机器上把剩余的纱去掉。为了自动地区分“空”纱管和“不空”纱管，可以使用由一个光源和两个光电管ΦC\(_{1}\)和ΦC2构成的设备（图4a）。当光电管ΦC\(_{2}\)和光源之间没有纱管时，光线照在ΦC2上，ΦC\(_{2}\)便有电压输出。当ΦC2和光源间有纱管时，光线被纱管挡住，光电管ΦC\(_{2}\)输出端上的电压下降到零。“空”纱管的表面很光洁，能很好地反射光线,而“不空”纱管则使射在其上的光线散射。光电管ΦC1放在反射光照不到的地方。因此，当“空”纱管进入光源和ΦC\(_{2}\)之间时，ΦC1没有电压输出。相反的，当“不空”纱管到达时，其上散射的光线照在ΦC\(_{1}\)上，在ΦC1的输出端上便有电压输出。因此，当光电管ΦC\(_{2}\)没有输出电压，ΦC1有输出电压时，表示纱管是“不空的”，分拣员应把纱管送至去纱机；而当ΦC\(_{2}\)没有输出电压，ΦC1也没有输出电压时，则表示纱管是“空”的，应把纱管送至绕纱机。

如果使用图4a和b所示的逻辑电路，就可以实现自动分拣。在光电管ΦC\(_{的}\)输出端接有“非”电路，所以当纱管进入光源和ΦC2之间时，ΦC\(_{2}\)没有电压输出，“非”电路则有电压输出。如果纱管是空的，那么ΦC1没有电压输出，结果“与”电路就没有输出信号。如果纱管不是“空”的，ΦC\(_{1}\)就有电压输出，“与”电路的两个输入端上同时加有信号，结果便有信号输出。这个输出信号可以用来控制一个执行装置，自动地把“不空的”纱管挑出来送到去纱机中。

用逻辑电路组成的二进制一位加法器电路如图5所示。读者不难自行验证，当两个输入端都无信号时（即都为0时），“和数”端和“进位”端都无信号输出（0＋0=00）。当两个输入端有一个有信号（即为1）时，“和数”端有信号，“进位”端无信号（1＋0=01）。当两个输入端都有信号时（都为1时），“和数”端无信号，“进位”端有信号（1＋1=10）。因此这个电路可以完成二进制的一位加法运算。利用许多这样的基本加法电路，就可以构成多位数加法器。

设有装载泥炭、矿石、沙子和薄板的四种货车。装泥炭和装簿板的货车重量几乎相等，装沙子和矿石的货车的重量也相等，但比前者重得多。泥炭和矿石对光线的散射很弱，而薄板和沙于则使光线产生强烈的散射。因此，把一辆货车作用于重量传感器时，如果货车装的是泥炭或薄板，那么传感器输出的信号很弱，如果装的是矿石或沙子，传感器输出的信号便很强。这时可以认为：在前一情况下没有信号输出，而在后一情况下则有信号输出。与此同时，使货车从散射强度传感器旁边通过，如果车中装的是沙子或薄板，传感器便有信号输出，如果装的是泥炭或矿石，传感器便没有信号输出。现在把两种传感器对不同货车的反应情况列成下表。

由表中可以看出，对装有不同货物的车辆，两种传感器的输出信号具有不同的组合，根据这点就可以利用图6的逻辑电路将车辆自动编组。重量传感器的输出信号加在输入\(_{1}\)，散射强度传感器的输出信号加在输入2。读者不难验证，当两个输入端都没有信号时，“与\(_{1}\)”电路有信号输出，所以Ⅰ端有信号表明货车装的是泥炭。输入1有信号而输入\(_{2}\)没有信号时，“与2”电路有信号输出,所以Ⅱ端有信号表明是矿石。输入\(_{1}\)没有信号而输入2有信号时，“与\(_{3}\)”电路有信号输出，所以Ⅲ端有信号表明是薄板。当两个输入端都有信号时，“与4”电路有信号输出，所以Ⅳ端有信号表明车中装的是沙子。根据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各端输出的信号来控制车辆的运行，就可以自动地按照车辆所装货物进行编组。

上面只是几个应用基本逻辑电路的例子。无线电爱好者掌握了“或”“与”“非”电路的基本原理以后，就可以根据需要，利用它们来组成能使某种过程自动化的逻辑电路。（朱邦俊根据苏联“无线电”编译）