數位電子中的非門

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非門是一種基本邏輯閘，只有一個輸入端和一個輸出端。它執行反轉操作。

在本章中，我們將解釋非門的理論、邏輯符號、工作原理、真值表、布林表示式等。

在數位電子中，非門用作複雜數字系統的基本構建塊。

什麼是非門？

非門是一種用於數位電子中實現反轉功能的基本邏輯閘。由於它執行反轉操作，因此也稱為反相器。

它只有一個輸入端和一個輸出端。當輸入為低電平或邏輯0時，非門的輸出為高電平或邏輯1。當輸入為高電平或邏輯1時，非門的輸出為低電平或邏輯0。

非門的邏輯符號如下所示：

這裡，A是輸入端，Y是非門的輸出端。

非門的真值表

非門的真值表是一個輸入和輸出的表格，表示它們之間的關係。以下是非門的真值表：

從這個真值表中，我們可以觀察到非門會反轉施加在其上的輸入。因此，如果我們施加一個高電平輸入，它會產生一個低電平輸出，反之亦然。

非門的布林表示式

非門的布林表示式是一個邏輯函式，它以數學方式解釋了非門輸入和輸出之間的關係。

非門的布林表示式如下所示：

$$\mathrm{Y \: = \: \bar{A} \: = \: A'}$$

這裡，符號“(-) overbar”和“(') prime”表示反轉或補碼操作。

此表示式讀作“Y等於A的補碼或A的非”。

非門的工作原理

非門執行施加的輸入的反轉操作。以下是針對所有可能的輸入組合對非門完整工作原理的解釋：

• 如果 A = 0，則輸出為 Y = 1。
• 如果 A = 1，則輸出為 Y = 0。

因此，非門的輸出是施加在其上的輸入的補碼。

用電晶體實現非門

我們可以使用BJT電晶體來實現非門邏輯。當使用電晶體實現非門時，它被稱為電晶體反相器。

下圖顯示了使用電晶體或電晶體反相器實現非門的電路圖。

電晶體非門的工作原理

上述電晶體反相器電路的工作原理如下所述：

當輸入A為低電平時，電晶體將處於非啟用狀態並充當開路開關。因此，電源V_CC和接地端之間沒有閉合路徑。因此，整個電源電壓將出現在輸出端。這表示高電平或邏輯1輸出。

當輸入A為高電平時，電晶體將導通並充當閉合開關。結果，電源直接連線到接地端，輸出端可用的電壓等於接地電壓。這使電路的輸出為低電平或邏輯0。

這就是上述電晶體電路如何實現非門邏輯。

用開關實現非門

我們還可以使用電池、開關和燈泡來實現非門操作。使用開關實現非門的電路圖如下所示。

在此電路中，當開關A斷開時，即邏輯0，電流會經過燈泡，使其發光。這表示高電平或邏輯1輸出。

如果開關A閉合，即邏輯1，電流將流過閉合開關提供的短路路徑，並且不會有電流流過燈泡。因此，在這種情況下，燈泡將熄滅，表示低電平或邏輯0輸出。

透過以上討論，可以清楚地看出，當輸入為低電平時輸出為高電平，反之亦然。因此，上述開關電路實現了非門邏輯。

非門積體電路

非門以積體電路或IC的形式出現。最常用的非門IC是IC 7404。它包含六個TL（電晶體邏輯）非門。

非門IC 7404的引腳圖如下所示。

非門的應用

非門是各種數字系統和電路的基本組成部分。下面描述了非門的一些關鍵應用：

• 非門用於逆變器，將高電平訊號轉換為低電平訊號，並將低電平訊號轉換為高電平訊號。
• 非門用於通訊系統和儲存裝置。
• 非門還用作不同邏輯系列之間的介面裝置。
• 非門還用於各種數位電路，如定時器、振盪器、多諧振盪器、調製器等。

結論

總之，非門是一種用於數位電子電路中實現反轉操作的邏輯閘。它只有一個輸入端和一個輸出端。

非門的輸出是應用於它的輸入訊號的補碼。在本章中，我們解釋了非門的基本理論及其工作原理和應用。