使用BJT晶体管电路构建与门的教程

正如我们许多人所知，集成电路或 IC 是在一个小封装中的许多小电路的组合，它们一起执行一项共同任务。就像运算放大器或555 定时器 IC是由许多晶体管、触发器、逻辑门和其他组合数字电路组合而成的。类似地，触发器可以通过使用逻辑门的组合来构建，而逻辑门本身可以通过使用几个晶体管来构建。

逻辑门是许多数字电子电路的基础。从基本的触发器到微控制器，逻辑门构成了比特如何存储和处理的基本原理。它们使用算术逻辑陈述系统的每个输入和输出之间的关系。有许多不同类型的逻辑门，它们中的每一个都有用于不同目的的不同逻辑。但本文的重点将放在与门，因为稍后我们将使用 BJT 晶体管电路构建与门。令人兴奋对吧？让我们开始吧。

与逻辑门

AND 逻辑门是一个具有两个输入和一个输出的 D 形逻辑门，其中输入和输出之间的 D 形是逻辑电路。输入值和输出值之间的关系可以使用如下所示的与门真值表来解释。

使用AND Gate Boolean Equation可以很容易地解释方程输出，即Q = A x B或Q = AB。因此，对于 AND Gate，只有当两个输入都为HIGH时，输出才为HIGH。

晶体管

晶体管是具有三个端子的半导体器件，可以连接到外部电路。该设备可以用作开关，也可以用作放大器来改变数值或控制电信号的通过。

为了使用晶体管构建与逻辑门，我们将使用 BJT 晶体管，它可以进一步分为两种类型：PNP和NPN——双极结型晶体管。它们中的每一个的电路符号如下所示。

本文将向您解释如何使用晶体管构建与门电路。与门的逻辑已经在上面解释过，要使用晶体管构建与门，我们将遵循上面显示的相同真值表。

所需的电路图和组件

使用 NPN 晶体管构建与门所需的组件列表如下：

两个 NPN 晶体管。（如果可用，您也可以使用 PNP 晶体管）

两个 10KΩ 电阻和一个 4-5KΩ 电阻。

一个 LED（发光二极管）用于检查输出。

面包板。

+5V 电源。

两个PUSH 按钮。

连接电线。

该电路代表与门和输出的输入 A 和 B，Q 还为第一个晶体管的集电极提供 +5V 电源，第一个晶体管与第二个晶体管串联，一个 LED 连接到发射极端子第二个晶体管。输入 A 和 B 分别连接到晶体管 1 和晶体管 2 的基极端子，输出 Q 连接到正极端子 LED。下图表示上述使用 NPN 晶体管构建与门的电路。

本教程中使用的晶体管是BC547 NPN 晶体管，并在电路中添加了上述所有组件，如下所示。

如果您没有带按钮，您也可以将电线用作开关，在需要时添加或移除它们（而不是按下开关）。在视频中可以看到同样的情况，我将使用电线作为连接到两个晶体管的基极端子的开关。

使用上述硬件组件构建相同的电路时，电路如下图所示。

使用晶体管的和门的工作

在这里，我们将晶体管用作开关，因此，当通过 NPN 晶体管的集电极端子施加电压时，只有当基极结的电压供应在 0V 和集电极电压之间时，电压才会到达发射极结。

类似地，上面的电路将使 LED 发光，即仅当两个输入均为 1（高）时，即输出为 1（高），即当两个晶体管的基极端子都有电压供应时。这意味着，从 VCC（+5V 电源）到 LED 再到地，会有一条直线电流路径。在所有情况下都休息，输出将为0（低）并且 LED 将关闭。这些都可以通过一一了解每个案例来更详细地解释。

情况 1：当两个输入都为零时 - A = 0 & B = 0。

当输入 A 和 B 均为 0 时，在这种情况下您无需按下任何按钮。如果您不使用按钮，请移除连接的电线，按钮和两个晶体管的基极端子。因此，我们将输入 A 和 B 都设为 0，现在我们需要检查输出，根据与门真值表，它也应该为 0。

现在，当通过晶体管 1 的集电极端子提供电压时，发射极不接收任何输入，因为基极端值为 0。类似地，连接到晶体管 2 集电极的晶体管 1 的发射极不提供任何输入电流或电压，晶体管 2 的基极端值为 0。因此，第二个晶体管的发射极输出值 0，因此，LED 将关闭。

情况 2：当输入为 – A = 0 & B = 1时。

在第二种情况下，当输入为 A = 0 和 B = 1 时，电路的第一个输入为 0（低），第二个输入为 1（高），分别连接到晶体管 1 和 2 的基极。现在，当 5V 电源被传递到第一个晶体管的集电极时，晶体管的相移没有变化，因为基极端子有 0 输入。它将0值传递给发射极，第一个晶体管的发射极串联到第二个晶体管的集电极，因此0值进入第二个晶体管的集电极。

现在，第二个晶体管的基极值很高，因此它允许集电极接收到的相同值传递到发射极。但是由于第二个晶体管的集电极端子中的值为0，这就是为什么发射极也将为0并且连接到发射极的LED不会发光。

情况 3：当输入为 – A = 1 & B = 0时。

此处，输入为第一个晶体管基极的 1（高）和第二个晶体管基极的低。因此，电流路径将从 5V 电源开始到第二个晶体管的集电极，通过第一个晶体管的集电极和发射极，因为第一个晶体管的基极端值很高。

但在第二个晶体管中，基极端值为 0，因此，没有电流从第二个晶体管的集电极流向发射极，因此，LED 仍将仅关闭。

情况 4：当两个输入均为 1 时 – A = 1 & B = 1。

最后一种情况，这里的两个输入都应该是高电平，它们连接到两个晶体管的基极端子。这意味着只要电流或电压通过两个晶体管的集电极，基极就会达到饱和，晶体管就会导通。

实际上，当向晶体管 1 的集电极端子提供 +5V 电源并且基极端子也饱和时，发射极端子将接收到高输出，因为晶体管是正向偏置的。发射极的高输出通过串联直接进入第二个晶体管的集电极。现在，类似地在第二个晶体管处，集电极的输入为高电平，在这种情况下，基极端子也为高电平，这意味着第二个晶体管也处于饱和状态，高电平输入将从集电极传递到发射极。发射器的这个高输出进入 LED，LED 会打开。

因此，所有四种情况都具有与实际 AND 逻辑门相同的输入和输出。因此，我们使用晶体管构建了一个与逻辑门。