数字电子技术中的非门
非门是一种基本逻辑门，只有一条输入线和一条输出线。它执行反转操作。
在本章中，我们将解释非门的理论、逻辑符号、工作原理、真值表、布尔表达式等。
在数字电子技术中，非门用作复杂数字系统的基本构建块。
什么是非门?
非门是一种基本逻辑门，用于数字电子技术中实现反转功能。由于它执行反转操作，因此也称为反相器。
它只有一条输入线和一条输出线。当非门的输入为低电平或逻辑0时，非门的输出为高电平或逻辑1。当非门的输入为高电平或逻辑1时，非门的输出为低电平或逻辑0。
非门的逻辑符号如下图所示−
其中，A为非门的输入线，Y为非门的输出线。
非门的真值表
非门的真值表是输入和输出之间关系的表格。这是非门的真值表 −
| 输入 (A) | 输出 (Y) |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
从这个真值表中，我们可以观察到非门将施加到它的输入反转。因此，如果我们施加高输入，它会产生低输出，反之亦然。
非门的布尔表达式
非门的布尔表达式是一个逻辑函数，它从数学上解释了非门的输入和输出之间的关系。
非门的布尔表达式如下所示 −
$$\mathrm{Y \: = \: \bar{A} \: = \: A'}$$
这里，符号"(-) 上划线"和"(') 素数"表示反转或补码运算。
此表达式读作"Y 等于 A 横线或 A 素数或非 A"。
非门的工作原理
非门执行所施加输入的反转运算。下面解释了非门对于可能的输入组合的完整工作原理 −
- 如果 A = 0，则输出为 Y = 1。
- 如果 A = 1，则输出为 Y = 0。
因此，非门的输出是施加于它的输入的补码。
使用晶体管的非门
我们可以使用 BJT 晶体管实现非门逻辑。当使用晶体管实现非门时，它被称为晶体管反相器。
下图显示了使用晶体管或晶体管反相器的非门的电路图。
晶体管非门的工作原理
上述晶体管反相器电路的工作原理如下 −
当输入 A 为低电平时，晶体管将处于非活动状态并充当断开开关。因此，电源 VCC 和接地端子之间没有闭合路径。因此，总电源电压将出现在输出线上。这代表高电平或逻辑 1 输出。
当输入 A 为高电平时，晶体管将打开并充当闭合开关。因此，电源直接连接到接地端子，输出线上的可用电压等于接地电压。这使得电路的输出为低电平或逻辑 0。
这就是上述晶体管电路实现 NOT 逻辑的方式。
使用开关的非门
我们还可以使用电池、开关和灯来实现非门操作。下图显示了使用开关的非门电路图。
在此电路中，当开关 A 断开(即逻辑 0)时，电流沿着通过灯的路径流动，使其发光。这表示高电平或逻辑 1 输出。
如果开关 A 闭合(即逻辑 1)，电流将流过闭合开关提供的短路路径，并且没有电流流过灯。因此，在这种情况下，灯将熄灭并表示低电平或逻辑 0 输出。
从此讨论中可以清楚地看出，当输入为低电平时，输出为高电平，反之亦然。因此，上述开关电路实现了非门逻辑。
非门 IC
非门以集成电路或 IC 的形式出现。最常用的非门 IC 是 IC 7404。它包含六个 TL(晶体管逻辑)非门。
非门 IC 7404 的引脚图如下图所示。
非门的应用
非门是各种数字系统和电路的重要组成部分。下面描述了非门的一些关键应用 −
- 非门用于反相器，将高信号转换为低信号，将低信号转换为高信号。
- 非门用于通信系统和存储设备。
- 非门还用作不同逻辑系列之间的接口设备。
- 非门还用于各种数字电路，如定时器、振荡器、多谐振荡器、调制器等。
结论
总之，非门是数字电子中用于实现反相操作的逻辑门。它只有一条输入线和一条输出线。
非门的输出是施加到它的输入信号的补码。在本章中，我们解释了非门的基本理论及其工作原理和应用。
