二極管橋和晶體管構(gòu)建的XOR/XNOR功能

在用高于常見的電源電壓(如24V)設(shè)計(jì)邏輯電路時(shí)，可以結(jié)合使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯系列與一只穩(wěn)壓器，通過電平轉(zhuǎn)換器做接口。另外，如果邏輯并不太復(fù)雜，速度也不是非常高，可以用分立元件建立門控電路，直接用當(dāng)前電壓運(yùn)行。分立元件的AND、OR和NOT功能都相對(duì)簡(jiǎn)單明確，但XOR和XNOR功能通常需要多個(gè)AND、OR和NOT基礎(chǔ)功能的組合。

　　本例給出了一種不常見方法，用兩只電阻、四只二極管和一只晶體管，就能完成異或功能。NPN結(jié)構(gòu)獲得的是XNOR運(yùn)算，而PNP結(jié)構(gòu)則得到XOR運(yùn)算。

　　考慮圖1a中的XNOR電路。當(dāng)A或B兩個(gè)門的輸入為相反邏輯態(tài)時(shí)，基射結(jié)上有一個(gè)高電壓壓降減低電壓再減1.2V，得到的電壓做正偏。晶體管導(dǎo)通，集電極的邏輯零電壓大約為0.6+VL+VCE，其中VL為低電壓，VCE是集射電壓。當(dāng)輸入A和B為相同邏輯態(tài)時(shí)，晶體管基射結(jié)不能正偏，因此輸出Y為電源電壓。

　　圖1，XNOR(a)和XOR運(yùn)算(b)的分立實(shí)現(xiàn)能夠使標(biāo)準(zhǔn)邏輯系列在較高電源電壓下運(yùn)行。

　　集電極上6.8kΩ的選擇要看驅(qū)動(dòng)A和B輸入端的是標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯還是CMOS邏輯，可根據(jù)應(yīng)用來選擇。CMOS4000系列能夠在5V電源下可靠地供出或吸入1mA。低速TTL可以供出0.4mA，吸入8mA。對(duì)于基極電流，一個(gè)0.4mA的邏輯1驅(qū)動(dòng)電流就足夠了，但是A或B端的邏輯0形成了射極電流，CMOS的1mA吸入電流極限就成問題了。在有1mA凈電流，輸出負(fù)載維持在大約250μA時(shí)，必須選擇一只6.8kΩ電阻(0.75mA×6.8kΩ)才能獲得大約5V壓降。

　　然后，考慮XOR結(jié)構(gòu)，此時(shí)無論A或B的邏輯0都是相對(duì)基極，而邏輯1是相對(duì)射極。Y上的邏輯1電壓為VH-0.6V-VCE，而邏輯0約為0V，但通過集電極電阻限制了電流。

　　這里的問題是，TTL邏輯1的輸出電流大約為0.4mA，這是晶體管的射極電流。集電極電阻選10kΩ時(shí)，其電壓降可以達(dá)到近4V。這個(gè)電平足以驅(qū)動(dòng)CMOS負(fù)載，但對(duì)TTL則不然，當(dāng)Y為邏輯0時(shí)，其邏輯0的輸入至少需要0.4mA的電流。10kΩ無法提供這一電流。但是，采用前面的X NOR 結(jié)構(gòu)，并在Y后另加反相晶體管，就得到了XOR功能(圖1b)。XOR似乎只適用于A 和B端的CMOS/TTL輸入，只能在輸出Y 驅(qū)動(dòng)CMOS。