将电路抽象成逻辑器件的第一步是搭建一个非门。

本文中,VCC=5V。

首先用一个开关进行表示,开关闭合代表1,断开代表0。

可以看到,当S1闭合时,OUT的值为0V;当S2断开时,OUT的值为VCC。

这样就得到了一个最简单的非门,但开关控制的非门有一个显而易见的缺点:用开关很难控制。我们最好用电压控制。

所以我们用三极管代替开关,当IN为0V为0,IN为VCC时为1。

transistor

这里,当IN为0时,Q1断开,OUT的值为VCC;当IN为1时,Q1导通,OUT的值为GND。

于是我们得到了一个三极管构成的非门电路,但这样还有一个缺点:当Q1导通时,R1上一直有电流通过,功耗会很大。

于是我们想出了下面的互补电路。

transistor-complementary

在这个电路中,当IN为0V时,Q2导通,Q1断开,当IN为5V时,Q2断开,Q1导通。Q1与Q2只有一个会导通,解决上面的问题。

但现在问题又来了!只有当IN等于0V或者5V时,上面的电路才正常运作。假设VCC=5V,IN=2V,此时Q1与Q2同时导通,导致VCC与GND短路,OUT自然得不到正确的值。

那么我们想要的是什么呢?为什么要让IN在2V时也能正常工作呢?

在器件与器件的连接中,不可避免的会出现噪声,可能是磁场的影响,可能是温度的影响,可能是元器件自己的性能改变。。。所以我们需要输入端有噪声容限,就是一个抗干扰的作用。

那么。。。

应该再改成什么样呢?才能使0~2V时,可以看成0;3~5V时,可以看成1?(中间的2~3V为什么不要?因为2~3V容易在噪声干扰的情况下跳变,所以我们不使用这段电压)

经过了很多优秀的工程师的设计与改进,下面的是74系列芯片中的经典电路。

如下图!

TTL

哈,有没有懵逼?在数电的书里,有详细的计算过程,包括输入级,中间级,输出级的等效电路。限于篇幅,不细说。

重点是,这个电路可以抽象成逻辑门,噪声不会随级传递,前级的噪声不会影响到下一级,使大规模集成电路成为可能。这样,我们就可以摆脱模电中,大量关于电流电压的计算。

直接计算逻辑!

抽象抽象!