什麼是門電路?

我們現在的手機、電腦等數碼產品,之所以有如此強大的功能,主要原因是內部有超大規模集成電路,來實現底層的邏輯運算。比如CPU和GPU。而大量的邏輯運算,就可以完成智能和神奇的任務。所以我們能如此享受生活,歸根到底,要感謝超大規模集成電路。而這種電路的基本組成部分,就是門電路。

在門電路中,對於電壓的高低,會轉化成數字1和0來處理。而所有的門,都是以非門為基礎搭建起來的,因為非門是最容易實現的門。

什麼是門電路?

非門電路符號

雖然非門只有輸入和輸出兩個接口,但是實際上省略了電源和地。比較詳細的非門電路看起來是這樣的:

什麼是門電路?

當然,這只是非門的一種實現方式,這裡用到的是NPN型三極管。如果用N溝道MOS管也是可以的,而且後者在大規模集成電路中更常用,因為能耗極低。中學知識中不會講到三極管或者MOS管,但是高低電壓和電阻肯定是懂的。三極管在這種工況下,可以暫時簡單理解為一個受電壓控制的開關,電壓高就導通,電壓低就不導通。而開關對中學生來說肯定也不陌生。

這個非門的工作原理是,A端輸入高電平1,三極管導通,F端通過三極管接地,輸出低電平0。A端輸入低電平0,三極管不導通,F端通過Rc接電源,輸出高電平1。

總結下來就是,F的電壓總是和A的相反,這就是典型的非門特性。

至於與門和或門,還有異或門和觸發器等,都是以非門為模塊搭建起來的,比如下面這個與門電路:

什麼是門電路?

就是這種門電路,複製千萬次上億次,就可以實現複雜的邏輯功能。當然,如何讓這些門電路互相連接起來,這就是芯片工程師的任務了。

什麼是門電路?


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