分立元器件门电路：从二极管到三极管，逻辑门的原始形态

分立元器件门电路：从二极管到三极管，逻辑门的原始形态在 CMOS 芯片统治世界之前，逻辑门是用一个个分立的二极管、三极管和电阻，在电路板上焊出来的。理解这些原始的门电路，才能真正理解"逻辑运算如何变成物理电路"。现在的芯片里有几十亿个晶体管，一个与非门可能只占几十个晶体管的面积。但在集成电路发明之前，逻辑门是用分立的二极管、三极管和电阻一个个搭出来的。这篇文章回到数字电路的起点，看看最原始的门电路是怎么工作的：二极管怎么做与门和或门，三极管怎么做非门，以及正逻辑和负逻辑之间那个容易被忽略的对应关系。一、二极管与门：最简单的逻辑门电路结构二极管与门的电路非常简单：两个二极管的阳极接在一起作为输出 Y，阴极分别作为输入 A 和 B，输出端通过一个上拉电阻接到电源 Vcc。工作原理设高电平为 3V，低电平为 0V，二极管导通压降UD=0.7VU_D = 0.7VUD​=0.7V。uA/VuB/VD1D2uY/V00导通导通0.703导通截止0.730截止导通0.733导通导通3.7核心机制：哪个输入的电压低，哪个二极管先导通，把输出钳位在"低输入电压 + 0.7V"。只有当两个输入都为高电平时，输出才是高电平。转换成逻辑值（0.7V 算低电平，3.7V 算高电平）：ABY000010100111这就是与逻辑：Y=ABY = ABY=AB。关键问题：电平偏移注意输出的高电平是 3.7V 而不是 3V，低电平是 0.7V 而不是 0V。每经过一级二极管门，高电平升高 0.7V，低电平也升高 0.7V。这意味着二极管门不能多级级联——级联几级之后，高低电平的差距会越来越小，最终无法区分 0 和 1。这是二极管门的致命缺陷。二、二极管或门：对称的另一种基本门电路结构或门和与门是对称的：两个二极管的阴极接在一起作为输出 Y，阳极分别作为输入 A 和 B，输出端通过一个下拉电阻接地。工作原理uA/VuB/VD1D2uY/V00导通导通-0.703截止导通2.330导通截止2.333导通导通2.3核心机制：哪个输入的电压高，哪个二极管先导通，把输出拉到"高输入电压 - 0.7V"。只要有一个输入为高电平，输出就是高电平。转换成逻辑值：ABY000011101111这就是或逻辑：Y=A+BY = A + BY=