与门电路详解：二极管、上拉电阻、电流流向，这次把逻辑门底层的物理规则讲透

一、先当使用手册这东西怎么直接用如果你只是想用与门不用管里面怎么造的记住三句话就行· 与门有两个输入A、B一个输出F。· 你给A和B接高电平5V还是低电平0V。· 只有两个都接高电平时输出才是高电平其他情况输出都是低电平。这就是与门的真值表。你不需要背用的时候推一下就行。至于芯片里面是二极管还是三极管上拉还是下拉——那是芯片设计师的事。你买一块74LS08照着引脚图接VCC和GND把A、B接上你要的信号F就会自动算出结果。二、但我不只想用我想知道为什么最初在课堂上看老师讲与门PPT上画着二极管、电阻、VCC箭头左一道右一道。我当时想这东西和我面包板上那堆线有什么关系后来自己做小机器人面包板上的线插了拔、拔了插舵机动一下就不动WiFi连上网页却打不开。每次遇到问题都觉得自己缺了点什么——不是“怎么接线”是“为什么这么接”。于是我开始追。追二极管怎么通追电流往哪流追为什么A叫输入却能把电“吸”走追上拉电阻和下拉电阻到底在干什么。追到后来发现教材上画的图和我脑子里的图差了一层翻译。三、看懂图的第一步先认符号你要读懂一个电路图首先得认识它画了什么。这不是背书是翻译。· VCC电源正极5伏。它是整个电路的“水源”。· GND地三条横线最上面那条最长。它是0伏的参考点。这里可以类比海平面我们说一座山海拔100米不是因为它真的从某个“绝对0米”开始算而是我们约定海平面是0。GND就是电路里的“海平面”所有的电压都是相对于它说的。0伏不是“什么都没有”是大家都同意的基准。· 电阻R锯齿状。限制电流像一根细水管。· 二极管一个竖线加一个箭头。箭头指向哪里电流就只能往哪里流。单向阀门。· 输入端A、B图上画在左边的点。它们不是“自己就有电”的是你用导线把它们接到VCC或GND给它们1或0。· 输出端F图上画在右边的点。它的电压由电路自己算出来你只能看结果。四、一个容易搞错的地方A和B到底是“输入”还是“输出”教材说A、B是输入。但在物理上当A0时电流是从F流向A的——也就是说A在那一刻是“输出”电流。这不矛盾。逻辑上的“输入”你决定它接高电平还是低电平。物理上的“电流方向”取决于它的电压比F高还是低。这两个是不同层面的事。你只需要记住A、B是你控制电压的地方至于电流往哪流是电路自己决定的。五、与门电路到底长什么样我后来终于看懂了那张图· VCC接一个电阻R。· 电阻的另一端接一个公共节点就叫它F点。· 从F点向左分出两条路· 第一条经过二极管D₁箭头朝左到输入端A。· 第二条经过二极管D₂箭头朝左到输入端B。· 从F点向右引出就是输出端F。关键二极管箭头朝左意思是电流只能从F点流向A或B不能反过来。六、判断的规则谁说了算在推之前先定几条硬规则1. 二极管导通的条件正极电压比负极电压高0.6V以上。导通后电流从正极流向负极。2. 上拉/下拉电阻· 上拉电阻接VCC→ 想把F拉到5V1· 下拉电阻接GND→ 想把F拉到0V0它们只在“没有其他元件干预”时起作用。可以这样理解电阻是一条很窄的路能过电流但很费力二极管导通时是一条宽路电流轻松通过。所以一旦二极管通了窄路就没人在意了。3. 当二极管导通时它覆盖电阻的默认值。当二极管都不导通时F由电阻决定。4. 判断顺序先看A、B判断哪些二极管会导通再决定F。七、用这个规则推一遍A1, B11. 初始状态F点通过电阻R连着VCC所以F点也是5V。2. 看D₁正极F点5V负极A5V两端电压相等 → 不导通。3. 看D₂同理不导通。4. 两个二极管都不导通 → 没有其他元件干预F点。5. 只有上拉电阻R在起作用把F点拉到5V → F1。一个容易忽略的点0.6伏到底算0还是算1在讲二极管导通时我们说过当A0时二极管导通F被拉到0.6伏。注这里插一嘴为什么一定是0.6伏二极管就像个单向阀门只能从正极流向负极。左边那条竖杠是闸门推开闸门电流就从正往负流跟水流从高往低一个道理。阀门打开之后会固定损失0.6伏。这是管子自己的物理性质所有二极管都差不多所以大家就用0.6伏当标准。在与门里二极管是这样接的正极接F负极接A。阀门一开正极就要比负极高0.6伏。A是0伏所以F就是0.6伏。F是一个点不是左右两端。正极和F是同一个点所以F的电压就是0.6伏。在数字电路里0.6伏算0因为低于0.8伏就是0。所以F是0。但0.6伏不是0伏。那它为什么算“0”因为数字电路不要求电压精确等于0伏或5伏。它只认“范围”· 低于0.8伏 → 0· 高于2伏 → 1· 中间那一段0.8伏到2伏是禁止区正常工作时不会进去所以0.6伏在0.8伏以下算0。4.3伏在2伏以上算1。这就是为什么教材里常说“高电平”“低电平”不说“5伏”“0伏”。因为实际电路里电压不会恰好是5伏或0伏总会有一些偏差。但只要偏差在允许范围内逻辑就不变。这一点容易被忽略但很重要。因为如果你用“5伏”和“0伏”去套二极管电路会想不通为什么F被拉到0.6伏还叫0它不是“等于”0是“属于0的范围”。同样二极管导通时F≈4.3伏不是5伏但它属于1的范围。所以结论不变A0时F0A1时F1。这个“接近但不等于”的细节恰恰是二极管能当开关的原因——它不需要精确到5伏只需要把电压推到另一个逻辑范围里。八、推一遍A0, B11. 初始F点被R拉到5V。2. 看D₁正极5V负极A0V电压差5V → 导通。3. 看D₂正极5V负极B5V不导通。4. D₁导通后电流从F点流向A0VF点的电压被拉低直到约0.7V二极管压降。因为A是0V相当于一个很低的坑F点的水就顺着二极管这条宽路流走了。5. 此时D₁仍然导通正极0.7V负极0V压差0.7VF被钳位在0.7V。在逻辑上只要低于0.8V就算0所以F0。6. 最终 F0。九、如果拿不准用反证法假设A1, B1时F01. 假设F0V。2. D₁正极0V负极A5V反偏不导通。3. D₂同样不导通。4. 没有二极管导通F只连着R和VCC → F应该被拉到5V。5. 矛盾。所以假设不成立 → F1。十、画一张表但不写成表格把所有情况写在一起· 当A0, B0时两个二极管都导通F被拉到0.7V → 0· 当A0, B1时D₁导通D₂不通F被拉到0.7V → 0· 当A1, B0时D₁不通D₂导通F被拉到0.7V → 0· 当A1, B1时两个二极管都不通F被上拉电阻拉到5V → 1所以与门就是两个1才出1其他都是0。十一、最后和面包板有什么关系我现在还没有开始画面包板的电路图。但我知道如果我不先把这些逻辑搞清楚直接上手接线还是会像之前一样插了拔、拔了插舵机动一下就不动WiFi连上网页却打不开。不是因为线接得不对是因为脑子里的图是乱的。所以这一篇是我给自己写的“前置作业”。把与门、或门、非门、上拉、下拉、二极管、电流方向全部理一遍再去画面包板至少知道自己在画什么。下一章就是面包板怎么画了。但那是之后的事。这一章先停在“我搞懂了与门为什么长这样”。最后一句与门就一句话——两个1才出1。但知道这句话怎么来的比背下来有用一万倍。