昨天一个人来面试硬件,我让他用三极管等最简单的方式画一个与非门......

昨天HR叫我去面试了一个工作一年左右的硬件工程师,我问了其中一个问题:用最简单的方式,通过二极管或者三极管手画一个与非门。

小伙子可能一下子被我唬住了,思索了一会儿,纸上花了一些电路,还是没画出正确的来,我相信小伙子懂这个,只是可能一下子蒙住了,这里简单跟大家分享回忆一下。

现在集成化越来越高,很多工程师,对我们的老祖宗电路都是模糊的概念,很多设计都是抄来抄去,即使正在用的电路都不一定正真明白其中原理,反正别人都是这么用的。大家要知道,根基稳才能走得远啊。

下面是与门,或门,与非门,异或门的简单电路展示,大家可以温习一下:


后面,一些 短内容,比如好玩儿,创意,有趣,经典的图片,视频等,都会放到公众号 跳动的字节上面发布,大家可以关注下,每天都会更新内容。芯片之家,还是长一点的内容居多。

谢谢您的关注!

### 计算74LS00与非门的最大驱动能力 为了计算74LS00与非门可以驱动的相同与非门的数量,需要了解其驱动能力和负载特性。通常情况下,TTL逻辑器件(如74LS系列)的驱动能力由输高电平和低电平时所能承受的最大电流决定。 #### 输高低电平下的最大驱动能力 对于74LS系列芯片而言,单个与非门的输端口具有一定的源电流(I<sub>OH</sub>)和灌电流(I<sub>OL</sub>)。具体数值如下: - **输高电平(V<sub>OH</sub>)**:能够提供约400 µA的源电流。 - **输低电平(V<sub>OL</sub>)**:能够吸收约8 mA的灌电流[^1]。 这些参数决定了一个74LS00与非门最多能驱动多少相同的与非门作为负载。 #### 负载条件分析 当多个与非门连接到同一个信号上时,它们共同构成了总负载。每增加一个与非门,都会引入额外的输入电流需求。以下是关于74LS系列输入电流的关键数据: - 输入高电平(V<sub>IH</sub>)下所需的电流约为20 µA/输入脚。 - 输入低电平(V<sub>IL</sub>)下所需的电流约为-0.4 mA/输入脚。 因此,在设计中需考虑两种极端情况: 1. 所有被驱动的与非门都处于高电平状态; 2. 所有被驱动的与非门都处于低电平状态; #### 实际计算过程 假设我们希望知道单一74LS00与非门可支持的最大同类型并联数量N,则分别针对上述两场景进行估算: ##### 场景一:全为高电平输入 此时主要关注的是输高电平条件下允许提供的最大源电流限制。即满足以下不等式即可得理论上的最大值 N_high: \[ I_{OH} \geqslant N_{high} \times (Input\ Current\ per\ Gate)\] 代入已知量得到: \[ 400µA ≥ N_{high} × 20µA \Rightarrow N_{high}=20 \] 这意味着理论上可以在不影响性能的前提下让该与非门带动多达二十几个其他同样类型的高阻态输入端子。 ##### 场景二:全为低电平输入 这里重点考察输低电平状态下可供利用的最大吸电流容量约束关系表达式如下所示: \[ |I_{OL}|≥|N_low×(Input\ Current\ per\ Gate)| \] 进一步展开运算后获得近似结果大约十来个左右因为实际应用当中往往还会考虑到噪声容限等因素的影响所以最终推荐的安全范围应该小于这个极限值得多一些比较稳妥合理的选择区间大概是在八至十个之间较为适宜具体情况视项目需求而定而已并非绝对固定不变的标准答案哦! ```python def calculate_fanout(current_source, current_sink_per_gate): max_fanout_high = int(abs(current_source / current_sink_per_gate)) max_fanout_low = int(abs(-current_source / (-current_sink_per_gate * 10))) # Simplified assumption for low state return min(max_fanout_high, max_fanout_low) fanout_limit = calculate_fanout(400e-6, 20e-6) print(f"The maximum fan-out of a single gate is approximately {fanout_limit}.") ``` 综上所述,基于标准工作环境以及保守估计原则之下,单片74LS00中的每一个独立单元大致具备至少八个以上的同类元件级联操作潜力^。
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