Чому нам потрібно використовувати транзистори, будуючи ворота АБО?

Чому нам потрібно використовувати транзистори, будуючи ORворота? Чи не змогли б ми взагалі досягти такого ж результату без транзисторів, просто з'єднавши два входи і прочитавши вихід?

Те, що ви описуєте, називається провідним АБО з'єднанням. Це можливо в деяких логічних сімей, зокрема ECL (емітер, пов'язана логікою), але не в найбільш поширених (TTL і CMOS).

У CMOS це неможливо, оскільки, коли вихід CMOS низький, він створює дуже близький від виводу штифт через мікросхему до землі. А коли він високий, він створює дуже близький короткий шлях від VDD через мікросхему до вихідного штифта.

Тож якщо ви зв'язали два виходи CMOS разом і один високий вихід, а інший низький, у вас буде дуже близький від VDD до землі, що призведе до великого струму і, ймовірно, перегріває одну чи іншу з двох задіяних мікросхем.

Для TTL є аналогічна проблема, але "шорти" від вихідного штифта до VDD або землі не такі вже й короткі, як у CMOS.

Існує варіант стилю виводу, який називається відкритим стоком для CMOS або відкритим колектором для TTL, що дозволяє проводити провідні І з'єднання, а не провідні АБО. Ці виходи розроблені так, щоб вони змогли занурити струм на землю, а не бути здатними виробляти якийсь вихідний струм, коли вони номінально знаходяться у високому стані. Зазвичай вони використовуються із зовнішнім підтягуючим резистором, щоб напруга на виході фактично досягало рівня "високого" напруги, коли це потрібно.

Примітка: Відкритий колектор або відкритий злив можна використовувати для провідного АБО, якщо ви використовуєте активну-низьку логіку (низька напруга являє собою логіку 1, висока напруга являє собою логіку 0).

це дозволяє "приєднатися до результатів"

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Якщо ви просто підключите дроти, у вас буде (досить вірогідна) можливість 0 і 1 разом. Оскільки 0 - gnd, а 1 - 5V (залежно від мікросхем, але це стандарт), у вас буде 5V і gnd, з'єднані між собою проводами. Термін для цього - коротке замикання!

Ви можете використовувати діоди для простого АБО ворота. Або навіть резистори. Проблеми виникають, коли ви підключаєте ці ворота до інших воріт, іншої схеми. Ви можете побудувати ворота І з 2 діодів навпаки. Але якщо ви спробуєте з'єднати багато з них разом, ви потрапляєте в один гігантський контур, який функціонує не як маленькі окремі частини, а як одна велика. З'єднання, які не у вашому простому плані воріт, можуть з'явитися в реальному житті і зіпсувати те, що ви хочете статися.

Транзистор дозволяє відокремити вхід від виходу. Вихід транзистора не може подати назад і вплинути на його вхід. Ретрансляція була б іншою альтернативою, хоча і повільнішою. Оскільки перемикач не може впливати на електромагніт.

Рання логіка була RTL або DTL, резистор-транзисторна логіка або діодно-транзисторна логіка. Спочатку резистори, потім пізніше діоди використовувались для формування ворота, потім транзистор діяв для буферування результату, щоб наступний використаний вами не повертався через цей вхід.

Тепер, оскільки транзистори на мікросхемах практично безкоштовні, це є фінансово, ми маємо розкіш у тому, щоб все було належним чином буферизовано та окремо. Зазвичай це те, що ми хочемо. Логіка TTL!

Поміркуйте, що станеться, якщо один вхід високий і один низький, і ви з'єднаєте два входи. Це залежить від того, як ви будуєте свої логічні ворота.

Якщо ваші логічні ворота розроблені так, що високий дійсно високий, а низький - низький (CMOS), то це коротке замикання, і щось вибухне.

Якщо ваші логічні ворота розроблені таким чином, що високий "слабкий" або високий опір (наприклад, NMOS), вихід буде низьким, але також інший вхід (який повинен бути високим) буде змушений бути низьким, хоча це повинно бути високим, і це матиме ефект на інших логічних воротах, які використовують той же вхід.

Існує аналоговий підхід:
комбінуйте будь-яку кількість входів (припустимо, 0 або 5 вольт) з резисторами.
Якщо напруга в результаті дорівнює 0, всі вимкнено.
Якщо напруга в результаті дорівнює 5, то всі включені.
Поміж напругами вказується, що деякі включені, а деякі вимкнені.
Приклад: Якщо є 4 входи, 2,5 вольт означає, що 2 увімкнено, а 2 вимкнено.

результат == 0: ні
результат ворота == 5: і
результат воріт ! = 0: або
результат ворота ! = 5: нанд ворота

Не потрібні транзистори для входів, просто для виходу, щоб перевірити напругу і відновити логічний результат 0 або 5 вольт.

Це може бути використано для аналогового вузла нейронної мережі з нелінійною функцією виходу, яка має "м'який" результат, який може бути не зовсім правдивим або хибним.

Після роздумів:
Резистори, що використовуються таким чином, можуть уповільнити логічну швидкість, оскільки ємність, що йде за резисторами, повинна бути заряджена або розряджена при зміні входів. Також використання транзисторів може значно зменшити споживання електроенергії. Використовувані таким чином резистори завжди можуть споживати енергію за допомогою суміші вхідних станів. За допомогою транзисторів споживання електроенергії можна приблизно розділити на коефіцієнт посилення транзисторів.

З деякими логічними елементами (усі дверцята автомобільних дверцят, що запалюють одну і ту ж лампу), це можливо, але не, наприклад, з воротами CMOS, оскільки вони вбудовані з транзисторами ПЕТ та N каналу FET, тому для забезпечення виходу вони потребують певного входу високої та низької напруги. вхід не може залишатися плаваючим. З'єднання виходів CMOS разом не буде працювати.