二进制信号与逻辑门：数字电子学基础
二进制数制虽是迷人数学构造，其真正威力在应用于电子学时显现。本章演示二进制位如何转化为真实电路行为。
二进制数制的意义在于其简洁：比特仅能取0或1。任何能在两个饱和状态间切换的物理介质均可表示比特。因此，任何能存储二进制位的系统也能编码和操作数值——数字计算的基石。
二进制与电子电路
晶体管二进制工作
晶体管在极限偏置下仅在两个离散状态工作：截止（无控制电流）或饱和（最大控制电流）。设计电路强制晶体管进入极端之一——避免线性/有源区——即作为二进制位的物理实体。
电压电平作为位值
基于晶体管的电路可输出电压表示单比特：低电压表示二进制“0”，较高电压表示“1”。考虑下述配置：
此设置中，晶体管经两位置开关施加5V输入而饱和。饱和晶体管集电极-发射极压降可忽略，输出近0V。解读：输入为二进制“1”，输出为“0”。接近电源轨电压（相对地）视为“1”，无电压视为“0”。这些电平常称高（为“1”）和低（为“0”）。电路电压表示比特的整体称逻辑电平。
反转开关
拨动开关至另一位置，输入二进制“0”，输出二进制“1”：
什么是逻辑门？
利用单个晶体管创建基本逻辑门，一种专用放大器，输入输出对应二进制1/0的逻辑电平电压。门不用于放大模拟信号；多个门组合可存储位（存储器）或执行计算（运算）。后续章节深入探讨；此处聚焦单门行为。
反相器或非门
上述电路作反相器（非门），输出输入的逻辑补。为清晰，门电路通常用专用符号而非晶体管电阻网络绘制。标准反相器符号如下：
另一种常见表示：
注意三角形形状，类似运算放大器。输入或输出端的小圆圈表示反相。去掉圆圈得缓冲器符号，表示非反相放大。
数字原理图常省略电源连接以简洁。但完整非门表示含电源轨，如下：
为简化原理图，电源线常省略，仅保留必要输入输出连接：
此处 Vcc 表示正直流供电电压——典型5V——接晶体管集电极。所有标记Vcc的点共享此连接。
后续章节将介绍更多多输入逻辑门。每个门的输出取决于其输入状态及逻辑功能。
用真值表表达门功能
真值表是展示门行为的标准工具。列出所有可能输入逻辑电平组合（高/低或1/0）及对应输出。单输入非门真值表简单：
更复杂门表更大。门行数等于2的输入数次方：1输入2行，2输入4行，3输入8行，以此类推。
复习：
- 数字电路中，二进制位（0和1）由相对地的电压电平表示：无电压为“0”，满供电压为“1”。
- 逻辑门是输入输出逻辑电平电压的专用放大器。原理图通常用独特符号而非晶体管-电阻网络。
- 原理图常省略电源线，类似运算放大器做法。
- 真值表系统捕捉门的输入-输出关系，枚举所有逻辑电平组合。
相关练习：
- 数字逻辑信号练习题
- 基本逻辑门练习题
- 布尔代数练习题
工业技术