二极管逻辑电路(Diode logic circuit)它是一种以晶体二极管为操作开关的逻辑电路。二极管逻辑电路的优点是电路形式简单,工作电压范围不受限制,但二极管逻辑电路只有逻辑和门,或门,不能实现非门。
中文名
二极管逻辑电路
外文名
diode logical circuit
学科
计算机科学与技术别
逻辑电路
优势
电路简单
缺点
非逻辑无法实现
二极管逻辑电路基本概念
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二极管逻辑电路(Diode logic circuit)以晶体二极管为操作开关的逻辑电路。二极管逻辑的优点是电路简单。但并非所有的逻辑功能都能用二极管逻辑来实现,二极管逻辑电路中只有逻辑和门,或门,不能实现非门。当几个二极管逻辑电路级联时,会出现电压降问题,因此二极管逻辑电路只能单独使用,不能级联。二极管逻辑的使用:二极管逻辑一般用于构建二极管-晶体管逻辑(DTL)门电路中。
二极管逻辑电路二极管的工作原理
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二极管逻辑电路P-N结的单向导电性
利用二极管实现逻辑电路主要是利用二极管的单向导电性。二极管具有单向导电性的原因是在制造二极管的半导体中P-N以下是结的作用P-N做一些介绍。
P-N结果,施主(如硅元素)杂质混合在一个半导体中,使其中一部分成为N型半导体。其余部分与主要杂质(如硼)混合,成为P型半导体。当P型半导体和N型半导体共存时,两个区域之间的交界处是P-N结。P-N结很薄,结中的电子和空穴很少,但N型附近有正电荷离子,P型附近有负电荷离子。这是因为P型区中空穴浓度大,N型区电子浓度大。因此,当它们结合在一起时,电子和空穴的扩散运动很容易发生在它们的交界处.由于P区有大量可移动的空穴,N几乎没有空穴,空穴会从P区扩散到N区。N区还有大量的自由电子,P几乎没有电子,所以电子将从N区扩散到P区.随着扩散的进行,P区空穴减少,出现一层带负电的粒子区;N区域电子减少,出现带正电的粒子区。结果在P-N空间电荷区形成在结的边界附近,P带负电荷的离子在型区一侧,N带正电荷的离子在型区一侧形成强大的局部电场,方向由N区指向P区。加正电压(即P区加正电源,N当电场减弱时,区加电源负极如图1所示,N该区域的电子和P区域的孔容易通过,因此电流较大;当外部电压相反(图2)时,电场增强,只能通过原N区域的少数孔和P区域的少数电子,因此电流非常小。这就是P-N结的单向导电性[1]
。
图1
图2
二极管逻辑电路二极管的单向导电性
由于二极管是由半导体材料制成的P-N二极管具有单向导电性。
(1)正特性
在电子电路中,将二极管的正极连接到高电位端,负极连接到低电位端,二极管将被引导,称为正偏置。二极管两端的电压基本保持不变(锗管约为 0.3V,硅管约为 0.7V),称为二极管的正压降。与高压相比,二极管的正导电压非常低,可以近似地认为为为零。如图6所示。
(2)反向特性
在电子电路中,二极管的正极连接到低电位端,负极连接到高电位端。此时,二极管中几乎没有电流流过。此时,二极管处于截止状态,称为反向偏置。
二极管逻辑电路二极管逻辑电路
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二极管逻辑电路二极管和门电路
如图所示,如果输入端有任何例子V,为 6 V,在这种情况下,D1导通将Y点电压钳制在0V。此时D2因反向电压而停止,因此。由此可见,在门的几个输入端中,只有低压输入的二极管被引导,Y被夹在低压(接近0V),加高电压输入的二极管已经结束。
若输入端A,B都处于高压 6V,这时,D1和D2都截止了,所以输出端Y点电压和 相等,即= 6V。
二极管逻辑电路二极管或门电路
或门电路为:
输入输出电压之间的关系表为:
从而得出或门逻辑真值表:
二极管逻辑电路三种逻辑电路的比较
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随着现代科技的发展,人们的生活离不开数字电路。逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。所谓的门是一种开关,它可以定的条件控制信号的通过或不通过。门电路的输入输出有一定的逻辑关系(因果关系),所以门电路也叫逻辑门电路。和、或、非三种基本逻辑关系。常用的有CMOS逻辑,TTL逻辑与二极管逻辑的比较如下:
(1)二极管逻辑电路优点是电路形式简单,工作电压范围不受限制,用开关管或超快恢复二极管、肖特基二极管可以达到较高的速度,但驱动能力相对较弱,功耗相对较大,输入阻抗相对较低,综合起来造成扇出系数很低。并且由于不能实现逻辑非门,不能级联,二极管逻辑的使用是很受限制的。
(2)TTL逻辑电路的缺点是电路形式比二极管逻辑电路复杂,工作电压范围窄,输入阻抗高于二极管逻辑电路,但不如CMOS逻辑电路功耗略大,优点是速度高,驱动能力强,风扇系数中等。
(3)CMOS逻辑电路的缺点是电路比二极管逻辑电路更复杂,工作电压范围比二极管更宽TTL逻辑电路明显小于二极管逻辑电路,具有速度高、驱动能力强、输入阻抗高、风扇系数最大等优点。CMOS比TTL噪声容量大,抗干扰能力强,驱动负载能力强。由于这些优点,CMOS使用占主导地位。
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参考资料
1.
吴海. 二极管和逻辑电路[J]. 中学物理:高中版, 2014, 32(11):49-49.