二极管逻辑门

电器工程 电路分析 逻辑门
2022-01-31 12:32:25

出于某种原因,我了解晶体管逻辑门,并且能够解决问题,但由于某种原因,我不了解由二极管构成的和/或逻辑门。如果有人可以使用电路分析向我解释,我将不胜感激。

在 DRL 中实现的 OR 和 ADD 逻辑

4个回答

您只需要记住,电流沿箭头方向流过二极管。

在 OR 门的情况下,如果两个输入端都没有电位(即逻辑 0 或接地),则没有电流通过任何一个二极管,下拉电阻 R\$_{L}\$ 将保持接地输出(逻辑 0)。

如果一输入在其输入(In 1 或 2)上具有正(逻辑 1)电压,则电流将通过二极管并出现在输出 Out 上,减去二极管(也称为二极管)的正向电压降低)。

由于反向二极管,与门看起来更具挑战性,但事实并非如此。

如果任一输入(In 1 或 In 2)处于接地电位(逻辑 0),则由于电阻器 R\$_{L}\$ 的正电压导致阳极侧电位较高,电流将流过二极管和输出 Out 上的电压将等于二极管的正向电压 0.7v。

如果AND 门的两个输入都为高电平(逻辑 1),则没有电流通过任何一个二极管,通过 R\$_{L}\$ 的正电压将出现在输出 Out 上。

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顺便说一句,二极管逻辑本身并不是很实用。例如,在 OR 门的描述中指出,当任一输入上的逻辑高 (1) 时,Out 端子上的电压将是输入上的电压减去二极管压降。仅使用无源电路无法恢复此电压降,因此这严重限制了可以级联的栅极数量。

使用二极管逻辑,也很难构建除 AND 和 OR 之外的任何门。NOT 门是不可能的。

所以进入 DTL(二极管晶体管逻辑),它在上述门的输出上添加了一个 NPN 晶体管。这将它们变成了NANDNOR门,其中任何一个都可用于创建任何其他类型的逻辑功能。

有时会同时使用二极管逻辑和 DTL 的组合;二极管逻辑的简单性,以及 DTL 提供信号电平的否定和再生。Minuteman II 导弹的制导计算机是在 1960 年代初期开发的,它使用了德州仪器 (TI) 制造的早期集成电路中包含的二极管逻辑和二极管晶体管逻辑的组合。

通过考虑二极管的理想模型,您可以轻松理解由二极管制成的逻辑电路,其中我们忽略了二极管的 0.6-0.7v 内置正向压降、任何体电阻和非理想值。所以基本上我们认为理想二极管是一个完美的开关:它在正向偏置时关闭,在反向偏置时打开

理想二极管模型

Vp = voltage at P or Anode  terminal of diode 
Vn = voltage at N or Cathode terminal of diode
Vpn = Vp - Vn = terminal voltage across diode
Id = current through diode

if Vpn < 0, Diode is reverse biased and acts as an open circuit i.e. Id = 0
if Id != 0, Diode is forward biased and acts as a short circuit i.e. Vpn = 0

使用此模型,让我们计算通过电阻器的电流 I

或门

In1  In2  I    Out
0v   0v   0     0v
0v   Es   Es/R  Es
Es   0v   Es/R  Es
Es   Es   Es/R  Es

每当两个输入中的至少一个保持高电平 (Es) 时,非零电流通过电阻器流向接地,因为相应的二极管正向偏置并充当短路。由于用作短路的二极管两端的电压降为 0,因此端子Out保持输入高电平 (Es)。当两个输入都接地(0v)时,两个二极管都反向偏置,因此开路,没有电流流过电阻。因此,端子Out现在接地 (0v)

与门

In1  In2  I    Out
0v   0v   Es/R  0v
0v   Es   Es/R  0v
Es   0v   Es/R  0v
Es   Es   0     Es

每当两个输入端子中的至少一个接地 (0v) 时,它们各自的二极管正向偏置并充当短路,导致非零电流流过电阻器。由于作为短路的二极管两端的电压降为 0,因此端子Out保持接地 (0v)。当两个输入都保持高电平 (Es) 时,现在两个二极管都反向偏置,因此充当开路,没有电流流过电阻器。结果,端子Out现在被拉至高电平 (Es)

我可以用 OR 门来解释。下拉电阻器将输出设置为 0 V,但通过一个相对较高的阻抗。

二极管可以简单地被认为是一个开关,如果它两端有一个正电压(其中“正”可以解释为大于导通电压),那么它是低阻抗的。如果有负电压,则有高阻抗。

现在,看看 OR 门。如果 IN1 和 IN2 均为低电平,则两个二极管均处于关闭状态(即它们为高阻抗)。因此,下拉电阻占主导地位,输出为零。

例如,如果 IN1 为高电平,则二极管打开,IN1 与下拉电阻抗争。但是,如果 IN1 的输出阻抗较低(应该如此),那么它将赢得拔河比赛,并且输出将变为 IN1 或 HIGH。如果 IN2 或 IN1 和 IN2 都为高,则相同的论点成立。

请记住,绘制的图表暗示 IN1 和 IN2 = Es。

另外,请记住二极管指向电压的方向,因此如果箭头指向的一侧小于箭头指向的一侧,则二极管导通。

在下面的“AND”情况下,只有当 A AND B 为真时,Y 才会变为真(高电平) ,而在“OR”情况下,当 A OR B 为真 时,Y 才会变为真

在此处输入图像描述