二極管邏輯電路

P-N結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

利用二極管實(shí)現(xiàn)邏輯電路主要是利用了二極管的單向?qū)щ娦?，二極管之所以具有單向?qū)щ娦裕且驗(yàn)橹谱鞫O管的半導(dǎo)體中P-N結(jié)的作用，下面首先對(duì)P-N結(jié)做一些介紹。

P-N結(jié)是在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主（如硅元素）雜質(zhì)，使其中一部分成為N型半導(dǎo)體。其余部分摻入受主雜質(zhì)（如硼元素）而成為P型半導(dǎo)體，當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體這兩個(gè)區(qū)域共處一體時(shí)，這兩個(gè)區(qū)域之間的交界層就是P-N結(jié)。P-N結(jié)很薄，結(jié)中電子和空穴都很少，但在靠近N型一邊有帶正電荷的離子，靠近P型一邊有帶負(fù)電荷的離子。這是因?yàn)?，在P型區(qū)中空穴的濃度大，在N型區(qū)中電子的濃度大，所以把它們結(jié)合在一起時(shí)，在它們交界的地方便要發(fā)生電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng).由于P區(qū)有大量可以移動(dòng)的空穴，N區(qū)幾乎沒(méi)有空穴，空穴就要由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。同樣N區(qū)有大量的自由電子，P區(qū)幾乎沒(méi)有電子，所以電子就要由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散.隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，P區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)電的粒子區(qū)；N區(qū)電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)。結(jié)果在P-N結(jié)的邊界附近形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，P型區(qū)一邊帶負(fù)電荷的離子，N型區(qū)一邊帶正電荷的離子，因而在結(jié)中形成了很強(qiáng)的局部電場(chǎng)，方向由N區(qū)指向P區(qū)。當(dāng)結(jié)上加正向電壓（即P區(qū)加電源正極，N區(qū)加電源負(fù)極如圖1）時(shí)，這時(shí)電場(chǎng)減弱，N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴都容易通過(guò)，因而電流較大;當(dāng)外加電壓相反（圖2）時(shí)，則這時(shí)電場(chǎng)增強(qiáng)，只有原N區(qū)中的少數(shù)空穴和P區(qū)中的少數(shù)電子能夠通過(guò)，因而電流很小。這就是P-N結(jié)的單向?qū)щ娦?。

圖1

圖2

二極管的單向?qū)щ娦?/p>

二極管多用半導(dǎo)體材料制成，由于其中P-N結(jié)單向?qū)щ娦缘淖饔?，故二極管具有單向?qū)щ娦浴?

（1）正向特性

在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱(chēng)為正向偏置。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 0.3V，硅管約為 0.7V），稱(chēng)為二極管的“正向壓降”。二極管正向?qū)妷汉艿团c高電壓相比可以近似認(rèn)為為零。如圖6。

（2）反向特性

在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱(chēng)為反向偏置。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)字電路。邏輯門(mén)電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯元件。所謂門(mén)就是一種開(kāi)關(guān)，它能按照一定的條件去控制信號(hào)的通過(guò)或不通過(guò)。門(mén)電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系），所以門(mén)電路又稱(chēng)為邏輯門(mén)電路。基本邏輯關(guān)系為“與”、“或”、“非”三種。常用的有CMOS邏輯，TTL邏輯和二極管邏輯，下面是三種邏輯的比較：

（1）二極管邏輯電路優(yōu)點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單，工作電壓范圍不受限制，用開(kāi)關(guān)管或超快恢復(fù)二極管、肖特基二極管可以達(dá)到較高的速度，但驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)較弱，功耗相對(duì)較大，輸入阻抗相對(duì)較低，綜合起來(lái)造成扇出系數(shù)很低。并且由于不能實(shí)現(xiàn)邏輯非門(mén)，不能級(jí)聯(lián)，二極管邏輯的使用是很受限制的。

（2）TTL邏輯電路缺點(diǎn)是電路形式比二極管邏輯電路要復(fù)雜，工作電壓范圍較窄，輸入阻抗高于二極管邏輯電路但不如CMOS邏輯電路，功耗略大，優(yōu)點(diǎn)是速度較高，驅(qū)動(dòng)能力也較強(qiáng)，綜合起來(lái)扇出系數(shù)中等。

（3）CMOS邏輯電路缺點(diǎn)是電路形式比二極管邏輯電路要復(fù)雜，工作電壓范圍寬于TTL邏輯電路但明顯小于二極管邏輯電路，優(yōu)點(diǎn)是速度較高，驅(qū)動(dòng)能力也較強(qiáng)，而且輸入阻抗極高，綜合起來(lái)扇出系數(shù)最大。CMOS比TTL的噪聲容限更大，抗干擾能力，驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力更強(qiáng)。正由于這些優(yōu)點(diǎn)，CMOS的使用占據(jù)了主導(dǎo)地位。2100433B

二極管邏輯電路（Diode logic circuit）是用晶體二極管作為操作開(kāi)關(guān)的邏輯電路。二極管邏輯的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單。但是并不是所有的邏輯功能都可以用二極管邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的，二極管邏輯電路中只有邏輯與門(mén)，或門(mén)，不能實(shí)現(xiàn)非門(mén)。在幾個(gè)二極管邏輯電路級(jí)聯(lián)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)電壓降的問(wèn)題，所以二極管邏輯電路只能單獨(dú)使用，不能級(jí)聯(lián)。二極管邏輯的使用：二極管邏輯一般是用于構(gòu)建二極管—晶體管邏輯（DTL）門(mén)電路中。

二極管與門(mén)電路

如圖，若輸入端中有任意一個(gè)例如

若輸入端A，B都處于高電壓 6V，這時(shí)，D1和D2都截止，所以輸出端Y點(diǎn)電壓

二極管或門(mén)電路

或門(mén)電路為：

輸入與輸出電壓之間的關(guān)系表為：

從而得出或門(mén)邏輯真值表為：

數(shù)字邏輯電路課程內(nèi)容主要包括數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則、邏輯代數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式、組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、鎖存器和觸發(fā)器應(yīng)用示例、邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路、組合邏輯功能模塊、時(shí)序邏輯電路、時(shí)序邏輯功能模塊、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換等。

發(fā)射極功能邏輯電路是在發(fā)射極耦合邏輯電路基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)化電路，它在大規(guī)模集成電路中作為內(nèi)部單元電路和在與發(fā)射極耦合邏輯電路配合時(shí)，以構(gòu)成各種組合門(mén)方面顯示出速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小和功能靈活等優(yōu)點(diǎn)。