二極管門電路是什么
1.啥是門電路
在開始聊起二極管門電路之前,現(xiàn)需要搞清楚啥是門電路。無論是在數(shù)學課,還是C語言課程,還是電路學課程中,都會見過與(&)、或(|),非(~)吧。那么這些邏輯運算究竟是如何實現(xiàn)的呢?
用以實現(xiàn)與或非(基本邏輯運算)的電路(單元電路,即最小的單元模塊)就是門電路了。
2.老子當年也很那啥
其實一開始使用的并不是二極管(半導體)來實現(xiàn)的門電路。
首先使用的單刀開關如下圖
步驟如下:
(1)左側 UI (V_input)是輸入,右側是Uo(V_output)是輸出。
(2)開關S斷開,輸出為高電平
(3)開關S閉合,輸出為低電平。
如果我們以正邏輯方式來看,就是S斷開,輸出1,S閉合輸出0.(所謂正邏輯就是1代表高電平,0代表低電平)。
表面是這個單刀開關的電路就可以實現(xiàn)門電路,沒有啥問題,干嘛會被淘汰,去使用半導體門電路呢?
真的沒有缺陷嗎,仔細思考一下,我們這里所說的高電平,和低電平,單單從數(shù)學的角度,是1和0但是,在現(xiàn)實生活中電源提供的電壓,可是一個0-[公式]的值哦。是一個連續(xù)的模擬量,并不是一個離散的0 或者1.
那么,也就是說,這里所說的高電平,低電平并不是一個確切的值,而實一個范圍,比如說0-x的電壓范圍是代表低電平,x-y的電壓范圍是代表高電平。
那么問題來了。
(1)如果我想要低電平,那么我就希望這個電阻R越大越好,最好是讓他達到無窮盡。這樣輸 出的就真的是0伏電壓了。
(2)如果我想要高電平,那么就希望這個電阻R越小越好,最好是電阻值為0,那么這個輸出就真的是電壓的額定值,標準的高電平。
可是實際生活,我們不僅需要高電平,也需要低電平,那么這個電阻的取值范圍就不可以太大也不可以太小,究竟去什么值呢?這就是一個存在的隱患。
與此同時,單刀開關,無法去是集成在一個很小的集成電路中。這也是一個缺憾。
因而出現(xiàn)了半導體門電路。
3.二極管門電路
二極管,的伏安特性是,接正向電壓可以導通,反向電壓可以看作斷開。如下
使用二極管做成的門電路如下
學而不思則罔,僅說一個與門,或門留給我自己思考了(有興趣,可以一同思考一下 )。步驟如下:
(1)如果輸入端A和B,都輸入一個很小的電壓。 Vcc 遠大于它,那么電路導通,Y則輸出一個0.7V(相當于二極管的開啟電壓值)。
(2)如果輸出端A和B,都輸入一個很大的電壓假設是Uo ,但是還是遠小于Vcc,那么Y輸出電壓為(Uo+0.7)v.
以正邏輯規(guī)則來看則,當輸入低電壓,則得到一個低電平,輸入高電壓,就得到一個高電平。
所謂的與門,則是同1得1,有0得0.根據電路得串并聯(lián)原理,這一點很容易可以看的出。不再過多累贅。
或門。。。。。嗯。。。容我好好思考一下。
這樣二極管恩電路就實現(xiàn)了。
理論上這樣就實現(xiàn)了二極管門電路,但是為什么還會出現(xiàn)TTL門電路,CMOS門電路呢?
這個真的是十全十美得嗎
當然不是,我門還是以與門為例,好好分析一下。
首先,我輸入得如果是0V,則輸出的是0.7V(低電平情況),如果我輸入x伏,則我得到的輸出是(x+0.7)伏(高電平情況)。如果將這個輸出送到下一級,作為下一級的輸入,下一級假設又是一個與門,就會在原來電壓的基礎上再加0.7。下下級,下下下級。。。以此循環(huán)下去。那么每一級的[公式]將不斷變大。
其次,直接結上負載,那么每一個負載都是有電阻的,隨著電阻值的變化??梢韵胂筝敵鲆彩谴嬖谧兓?。
以上原因,就導致二極管門電路,是不可以直接拿出來單獨作為一個獨立模塊使用的,也不可以直接接負載。僅僅只可以作為集成電路內部的邏輯單元來使用。(或門也是同理)。
這里留一個懸念,二極管不可以直接負載,是不是就是這個原因,從而出現(xiàn)了TTL電路和CMOS門電路的呢。如若有機會,會單獨在寫一些關于TTL門電路和CMOS門電路的東東。
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