二極體邏輯電路

二極體邏輯電路（Diode logic circuit）是用晶體二極體作為操作開關的邏輯電路。二極體邏輯電路優點是電路形式簡單，工作電壓範圍不受限制，但二極體邏輯電路中只有邏輯與門，或門，不能實現非門。

基本介紹

• 中文名：二極體邏輯電路
• 外文名：diode logical circuit
• 學科：計算機科學與技術
• 類別：邏輯電路
• 優勢：電路簡單
• 缺點：不能實現“非”邏輯

基本概念

二極體邏輯電路（Diode logic circuit）是用晶體二極體作為操作開關的邏輯電路。二極體邏輯的優點是電路簡單。但是並不是所有的邏輯功能都可以用二極體邏輯來實現的，二極體邏輯電路中只有邏輯與門，或門，不能實現非門。在幾個二極體邏輯電路級聯的時候會出現電壓降的問題，所以二極體邏輯電路只能單獨使用，不能級聯。二極體邏輯的使用：二極體邏輯一般是用於構建二極體—電晶體邏輯（DTL）門電路中。

二極體的工作原理

P-N結的單嚮導電性

利用二極體實現邏輯電路主要是利用了二極體的單嚮導電性，二極體之所以具有單嚮導電性，是因為製作二極體的半導體中P-N結的作用，下面首先對P-N結做一些介紹。

P-N結是在一塊半導體中，摻入施主（如矽元素）雜質，使其中一部分成為N型半導體。其餘部分摻入受主雜質（如硼元素）而成為P型半導體，當P型半導體和N型半導體這兩個區域共處一體時，這兩個區域之間的交界層就是P-N結。P-N結很薄，結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型一邊有帶負電荷的離子。這是因為，在P型區中空穴的濃度大，在N型區中電子的濃度大，所以把它們結合在一起時，在它們交界的地方便要發生電子和空穴的擴散運動.由於P區有大量可以移動的空穴，N區幾乎沒有空穴，空穴就要由P區向N區擴散。同樣N區有大量的自由電子，P區幾乎沒有電子，所以電子就要由N區向P區擴散.隨著擴散的進行，P區空穴減少，出現了一層帶負電的粒子區；N區電子減少，出現了一層帶正電的粒子區。結果在P-N結的邊界附近形成了一個空間電荷區，P型區一邊帶負電荷的離子，N型區一邊帶正電荷的離子，因而在結中形成了很強的局部電場，方向由N區指向P區。當結上加正向電壓（即P區加電源正極，N區加電源負極如圖1）時，這時電場減弱，N區中的電子和P區中的空穴都容易通過，因而電流較大;當外加電壓相反（圖2）時，則這時電場增強，只有原N區中的少數空穴和P區中的少數電子能夠通過，因而電流很小。這就是P-N結的單嚮導電性。

圖1

圖2

二極體的單嚮導電性

二極體多用半導體材料製成，由於其中P-N結單嚮導電性的作用，故二極體具有單嚮導電性。

（1）正向特性

在電子電路中，將二極體的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極體就會導通，這種連線方式，稱為正向偏置。導通後二極體兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 0.3V，矽管約為 0.7V），稱為二極體的“正向壓降”。二極體正嚮導通電壓很低與高電壓相比可以近似認為為零。如圖6。

（2）反向特性

在電子電路中，二極體的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極體中幾乎沒有電流流過，此時二極體處於截止狀態，這種連線方式，稱為反向偏置。

二極體邏輯電路

二極體與門電路

如圖，若輸入端中有任意一個例如為0V，為+6 V，在這種情況下，D1導通，使Y點電壓鉗制在0V。此時D2受反向電壓作用而截止，所以。由此可見，與門幾個輸入端中，只有加低電壓輸入的二極體才導通，並把Y鉗制在低電壓（接近0V），而加高電壓輸入的二極體都截止。

若輸入端A，B都處於高電壓+6V，這時，D1和D2都截止，所以輸出端Y點電壓與+相等，即=+6V。

二極體或門電路

或門電路為：

輸入與輸出電壓之間的關係表為：

從而得出或門邏輯真值表為：

三種邏輯電路的比較

隨著現代科技的發展，人們的生活已經離不開數字電路。邏輯門電路是數字電路中最基本的邏輯元件。所謂門就是一種開關，它能按照一定的條件去控制信號的通過或不通過。門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關係（因果關係），所以門電路又稱為邏輯門電路。基本邏輯關係為“與”、“或”、“非”三種。常用的有CMOS邏輯，TTL邏輯和二極體邏輯，下面是三種邏輯的比較：

（1）二極體邏輯電路優點是電路形式簡單，工作電壓範圍不受限制，用開關管或超快恢復二極體、肖特基二極體可以達到較高的速度，但驅動能力相對較弱，功耗相對較大，輸入阻抗相對較低，綜合起來造成扇出係數很低。並且由於不能實現邏輯非門，不能級聯，二極體邏輯的使用是很受限制的。

（2）TTL邏輯電路缺點是電路形式比二極體邏輯電路要複雜，工作電壓範圍較窄，輸入阻抗高於二極體邏輯電路但不如CMOS邏輯電路，功耗略大，優點是速度較高，驅動能力也較強，綜合起來扇出係數中等。

（3）CMOS邏輯電路缺點是電路形式比二極體邏輯電路要複雜，工作電壓範圍寬於TTL邏輯電路但明顯小於二極體邏輯電路，優點是速度較高，驅動能力也較強，而且輸入阻抗極高，綜合起來扇出係數最大。CMOS比TTL的噪聲容限更大，抗干擾能力，驅動負載能力更強。正由於這些優點，CMOS的使用占據了主導地位。