1.啥是门电路
在开始聊起二极管门电路之前,现需要搞清楚啥是门电路。无论是在数学课,还是C语言课程,还是电路学课程中,都会见过与(&)、或(|),非(~)吧。那么这些逻辑运算究竟是如何实现的呢?
用以实现与或非(基本逻辑运算)的电路(单元电路,即最小的单元模块)就是门电路了。2.老子当年也很那啥
其实一开始使用的并不是二极管(半导体)来实现的门电路。
首先使用的单刀开关如下图
步骤如下:
(1)左侧
(V_input)是输入,右侧是
(V_output)是输出。
(2)开关S断开,输出为高电平
(3)开关S闭合,输出为低电平。
如果我们以正逻辑方式来看,就是S断开,输出1,S闭合输出0.(所谓正逻辑就是1代表高电平,0代表低电平)。
表面是这个单刀开关的电路就可以实现门电路,没有啥问题,干嘛会被淘汰,去使用半导体门电路呢?真的没有缺陷吗,仔细思考一下,我们这里所说的高电平,和低电平,单单从数学的角度,是1和0但是,在现实生活中电源提供的电压,可是一个0-
的值哦。是一个连续的模拟量,并不是一个离散的0 或者1.
那么,也就是说,这里所说的高电平,低电平并不是一个确切的值,而实一个范围,比如说0-x的电压范围是代表低电平,x-y的电压范围是代表高电平。
那么问题来了。
(1)如果我想要低电平,那么我就希望这个电阻R越大越好,最好是让他达到无穷尽。这样输 出的就真的是0伏电压了。
(2)如果我想要高电平,那么就希望这个电阻R越小越好,最好是电阻值为0,那么这个输出就真的是电压的额定值,标准的高电平。
可是实际生活,我们不仅需要高电平,也需要低电平,那么这个电阻的取值范围就不可以太大也不可以太小,究竟去什么值呢?这就是一个存在的隐患。
与此同时,单刀开关,无法去是集成在一个很小的集成电路中。这也是一个缺憾。
因而出现了半导体门电路。
3.二极管门电路
二极管,的伏安特性是,接正向电压可以导通,反向电压可以看作断开。如下图
使用二极管做成的门电路如下
学而不思则罔,仅说一个与门,或门留给我自己思考了(有兴趣,可以一同思考一下 )。步骤如下:
(1)如果输入端A和B,都输入一个很小的电压。
远大于它,那么电路导通,Y则输出一个0.7V(相当于二极管的开启电压值)。
(2)如果输出端A和B,都输入一个很大的电压假设是
,但是还是远小于
,那么Y输出电压为(
+0.7)v.
以正逻辑规则来看则,当输入低电压,则得到一个低电平,输入高电压,就得到一个高电平。
所谓的与门,则是同1得1,有0得0.根据电路得串并联原理,这一点很容易可以看的出。不再过多累赘。
或门。。。。。嗯。。。容我好好思考一下。
这样二极管恩电路就实现了。
理论上这样就实现了二极管门电路,但是为什么还会出现TTL门电路,CMOS门电路呢? 这个真的是十全十美得吗当然不是,我门还是以与门为例,好好分析一下。
首先,我输入得如果是0V,则输出的是0.7V(低电平情况),如果我输入x伏,则我得到的输出是(x+0.7)伏(高电平情况)。如果将这个输出送到下一级,作为下一级的输入,下一级假设又是一个与门,就会在原来电压的基础上再加0.7。下下级,下下下级。。。以此循环下去。那么每一级的
将不断变大。
其次,直接结上负载,那么每一个负载都是有电阻的,随着电阻值的变化。可以想象输出也是存在变化的。
以上原因,就导致二极管门电路,是不可以直接拿出来单独作为一个独立模块使用的,也不可以直接接负载。仅仅只可以作为集成电路内部的逻辑单元来使用。(或门也是同理)。
这里留一个悬念,二极管不可以直接负载,是不是就是这个原因,从而出现了TTL电路和CMOS门电路的呢。如若有机会,会单独在写一些关于TTL门电路和CMOS门电路的东东。