Кіріспе

Диодтармен логикалық ЖӘНЕ және НЕ. Диодтық логика (немесе диодтық кедергілер логикасы) диодтар мен кедергілерді пайдаланып ЖӘНЕ және НЕ логикалық қақпаларын құрастырады. Функционалдық толықтығын қамтамасыз ету үшін логикалық инверсияны (ЖОҚ) және кернеу деңгейін қалпына келтіру үшін күшейткіш қажет, мұны диодтық логика өзі қамтамасыз ете алмайды. Кернеу деңгейі әр диодтық логикалық сатыда әлсірейтіндіктен, бірнеше сатыны тізбектеу қиын, бұл диодтық логиканың қолданылуын шектейді. Дегенмен, диодтық логиканың тек арзан пассивті компоненттерді пайдалану артықшылығы бар.

Логикалық қақпалар

Логикалық қақпалар Буль алгебрасын есептейді, әдетте параллель немесе тізбектелген логикалық кірістермен басқарылатын электрондық коммутаторларды пайдаланады. Диодтық логика тек OR және AND операцияларын жүзеге асыруға мүмкіндік береді, себебі инверторларға (NOT қақпаларына) белсенді компонент қажет.

Диодты бұрмалау

Алға қарай қосылған диодтардың кедергісі төмен болады, шамамен қысқа тұйықталу сияқты, кішкентай кернеу түсімімен, ал кері қосылған диодтардың кедергісі өте жоғары болады, шамамен ашық тұйықталу сияқты. Диодтың символындағы жебе кәдімгі ток ағынының алға қарай бағытын көрсетеді.

Диодтық AND және OR логикалық шлюздер

Диодтық логикалық қақпаның әрбір кірісі ортақ сымдық логикалық шығысқа қосылған диод арқылы жалғанады. Әрбір кіріс кернеуінің деңгейіне және диодтың бағытына қарай, әрбір диод тікелей қосылуы мүмкін немесе қосылмауы мүмкін. Егер кез келген диод тікелей қосылса, ортақ шығыс сымы тікелей қосылған диодтың кірісіндегі шағын тікелей кернеудің төмендеуіне тең болады. Егер ешбір диод тікелей қосылмаса, онда ешбір диод шығыс жүктемесіне (мысалы, келесі логикалық сатыға) жетектеу тогын бермейді. Сондықтан шығысқа кернеу көзіне қосылған тартымды немесе төмендетуші резистор қажет, осылайша шығыс жылдам ауысып, ешбір диод тікелей қосылмағанда күшті жетектеу тогын қамтамасыз етеді. Ескерту: келесі тізбектер әр қақпа үшін екі кіріске ие, сондықтан екі диодты пайдаланады, бірақ көбірек кірістерді қамтамасыз ету үшін оларды көбірек диодтармен кеңейтуге болады. Әрбір қақпаның кемінде бір кірісі жеткілікті жоғары немесе төмен кернеу көзіне қосылуы керек. Егер барлық кірістер күшті көзден ажыратылса, шығыс қанағаттанарлық кернеу диапазонына кірмеуі мүмкін.

Уақытша әсер

Диодтар сондай-ақ уақытша жауап береді, бұл да маңызды болуы мүмкін. Анод пен катод арасындағы сыйымдылық кері кернеуге кері пропорционал, кернеу 0 вольтқа жақындаған сайын артып, тікелей бағытта жүреді. Қайта қалпына келтіру мәселесі де бар: диодтың тогы тікелей бағыттан кері бағытқа ауысқанда бірден азаймайды, себебі оның сақталған зарядын түсіруге белгілі бір уақыт керек (trr немесе кері қалпына келтіру уақыты). Диодтық ОР қақпасында, егер екі немесе одан көп кіріс жоғары болса және біреуі төменге ауысса, қалпына келтіру мәселелері шығыс кернеуінде қысқа мерзімді құлауға немесе жоғары деңгейде қалатын диодтарда токтың өсуіне әкеледі. Егер диодты-транзисторлық логикалық қақпа ұқсас құрылымды транзистор инверторын басқарса, транзистордың базалық коллектор сыйымдылығы транзистордың күшейтуімен пропорционалды болады, сондықтан ол ақауды өткізу үшін тым баяу болады. Бірақ диод өте баяу болса, қалпына келтіру мәселесі туындайды. Бір ерекше жобада германий транзисторларымен бірге кішкентай селен диодты дискілер қолданылды. Өте баяу селен диодтарының қалпына келтіру уақыты инвертордың шығысында ақау тудырды. Бұл мәселе селен диодын транзистордың базалық-эмиттерлік қосылысы арқылы орнату арқылы шешілді, бұл транзисторды селен транзисторы сияқты жұмыс істеуге мәжбүр етті (егер мұндай транзистор болғанда).

Қолданбалар

Тарихи тұрғыдан алғанда, диодтық логика алғашқы компьютерлерді құрастыруда кеңінен қолданылды, себебі жартылай өткізгіш диодтар үлкен және қымбат активті вакуумдық түтіктерді алмастыра алды. Транзистордың ойдағыдай табылуы транзисторларға диодты-транзисторлық логикадағы белсенді элемент ретінде түтіктерді алмастыруға мүмкіндік берді. Алғашқы транзисторлар сенімді болмағандықтан, мысалы, D 17B зымыранды басқару компьютері негізінен диодтық логиканы пайдаланды және қажет болған жағдайда ғана транзисторларды қолданды. Транзисторлар тез арада дамып, диодтық логиканы дерлік толығымен алмастырды. Алайда, диодтық логика әлі де кейбір қазіргі қолданыстарда қолданылады.

Активті шығыстардан арзан пассивті логика

Кәдімгі интегралдық схемалардың төмен кедергілі иірімді-кері иірімді шығыстарын тікелей сыртқы тізбектерге қосуға болмайды, себебі олар қуат және жер арасында қысқа тұйықталуға себеп болуы мүмкін. Дегенмен, мұндай шығыстар пассивті ЖӘНЕ немесе ИЛИ диодтық логикалық қақпалардың кірісі ретінде қолданылуы мүмкін. Бұл белсенді логикалық қақпаларды қосуға кеткен шығындардан сақтайды. Алайда, диодтық логика кернеу деңгейін төмендетіп, шуға төзімділікті нашарлатады, сондықтан дизайнерлер интерфейстелетін логикалық отбасының кернеу диапазондары мен шектеулерін білуі керек, бұл қателіктердің алдын алуға көмектеседі.

Микки-Мыштың логикасы

Дон Ланкастердің CMOS Cookbook-та сипатталған, әзілде "Микки-маус логикасы" деп аталатын тәсіл, диодтарды тұрақты CMOS 4000 сериялы интегралды схемалардың (ИС) мүмкіндіктерін кеңейтуге арналған көп функциялы құрал ретінде пайдалануды ұсынады. Мысалы, диодты ОР-элементін флип-флопқа қосымша кірістерді қосу үшін, ал диодты ЖӘНЕ-элементін N-ға бөлетін тізбекті конфигурациялау үшін қолдануға болады. Басқа нұсқада гистерезис және функционалдық толықтықты қамтамасыз ету үшін инверсиялық Шмит триггерлік ИС-термен бірге 1N914 диодтарын қорына сақтау ұсынылады.

Кез келген кілт үзілуі

Белсенді төмен OR диодтық логикалық қақпа, әрбір түймешесінде диоды бар клавиатура арқылы жасалады, олардың барлығы ортақ тарту резисторына қосылған. Егер ешқандай түймеше басылмаса, тарту резисторы шығысты жоғары деңгейде ұстап тұрады. Бірақ кез келген түймешеге бассаңыз, ол жерге қосылып, шығыс деңгейі төмендейді. Бұл OR нәтижесі, кез келген түймеше басылғанын көрсету үшін үзіліс сигналы ретінде қолданылуы мүмкін. Содан кейін микроконтроллер энергияны үнемдеу режимінен оянып, түймешелер матрицасын сканерлеп, нақты қай түймеше басылғанын анықтай алады.

Туннельдік диодтар

1960 жылдары логикалық тізбектерде туннельді диодтарды қолдану белсенді зерттеу тақырыбы болды. Сол кездегі транзисторлық логикалық қақпалармен салыстырғанда, туннельді диодтар әлдеқайда жоғары жылдамдықпен жұмыс істеді. Басқа диод түрлерінен өзгеше, туннельді диодтар сигналды әр кезеңде күшейту мүмкіндігін берді. Туннельді диодтық логиканың жұмыс принципі туннельді диодты екі күйге ауыстыру үшін оның кернеуін реттеуге және кірістен келетін токтың белгілі бір шекті мәннен артық болуына байланысты. Осының салдарынан, туннельді диодтық логикалық тізбектер әр логикалық операциядан кейін диодты бастапқы күйіне қайтару механизмін қажет етті. Дегенмен, қарапайым туннельді диодтық қақпа кіріс және шығыс арасында жеткілікті оқшаулауды қамтамасыз етпеді және кіріс пен шығыс тізбектерінің сыйымдылығы төмен болды. Қосымша туннельді диодтармен және қосымша қуат көздерімен жабдықталған күрделірек қақпалар бұл кемшіліктердің кейбіреулерін жойды. Дискретті және интегралды тізбектердегі транзисторлардың жылдамдығының артуы және транзисторлық күшейткіштердің жақсырақ бір жақты сипаттары туннельді диодтық қақпаны артта қалдырды, нәтижесінде ол қазіргі заманғы компьютерлерде қолданылмайды.