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P-N结的单向导电性
利用二极管实现逻辑电路主要是利用了二极管的单向导电性,二极管之所以具有单向导电性,是因为制作二极管的半导体中P-N结的作用,下面首先对P-N结做一些介绍。
P-N结是在一块半导体中,掺入施主(如硅元素)杂质,使其中一部分成为N型半导体。其余部分掺入受主杂质(如硼元素)而成为P型半导体,当P型半导体和N型半导体这两个区域共处一体时,这两个区域之间的交界层就是P-N结。P-N结很薄,结中电子和空穴都很少,但在靠近N型一边有带正电荷的离子,靠近P型一边有带负电荷的离子。这是因为,在P型区中空穴的浓度大,在N型区中电子的浓度大,所以把它们结合在一起时,在它们交界的地方便要发生电子和空穴的扩散运动.由于P区有大量可以移动的空穴,N区几乎没有空穴,空穴就要由P区向N区扩散。同样N区有大量的自由电子,P区几乎没有电子,所以电子就要由N区向P区扩散.随着扩散的进行,P区空穴减少,出现了一层带负电的粒子区;N区电子减少,出现了一层带正电的粒子区。结果在P-N结的边界附近形成了一个空间电荷区,P型区一边带负电荷的离子,N型区一边带正电荷的离子,因而在结中形成了很强的局部电场,方向由N区指向P区。当结上加正向电压(即P区加电源正极,N区加电源负极如图1)时,这时电场减弱,N区中的电子和P区中的空穴都容易通过,因而电流较大;当外加电压相反(图2)时,则这时电场增强,只有原N区中的少数空穴和P区中的少数电子能够通过,因而电流很小。这就是P-N结的单向导电性 。
图1
图2
二极管的单向导电性
二极管多用半导体材料制成,由于其中P-N结单向导电性的作用,故二极管具有单向导电性。
(1)正向特性
在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为 0.3V,硅管约为 0.7V),称为二极管的“正向压降”。二极管正向导通电压很低与高电压相比可以近似认为为零。如图6。
(2)反向特性
在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。
随着现代科技的发展,人们的生活已经离不开数字电路。逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。所谓门就是一种开关,它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系),所以门电路又称为逻辑门电路。基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。常用的有CMOS逻辑,TTL逻辑和二极管逻辑,下面是三种逻辑的比较:
(1)二极管逻辑电路优点是电路形式简单,工作电压范围不受限制,用开关管或超快恢复二极管、肖特基二极管可以达到较高的速度,但驱动能力相对较弱,功耗相对较大,输入阻抗相对较低,综合起来造成扇出系数很低。并且由于不能实现逻辑非门,不能级联,二极管逻辑的使用是很受限制的。
(2)TTL逻辑电路缺点是电路形式比二极管逻辑电路要复杂,工作电压范围较窄,输入阻抗高于二极管逻辑电路但不如CMOS逻辑电路,功耗略大,优点是速度较高,驱动能力也较强,综合起来扇出系数中等。
(3)CMOS逻辑电路缺点是电路形式比二极管逻辑电路要复杂,工作电压范围宽于TTL逻辑电路但明显小于二极管逻辑电路,优点是速度较高,驱动能力也较强,而且输入阻抗极高,综合起来扇出系数最大。CMOS比TTL的噪声容限更大,抗干扰能力,驱动负载能力更强。正由于这些优点,CMOS的使用占据了主导地位。2100433B
二极管逻辑电路(Diode logic circuit)是用晶体二极管作为操作开关的逻辑电路。二极管逻辑的优点是电路简单。但是并不是所有的逻辑功能都可以用二极管逻辑来实现的,二极管逻辑电路中只有逻辑与门,或门,不能实现非门。在几个二极管逻辑电路级联的时候会出现电压降的问题,所以二极管逻辑电路只能单独使用,不能级联。二极管逻辑的使用:二极管逻辑一般是用于构建二极管—晶体管逻辑(DTL)门电路中。
这个是不能减小的,即使你电阻加的再大,因为二极管的特性是只要两端压差高于0.7就导通, 你可以把电阻跟5V当一个整体看,至于你第二个问题这很明显啊, 因为A才0.3V A肯定先通啊,A通了 后F点电压...
不同的···变容二极管两端的电压与结电容呈的是反比例的关系···举个简单例子···我们可以利用这个关系来进行调频···例如收音机去收不同的台···电视机也是···而普通二极管没有这种功能的···
一、设计目的 1. 熟悉集成电路的引脚安排。 2. 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 3. 了解面包板结构及其接线方法。 4. 了解数字钟的组成及工作原理。 5. 熟悉数字钟的设计与制作。 二、设计要...
二极管与门电路
如图,若输入端中有任意一个例如
若输入端A,B都处于高电压 6V,这时,D1和D2都截止,所以输出端Y点电压
二极管或门电路
或门电路为:
输入与输出电压之间的关系表为:
从而得出或门逻辑真值表为:
用于枕形校正的二极管调制电路
本文论述了显示器中用于枕形校正的二极管调制电路的工作原理及实施方案.
时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分,时序逻辑电路又称时序电路,主要由存储电路和组合逻辑电路两部分组成。它和我们熟悉的其他电路不同,其在任何一个时刻的输出状态由当时的输入信号和电路原来的状态共同决定,而它的状态主要是由存储电路来记忆和表示的。同时时序逻辑电路在结构以及功能上的特殊性,相较其他种类的数字逻辑电路而言,往往具有难度大、电路复杂并且应用范围广的特点。
在数字电路通常分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类,组合逻辑电路的有关内容在前面的章节里已经作了介绍,组合逻辑电路的特点是输入的变化直接反映了输出的变化,其输出的状态仅取决于输入的当前的状态,与输入、输出的原始状态无关,而时序电路是一种输出不仅与当前的输入有关,而且与其输出状态的原始状态有关,其相当于在组合逻辑的输入端加上了一个反馈输入,在其电路中有一个存储电路,其可以将输出的状态保持住,我们可以用下图的框图来描述时序电路的构成。
从上面的图上可以看出,其输出是输入及输出前一个时刻的状态的函数,这时就无法用组合逻辑电路的函数表达式的方法来表示其输出函数表达式了,在这里引入了现态(Present state)和次态(Next State)的概念,当现态表示现在的状态(通常用Qn来表示),而次态表示输入发生变化后其输出的状态 (通常用Qn 1表示),那么输入变化后的输出状态表示为
Qn 1=f(X,Qn)
其中:X为输入变量。
下面通过两个波形图来帮助建立时序电路中存储器的概念:
从上图a图中可以看出,其图中有四段输入RS都为0的情况,但其输出Q的状态不同,这取决于输出的原始状态;而b图中的输入与图a相同,但多了一个CP,这时输出Q不仅取决于输入RS、输出Q的原始状态,而且取决CP的状态,仅当CP为高电平时,输入的状态才能影响输出的状态。通常将上面的两种类型分为两种形式的存储器电路:锁存器(Latch)和触发器(Flip-flop),其两者的区别在于其输出状态的变化是否取决于CP(时钟脉冲Clock Pulse)。将图a所有的电路称为锁存器,而b图所示的电路称为触发器电路。
时序逻辑电路的特点:任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入,而且还和电路原来的状态有关,所以时序电路具有记忆功能。
逻辑电路是执行基本逻辑操作的电路,它们在电子数字计算机中被大量运用。这些基本的逻辑操作是"与"、"或"、"非"以及由它们组成的复合动作。逻辑电路按其工作性质可分为组合电路和时序电路两大类。
任何时刻输出信号的逻辑状态仅取决于该时刻输入信号的逻辑状态,而与输入信号和输出信号过去状态无关的逻辑电路。由于组合逻辑电路的输出逻辑状态与电路的历史情况无关,所以它的电路中不包含记忆性电路或器件。门电路是组合逻辑电路的基本单元。当前组合逻辑电路都已制成标准化、系列化的中、大规模集成电路可供选用。
任何时刻的输出状态不仅与该时刻的输入有关,而且还与电路历史状态有关的一种数字逻辑电路。时序逻辑电路具有记忆输入信息的功能,由于它的引入使得数字系统的应用大大增强。常用的有计数器、寄存器和脉冲顺序分配器等。
也可以按照原件对逻辑电路进行分类,例如:电阻-晶体管逻辑电路、二极管-晶体管逻辑电路、发射极功能逻辑电路、发射极耦合逻辑电路、高阈值逻辑电路、集成注入逻辑电路、晶体管-晶体管逻辑电路。
时序逻辑电路其任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入,而且还与过去各时刻的输入有关。常见的时序逻辑电路有触发器、计数器、寄存器等。由于时序逻辑电路具有存储或记忆的功能,检修起来就比较复杂。
带有时序逻辑电路的数字电路主要故障分析:
1. 时钟:时钟是整个系统的同步信号,当时钟出现故障时会带来整体的功能故障。时钟脉冲丢失会导致系统数据总线、地址总线或控制总线没有动作。时钟脉冲的速率、振幅、宽度、形状及相位发生变化均可能引发故障。
2. 复位:含有微处理器(MPU)的设备,即使是最小系统,一般都具有复位功能。复位脉冲在系统上电时加载到MPU上,或在特定情况下使程序回到最初状态(例如,看门狗Watchdog程序)。当复位脉冲不能发生、信号过窄、信号幅度不对、转换中有干扰或转换太慢时,程序就可能在错误的地址启动,导致程序混乱。
3. 总线:总线传递指令系列和控制事件,一般有地址总线、数据总线和控制总线。当总线即使只有一位发生错误时,也会严重影响系统功能,出现错误寻址、错误数据或错误操作等。总线错误可能发生在总线驱动器中,也可能发生在接收数据位的其它元件中。
4. 中断:带微处理器(MPU)的系统一般都能够响应中断信号或设备请求,产生控制逻辑,以暂时中断程序执行,转到特殊程序,为中断设备服务,然后自动回到主程序。中断错误主要是中断线路粘附(此时系统操作非常缓慢)或受到干扰(系统错误响应中断请求)。
5. 信号衰减和畸变:长的并行总线和控制线可能会发生交互串扰和传输线故障,表现为相邻的信号线出现尖峰脉冲(交互串扰),或驱动线上形成减幅振荡(相当于逻辑电平的多次转换),从而可能加入错误数据或控制信号。发生信号衰减的可能原因比较多,常见的有高湿度环境、长的传输线、高速率转换等。而大的电子干扰源会产生电磁干扰(EMI),导致信号畸变,引起电路的功能紊乱。