Diode schakelschakelingen: van logische poorten tot analoge controle

Diodes zijn veelzijdige componenten die als snelle schakelaars kunnen fungeren in zowel digitale als analoge domeinen. Door een diode voorwaarts of achterwaarts te biassen, schakelt het tussen een lage-impedantie pad (voorwaarts) en een open schakeling (achterwaarts), wat het in staat stelt logische functies uit te voeren, reservevermogen te bieden en RF-resonatoren te controleren.

Digele logica met diodes

Historisch vormde diodelogica de basis van vroege rekenmachines. Hoewel moderne processoren CMOS-logica gebruiken, dienen diodes nog steeds als educatieve hulpmiddelen en in niche-toepassingen waar een minimale poortaantal gewenst is.

EN-poort

Het diagram toont een twee-input EN-poort. Elke invoer is ofwel hoog (≈10 V, logica 1) of laag (0 V, logica 0). Een serieweerstand voedt de uitgang Y. Wanneer beide invoeren hoog zijn, blijft de uitgang op V+ omdat de weerstand domineert. Als een van de invoeren zijn diodekathode naar massa trekt, daalt de uitgang naar ~0,7 V, de voorwaartse val van de diode. De waarheidstabel in de bijbehorende figuur bevestigt het logische EN-gedrag: alleen wanneer A = 1 en B = 1 blijft Y hoog.

OF-poort

Een twee-input OF-poort gebruikt een paar diodes verbonden met dezelfde uitgang. Wanneer beide invoeren laag zijn, trekt de weerstand Y laag. Als een van de invoeren hoog is, geleidt de diode ervan, wat Y naar de voedingsspanning tilt. De waarheidstabel illustreert dit: elke hoge invoer levert een hoge uitgang op.

Figuur (d) demonstreert een gangbaar praktijkgebruik: een reservebatterij OF-gewaaid met een netvoeding. Diodes in serie beschermen de batterij tegen overontlading en voorkomen terugvoeding wanneer het net aanwezig is. Bij een stroomstoring voorziet de batterij de last automatisch.

Analoge schakeling met diodes

Achterwaarts-gebiaiseerde diodes gedragen zich als open schakelingen, terwijl voorwaarts-gebiaiseerde diodes lage weerstand bieden, wat ze geschikt maakt voor het schakelen van AC-signalen zonder de DC-besturingslijnen te storen. Het volgende resonante netwerk illustreert dit principe.

In deze opstelling is een parallelle LC-resonator gekoppeld aan een set geschakelde condensators. Elke condensator wordt geselecteerd door een digitale besturingslijn die de bijbehorende diode voorwaarts biasseert. Wanneer de besturingslijn laag is (+5 V via een RF-drossel en een diode), sluit de condensator parallel aan, wat de resonante frequentie verlaagt. Met alle besturingen hoog, zijn geen condensators gekoppeld. De RF-drossel en grote DC-blokkerende condensator isoleren het RF-pad van de besturingscircuitry, wat AC-lekkage voorkomt.

Bij zeer hoge frequenties kan de parasitaire capaciteit van achterwaarts-gebiaiseerde diodes significant worden; PIN-diodes worden vaak gebruikt om lagere capaciteit en hogere isolatie te bereiken.

GERELATEERDE WERKBLADEN:

• Basis Logische Poorten Werkblad