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分享经典的二极管功能应用电路3

高工
2026-07-15 21:18:24     打赏

二极管和电阻构成的简易与或门混合逻辑电路,主要由上半部分的与门电路和下半部分的或门电路组成。

 模块构成与基本元件 

输入信号:A、B接入与门,C、D接入或门。

 核心元件:

   二极管:图中使用了4个二极管与门2个,或门2个,利用其单向导电性正向导通、反向截止作为电子开关。

   电阻:R2和R3均为10KΩ,作为上拉电阻,负责将输出电位拉至高电平或配合二极管拉低电平。

  电源:VCC正电源,通常假设为+5V和GND地,0V。

 输出端:Y1与门输出,Y2或门输出。


 工作原理详解 

为了方便理解,我们将该电路拆分为与门和或门两部分进行分析假设高电平为逻辑1,低电平为逻辑0,二极管正向导通压降约为0.7V:

上半部分:与门电路输入端 A、B;输出端 Y1 

      电路结构:A和B分别接二极管的阳极,二极管的阴极相连后,通过上拉电阻R2连接到VCC,输出点为Y1。

      工作逻辑:

    当 A=0 或 B=0有低电平:对应连接的二极管会正向导通,将Y1点的电位钳位在约0.7V低电平,逻辑0。

    当 A=1 且 B=1全高电平:两个二极管均因反向偏置而截止。此时,VCC的电流通过R2流向Y1,Y1被上拉至高电平逻辑1。

      逻辑结论:符合有0出0,全1出1的与门逻辑,逻辑表达式为 Y1 = A · B。

下半部分:或门电路输入端 C、D;输出端 Y2 

      电路结构:C和D分别接二极管的阴极,二极管的阳极相连后,通过上拉电阻R3连接到VCC,输出点为Y2。

      工作逻辑:

     当 C=1 或 D=1有高电平:对应连接的二极管会正向导通,将Y2点的电位拉高至约(VCC - 0.7V)仍为高电平,逻辑1。

     当 C=0 且 D=0全低电平:两个二极管均截止。此时,Y2点没有电流回路,电位被下拉至低电平逻辑0。

      逻辑结论:符合有1出1,全0出0的或门逻辑,逻辑表达式为 Y2 = C + D。

 电路特点与局限性 

     优点:结构极其简单,仅用普通的二极管和电阻即可实现基础的数字逻辑功能,成本低且响应速度快。

     局限性:这种纯二极管构成的逻辑电路无法实现非逻辑即反相功能;此外,在多级电路级联时,由于二极管导通压降的存在,会导致输出电压逐级衰减,抗干扰能力较弱,因此在现代大规模集成电路中通常被TTL或CMOS电路所取代。

 


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利用电阻分压与二极管正向压降特性相结合的简易直流降压/稳压电路,通常被称为二极管降压电路或简易基准电压源。

 模块构成与基本元件 

输入电源:左侧标注的 5V +和 GND,提供5V的直流输入电压。

核心元件:

分压电阻:R44.7KΩ和 R52.2KΩ,构成基础的电阻分压网络。

二极管:图中使用了3个二极管1个单管串联在主路,2个同向并联在旁支路,利用其正向导通压降特性进行电压调节。

输出端:VOUT,提供降压后的输出电压。


工作原理详解 

该电路的工作过程可以看作是两个部分共同作用的叠加:基础电阻分压 + 二极管压降微调。

基础电阻分压R4 与 R5 

如果没有右侧的二极管支路,R4 和 R5 构成一个标准的串联分压电路。

根据分压公式:

即,仅通过电阻分压,VOUT 的基础电位大约在 1.6V 左右。

二极管降压/钳位作用 

在电阻分压网络的输出端VOUT节点并联了一个由两个二极管串联组成的支路阳极接VOUT,阴极接地。

二极管导通机制:当电路通电时,VOUT 节点的电位约1.6V远高于两个二极管正向导通所需的压降假设为普通硅二极管,每个约0.7V,两个共约1.4V。

电位钳位:这两个二极管会处于深度正向导通状态,并将 VOUT 节点的电位强力钳位在约 1.4V 左右0.7V × 2。

主路二极管的作用:主回路R4之后的那个二极管,其阳极接R4与R5的连接点,阴极接VOUT。由于VOUT被下方的双二极管支路钳位在了1.4V左右,主路二极管两端的正向压差变得很小甚至反向偏置,因此它基本处于截止状态,电流主要从下方的双二极管支路流过。

最终输出 

综合来看,该电路的最终输出电压 VOUT主要由下方两个串联的二极管决定。假设使用的是标准硅二极管如1N4148或1N4007,其典型正向压降约为0.7V,那么:

VOUT ≈ 0.7V × 2 = 1.4V


电路特点与局限性 

优点:

结构简单:仅用几个常见的基础元件,成本极低。

响应快:纯无源元件,无电感电容充放电延迟,适合高频开关或瞬态响应要求高的场合。

低成本稳压:二极管的正向压降在小电流范围内相对稳定,可作为一种简易的稳压或基准电压手段。

局限性:

输出电流受限:二极管的导通压降会随电流增大而略微上升虽然变化不大,且二极管本身有最大额定电流。如果负载电流过大,会导致压降显著增加甚至烧毁元件,因此仅适用于极小电流微安至毫安级的负载。

精度不高:二极管压降受温度影响较大温度每升高1℃,压降约下降2mV,不适合对电压精度要求高的场合。

效率较低:多余的电压主要消耗在二极管和电阻上转化为热量,不适合大功率降压。


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专家
2026-07-16 06:38:05     打赏
2楼

谢谢分享


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