看图理解二极管与门电路的原理

如图：为二极管与门电路，Vcc = 10v，假设3v及以上代表高电平，0.7及以下代表低电平，

下面根据图中情况具体分析一下：

1、Ua=Ub=0v时，D1，D2正偏，两个二极管均会导通，

此时Uy点电压即为二极管导通电压，也就是D1,D2导通电压0.7v。

2、当Ua，Ub一高一低时，不妨假设Ua = 3v，Ub = 0v，这时我们不妨先从D2开始分析，

D2会导通，导通后D2压降将会被限制在0.7v，那么D1由于右边是0.7v左边是3v所以会反偏

截止，因此最后Uy为0.7v，这里也可以从D1开始分析，如果D1导通，那么Uy应当为3.7v，

此时D2将导通，那么D2导通，压降又会变回0.7，最终状态Uy仍然是0.7v。

3、Va=Vb=3v，这个情况很好理解， D1，D2都会正偏，Uy被限定在3.7V。

总结(借用个定义)：

通常二极管导通之后，如果其阴极电位是不变的，那么就把它的阳极电位固定在比阴极高0.7V的电位上；如果其阳极电位是不变的，那么就把它的阴极电位固定在比阳极低0.7V的电位上，人们把导通后二极管的这种作用叫做钳位。

二极管与门的搭建

在C语言中我们学过与逻辑，符号是&，比如说两个事件同时成立，那么输出的布尔代数值是1。例如：1&1=1。且输出的值只有0或者1.

只要不是两个事件同时成立，那么输出的值便为0，例如：0&0=0;0&1=0;1&0=0。

以上就是程序中的与逻辑，实现非常简单，但是程序中逻辑与是怎么运算的呢？不谈硬件、只说软件就是耍流氓，因为软件需要硬件作为载体才能运行。

与门电路

在数字电路中与门的电路符号如下图所示

A和B对应我们输入的值，对应上述1&1=1中的1&1，O为输出值，对应最后的结果1.

接下来我们进行仿真，用5V代表1，0V代表0，LED灯亮代表1，LED灯灭代表0.

有一路输入0V，LED不亮

同时给输入5V，LED灯亮

与门电路的实现

以上只是以电路符号的形式表现出来的与门的作用，但是在真实电路中是不存在这样分立元器件的。

那么如何用我们常用的电子元器件搭建与门电路呢？

二极管、电阻

要搭建与门电路最简单的办法是用二极管+电阻实现。电路如下所示

A、B同时为0V

上图中O点可以看做是悬浮状态，A、B为输入，当A、B两端同时输入0V时，由于二极管的钳位作用，O点会输出0.7V，因为二极管的导通电压为0.7V，且保持不变。

此时的电路图等同于下图所示，相当于通过二极管直接接地。

A、B中有一个是3V

当A或者B输入端有一个输入为3V呢？

以上电路的情况和第一种情况是一样的，因为有一支二极管的导通压降为0.7V，那么输出就为0.7V。

A、B同时为3V

当A和B同时为3V时，电路图可以简化为下图

因为同时输入高电平，所以我们可以把两支二极管看成一支，这样电路图也就明了了，A点电势为3V，因为二极管自身有0.7V的压降，所以B点的电势为3.7V，同理输出点O点电势为3.7V。

通过以上分析，我们得出如下结果

如果把0.7V看做0，3.7V看做是1，那么结果和与逻辑的值一致，其结果如下

或门电路的实现

和程序中的或逻辑一样，或逻辑是只要有一个条件成立，其值便为真。

数字电路中电路符号如下：

接下来我们来探讨或门是如何实现的。

二极管、电阻

或门也可以用二极管+电阻的方式来实现，而且比与门电路的实现还要简单，其电路图如下

当A、B同时给0V时，O点自不必说，这时候肯定为0V。

当A、B同时为3V时，这时候可以看做只有一支二极管，由于二极管的压降为0.7V，所以O点输出为3-0.7=2.3V。

当A、B中有一支为3V时，由于二极管的单向导电性，这时候二极管的电流只能通过电阻流向地，所以这时候的情况和第一种情况的结果是一样的，O点输出的也是2.3V。

也就是说只要有一个给3V，结果就是2.3V，其结果整理如下

如果把2.3V看做是高电平，0V看做是低电平，将得到如下真值表

程序中的逻辑运算在电脑芯片中便是通过这种方式实现的（只是其中的一种）。

二极管“与或”门的缺陷

二极管与或门虽然可以实现逻辑运算，但也有一些不足的地方，不足的地方如下所示：

①：电压的不一致性

与门 和或门 的电压不一致，注定二极管与或门不能有深层次的应用，比如与门中高电平为3.7V，而或门中的高电平却只有2.3V；

与门中的低电平为0.7V，而或门中的低电平却只有0V，电压的不一致性，就不能为更为复杂的门电路做衔接，比如与门后面再加上混合逻辑运算，这样就会出现电平的混乱。

②：电阻的选择问题

如下所示的与门电路，如果电阻选择10K的话，流过电阻的电流为（5-0.7）/10=0.43mA，这个电流是没有驱动能力的，只适合把他们设计在芯片内部，如果只是走信号的话，电阻是远远大于10K的，因为芯片需要低功耗。

如果我们选择10Ω的电阻是不是就有驱动能力了？

答案是肯定的，当我们选择的电阻是10Ω是流过电阻的电流为：（5-0.7）/10=430mA。

430ma的电流已经可以驱动一些电路模块、小马达之类的了，那么与门设计成这样不好吗？

当然不行，因为这个电路在没有负载的时候流过的电流仍旧为430mA，如此大的功耗是不允许的。

所以说二极管与门电路只适合应用在芯片内部。

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