ダイオードスイッチング回路

ダイオードは、スイッチングおよびデジタルロジック操作を実行できます。順方向バイアスと逆方向バイアスは、それぞれ低インピーダンス状態と高インピーダンス状態の間でダイオードを切り替えます。したがって、スイッチとして機能します。

ロジック

ダイオードは、デジタルロジック機能（ANDおよびOR）を実行できます。初期のデジタルコンピュータでは、ダイオードロジックが使用されていました。今日は限られたアプリケーションしか見つかりません。いくつかのダイオードから単一の論理ゲートを作成すると便利な場合があります。

ANDゲート

ダイオードANDゲート

ANDゲートは上の図に示されています。論理ゲートには、入力と入力の関数である出力（Y）があります。ゲートへの入力はハイ（ロジック1）、たとえば10 V、またはロー、0 V（ロジック0）です。

この図では、論理レベルはスイッチによって生成されます。スイッチがアップしている場合、入力は事実上ハイです（1）。スイッチがダウンしている場合は、ダイオードのカソードをグランドに接続します。グランドはロー（0）です。出力は、AとBの入力の組み合わせによって異なります。入力と出力は、通常、ゲートのロジックを説明するために（c）の「真理値表」に記録されます。 （a）では、すべての入力がハイです（1）。これは、（c）の真理値表の最後の行に記録されています。

抵抗の上部にあるV +により、出力Yはハイ（1）になります。開いているスイッチの影響を受けません。 （b）で、スイッチAは接続されたダイオードのカソードをローに引き、出力Yをロー（0.7 V）に引きます。これは、真理値表の3行目に記録されています。

真理値表の2行目は、スイッチを（b）から逆にした場合の出力を示しています。スイッチBはダイオードを引き、出力をローにします。真理値表の最初の行は、両方の入力ロー（0）の出力=0を記録します。

真理値表は論理積関数を記述します。要約：入力AとBの両方が高いと、高い（1）出力が生成されます。

またはゲート

次の図に、1対のダイオードで構成される2入力ORゲートを示します。両方のスイッチが「下向き」にシミュレートしたときに、両方の入力が（a）で論理ローの場合、出力Yは抵抗によってローに引き下げられます。この論理ゼロは、（c）の真理値表の最初の行に記録されます。 （b）のように一方の入力がハイの場合、もう一方の入力がハイの場合、または両方の入力がハイの場合、ダイオードが導通し、出力Yがハイになります。

これらの結果は、真理値表の2行目から4行目で並べ替えられます。要約：入力「高」はYで高出力です。

ORゲート：（a）真理値表（TT）の最初の行。 （b）TTの3行目。 （d）電力線供給とバックアップバッテリーの論理和。

ORロジックのアプリケーション

予備電源は、停電時でも負荷に電力を供給するために、上の図（d）のライン操作DC電源とOR配線することができます。 AC電源が存在する場合、電源はバッテリーよりも高い電圧であると想定して、負荷に電力を供給します。停電が発生した場合、ライン供給電圧は0Vに低下します。バッテリーが負荷に電力を供給します。

ダイオードは電源と直列に接続して、故障したライン電源がバッテリを消耗させないようにし、ライン電源が利用可能なときにバッテリが過充電されないようにする必要があります。 PCコンピュータは、電源をオフにしてもBIOS設定を保持しますか？ビデオデッキ（ビデオカセットレコーダー）は、停電後も時計の設定を保持していますか？ （PCはい、古いVCRはありません、新しいVCRはあります。）

アナログスイッチ

ダイオードはアナログ信号を切り替えることができます。逆バイアスされたダイオードは開回路のように見えます。順方向にバイアスされたダイオードは、低抵抗の導体です。唯一の問題は、切り替えられるAC信号をDC制御信号から分離することです。

下の図の回路は、並列共振ネットワークです。1つ（または複数）のスイッチド共振器コンデンサと並列に接続された共振チューニングインダクタです。この並列LC共振回路は、ラジオ受信機のプリセレクターフィルターになる可能性があります。これは、発振器の周波数決定ネットワークである可能性があります（図には示されていません）。デジタル制御ラインは、マイクロプロセッサインターフェイスによって駆動される場合があります。

ダイオードスイッチ：デジタル制御信号（低）は、スイッチングダイオードを順方向にバイアスすることによって共振器コンデンサを選択します。

大きな値のDCブロッキングコンデンサは、DCをブロッキングしながら、ACの共振チューニングインダクタを接地します。並列LCリアクタンスと比較してリアクタンスが低くなります。これにより、共振チューニングインダクタによってアノードDC電圧がグランドに短絡するのを防ぎます。対応するデジタル制御をローに引き下げることにより、スイッチド共振器コンデンサが選択されます。これにより、スイッチングダイオードが順方向にバイアスされます。

DC電流経路は、+ 5 VからRFチョーク（RFC）、スイッチングダイオード、およびRFCを経由してデジタル制御を介してグランドに接続されます。 +5 VでのRFCの目的は、ACを+ 5V電源から遠ざけることです。デジタル制御と直列のRFCは、ACを外部制御ラインから遠ざけることです。デカップリングコンデンサは、RFCを介してリークする小さなACをグランドに短絡し、外部デジタル制御ラインをバイパスします。

3つのデジタル制御ラインすべてがハイ（≥+ 5V）の場合、ダイオードの逆バイアスのためにスイッチド共振器コンデンサは選択されません。 1つまたは複数のラインをローに引き下げると、それぞれ1つまたは複数のスイッチド共振器コンデンサが選択されます。より多くのコンデンサが共振チューニングインダクタと並列に切り替えられると、共振周波数が低下します。

逆バイアスされたダイオード容量は、超短波または極超短波回路と比較してかなり大きくなる可能性があります。 PINダイオードは、より低い静電容量のスイッチとして使用できます。

関連するワークシート：

• 基本的な論理ゲートワークシート