二极管与逻辑电路

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人教版3-1课本上第二章第10节‘简单的逻辑电路’介绍了利用晶体二极管实现‘与逻辑、或逻辑’，课本和教参都没有对二极管的工作原理进行详细的解释.笔者查阅相关资料，现对二极管的工作原理进行简单的说明.

1P-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.

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.

2.1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0.3 V，硅管约为0.7 V），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.

2.2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.

3二极管与门电路

如图7，若输入端中有任意一个例如VA为0 V，VB为+6 V，在这种情况下，D1导通，使Y点电压钳制在0 V.此时D2受反向电压作用而截止，所以VY≈0 V.由此可见，与门几个输入端中，只有加低电压输入的二极管才导通，并把Y钳制在低电压（接近0 V），而加高电压输入的二极管都截止.

若输入端A、B都处于高电压+6 V，这时，D1、D2都截止，所以输出端Y点电压VY与+VC相等，即VY=+6 V.

4二极管或门电路

（1）输入端A、B都处于0 V时，D1、D2都处于截止状态，VY=0 V.

（2）若输入端中任意一个例如VA为+6 V，而VB为0 V时，D1导通，使VY处于高电压，D2受反向电压作用而截止，这是VY≈+6 V