Nachádzate sa tu
Kapitola 6
6. DIÓDA AKO SPÍNAČ V LOGICKÝCH, SPÍNACÍCH A ČASOVACÍCH OBVODOCH
V týchto obvodoch pracuje dióda ako jednosmerný dvojstavový spínač – ventil. V jednom stave je úplne zatvorená a v druhom úplne otvorená (riadiace napätie sa z jedného stavu do druhého stavu mení skokom).V logických obvodoch sa požívajú rýchle diódy s malým difúznym napätím: spínacie kremíkové diódy, Schottkyho, germániové s malým napätím a so zlatým hrotom.
Obr.6.0.1 Náhradná schéma diódy pre logické obvody
UD ≤ 0,7 V podľa typu diódy a prúdu. V tejto kapitole budeme predpokladať napätie UD < 0,3 V.
U = UD + UR = UD + I.R
I = ( U – UD ) / R
UR = I.R = U – UD
Obr.6.0.2 Riešenie jednoduchého obvodu s diódou
V obvodoch s väčším napájacím napätím možno UD zanedbať a diódu považovať za ideálny kontakt.
6.1 Dióda – doplnkový prvok v kontaktných logických obvodoch
Pre logické obvody často vznikajú signály vo vstupných kontaktných prvkoch (tlačítka, spínače, relé, snímače, klávesnice). Tieto obvody a prvky pracujú obvykle so signálmi vyššej úrovne ako majú TTL a DTL logické obvody. Pre realizáciu jednoduchých log. funkcií vo vyššej napäťovej úrovni sa využívajú priamo tieto kontaktné prvky. Použitie logických polovodičových obvodov by bolo z dôvodu prevodu úrovní a nutnosti ďalšieho zdroja neekonomické. Diódy sa v kontaktných schémach používajú z dôvodu minimalizácie počtu kontaktných zväzkov, pretože cena diódy je podstatne nižšia ako cena kontaktného zväzku. Určitou nevýhodou dopĺňania kontaktových obvodov diódami je, že obvody s diódami sú nesymetrické (napr. nemožno zameniť vstup a výstup, vymeniť pozíciu kontaktov v schéme).
Diódovo kontaktový obvod
Treba realizovať logickú funkciu Y = AB + AC + BC kontaktnou schémou. Tlačítka A a B majú len jeden zapínací kontakt.
Obr.6.1.1 Diódový kontaktový obvod
Vetvu kde je dióda nemožno nahradiť prepojkou, pretože by vznikla falošná vodivá vetva (cesta): C.C.
Rovnaká falošná cesta by vznikla zlúčením dvoch spínačov B (bez diódy).
Releový kontaktový dvojpól
Treba realizovať releový kontaktový dvojpól s logickou funkciou: 
K dispozícii sú relé s jedným prepínacím kontaktom.
Realizácia bez diód Realizácia s diódami
Obr.6.1.2 Releový kontaktový dvojpól s diódami
Zlúčenie dvoch zväzkov C, bez diód nie je možné, vznikla by falošná funkcia nevyhovujúca zadaniu.
6.2 Realizácia kombinačných logických obvodov – DTL logika
Pomocou diód a rezistorov sa môžu realizovať funkcie AND a OR a ich kombinácie. Čisto diódové obvody nemôžu realizovať funkciu NOT. Ďalšou nevýhodou je, že nevedia zosilňovať logické signály (regenerovať ich). Vo viacstupňových realizáciách sa zmenšuje odstup medzi úrovňami H a L, resp. pre jeho udržanie treba používať malé hodnoty odporov čo má za následok veľké prúdy. Realizácia funkcie NOT a zosilňovanie sa uskutočňuje len v súčinnosti s tranzistorom. Diódy sa predovšetkým používajú v jednoduchých menej stupňových logických obvodoch s vyššou úrovňovou logikou.
Logický obvod OR
Ui = U / 0 V
UvýstH = Ui – UD
UvýstL = 0 V
Obr.6.2.1 Logický obvod OR
V tejto podobe vyhodnocuje obvod nezapojené vstupy ako logickú úroveň L. Samotný obvod je pasívny (napätie prichádza do vstupov).
Logický obvod AND
Obr.6.2.2 Logický obvod AND
Nezapojené vstupy obvod hodnotí ako úroveň H (čo vyhovuje, lebo ich netreba ošetrovať).
Obvod realizácie zloženej logickej funkcie Y = AB + CD
Obr.6.2.3 Obvod realizácie zloženej logickej funkcie Y = AB + CD
Využitie diód na rozšírenie počtu vstupov log. členov
Obr.6.2.4 Využitie diód na rozšírenie počtu vstupov log. členov
___
Realizácia log. funkcie Y=A+B pomocou diód a tranzistora
Obr.6.2.5 Realizácia log. funkcie 
pomocou diód a tranzistora
6.3 Dióda v kóderoch a dekóderoch stavov (čísel)
Dekóder stavu čítačov a registrov
Dekóder výskytu jedného stavu (čísla) je vlastne súčinový obvod. Realizácia dekódera diódami je výhodná ak nemusí byť úplný, napr. pri čítačoch so skrátením cyklu počítania alebo čítačov so zastavením po dosiahnutí určitého čísla.
Príklad obvodu čítača so zastavením po spracovaní počtu 6-tich impulzov
Obr.6.3.1 Zapojenia dekódera stavu čítačov a registrov
Nastaviteľný kóder stavu (čísla) s diódami a prepínačmi ako súčasť generátora s nastaviteľným počtom impulzov
Obr.6.3.2 Nastaviteľný kóder stavu (čísla)
Je to 8 bitový binárny čítač so zastavením, po dosiahnutí nastaveného čísla 1 až 255. D klopné obvody slúžia pre štart a zastavenie počítania, pričom zabezpečujú aby prvý aj posledný impulz z vysielanej sekvencie impulzov mali rovnakú šírku ako ostatné. Prepínače môžu byť s binárnym alebo dekadickým kódovaním.
Zosnímanie stavu číslicových spínačov pripojených na port P1 mikropočítača 8051
Obr.6.3.3 Príklad zosnímania stavu číslicových spínačov pripojených na port P1 mikropočítača 8051
Zapojenie umožňuje redukciu počtu vstupných liniek portov na 4 linky - bity A,B,C,D. Ale sú
potrebné 3 výstupné linky a prevodník kódu. Jednotlivé bity spínačov sú multiplované
(zbernica A, zbernica B,...).
Stav spínačov sa načítava postupne. Tromi linkami sa adresujú pozície prepínačov a 4 bitmi A,B,C,D sa číta ich hodnota a uloží do pamäti μP.
6.4 Dióda ako súčasť kóderov klávesníc a pevných pamätí
Použitie diód v technologických klávesniciach
Diódové kódery sa používajú v jednoduchých technologických klávesniciach, ktoré nie sú riadené mikropočítačom. Klávesnice obvykle majú numerické klávesy a niekoľko funkčných klávesov. Používajú binárny kód príp. doplnený paritným bitom (v našom prípade je použitá nepárna parita).
Obr.6.4.1 Kódovanie klávesnice diódovou maticou
Pozn.: pre spoľahlivý zápis kódu stlačeného klávesu majú skutočné klávesnice obvod vytvárajúci vzorkovací (strobovací) signál, ktorý eliminuje zákmity signálov tlačidiel.
Použitie diód v pevných pamätiach ROM
Použitie diód v pevných pamätiach ROM ukazuje principiálny obvod realizujúci pamäť 16 slov x 4 bity. Obsah bunky je určený prítomnosťou resp. neprítomnosťou diód v priesečníkoch matice, vytvorenej riadkami - výstupmi dekódera adresy slova a stĺpcami - bitmi slova.
Obr.6.4.2 Principiálny obvod použitia diód v pamätiach ROM
D – dekadická hodnota adresy.
H – hexadecimálna hodnota údaja bunky.
6.5 Dióda ako spínač v ďalších spínacích a časovacích obvodoch
Diódové hradlo
Y = X.H
Ak H = 1 – hradlo je priechodné, Y = X
Ak H = 0 – hradlo je zablokované, Y = 0
Obr.6.5.1 Diódové hradlo
Je to vlastne dvojvstupový súčinový obvod, ktorý má jeden vstup použitý ako hradlovací (blokovací).
Diódový obvod pre určenie najväčšieho napätia zo vstupov
Je to logický súčtový obvod, ktorý rozlišuje napätia na vstupoch.
Pr.: nech U1 = 15 V, U2 = 10 V, U3 = 5 V
D1 je otvorená, ostatné sú zatvorené.
U0 = U1 –UD 
U1 = 15 V
Obr.6.5.2 Diódový obvod pre určenie najväčšieho napätia zo vstupov
Diódový obvod pre určenie najmenšieho napätia zo vstupov
Je to logický súčinový obvod, ktorý rozlišuje napätia na vstupoch.
Pr. : nech U1 = 15 V, U2 = 10 V, U3 = 5 V, UR = 24 V
D3 je otvorená, ostatné sú zatvorené.
U0 = U3 + UD U3 = 5 V
Obr.6.5.3 Diódový obvod pre určenie najmenšieho napätia zo vstupov
Dióda v obvode prevodníka úrovne
Ak U1 = L, U2 = UD = 0,3 V L
Ak U1 = H, U2 = UN = H
Pr.: U1 = 12 / 0 V, UN = 5 V, RN = 1 kW, RZ = 20 kW
U2H = 4,76 5 V, U2L = 0,3 0 V
Obr.6.5.4 Dióda v obvode prevodníka úrovne
Pozn.: Zapojenie prevodníka s diódou je lepšie riešenie ako odporový delič.
Časovací obvod signálu nulovania klopného obvodu
Obr. 6.5.5 Časovací obvod signálu nulovania klopného obvodu
Po pripojení napájania sa kondenzátor C postupne nabíja cez rezistor R s časovou konštantou 
R.C, kde R = xx kΩ, C = xxx µF. Napätie na kondenzátore rastie exponenciálne až do hodnoty prahového napätia vstupov TTL IO t j. UP = 1,4 V. IO je nulovaný L úrovňou. Po prekročení napätia UP je na nulovacom vstupe úroveň H - vynulovanie klopného obvodu sa skončilo. Aby bolo zabezpečené nulovanie sekvenčných IO aj pri krátkych výpadkoch napájania, časová konštanta R.C obvodu sa pre vybíjanie obvodu výrazne zmenší tak, že sa rezistor premostí diódou D, Pri vybíjaní sa kondenzátor vybíja cez malý odpor diódy: τV = RD.C (RD = x Ω). Takto sa môže obvod rýchlo pripraviť na spracovanie ďalšieho nábehu napájacieho napätia (zotaviť).
Niektoré obvody sa nulujú kladným impulzom (na úrovni H)
Obr. 6.5.6 Obvody nulované kladným impulzom
Niektoré sekvenčné obvody treba nulovať nielen automaticky od zapnutia, ale aj počas behu (ručne)
Obr.6.5.7. Automatické a ručné nulovanie obvodov
Dióda ako spínač v zapojení modulátorov
Z viacerých zapojení vyberáme tzv. kruhový modulátor.
Obr.6.5.8. Použitie diód v kruhovom modulátore
Vyvážený amplitúdový modulátor je druh modulátora amplitúdovej modulácie s potlačením nosného signálu. Existuje niekoľko druhov vyváženého modulátora. Z nich najznámejší je kruhový, ktorého základ tvoria štyri diódy so zapojením do kruhu pre vodivý smer (diód). V súčasnosti sa dajú optimálne realizovať polovodičové detekčné prvky, najmä z hľadiska teploty. Preto výrobcovia vyrábajú celý rad vyvážených modulátorov, ktoré sa dajú použiť v rôznych aplikáciách ako napr. demodulátor SSB signálu, impulzný modulátor, fázový detektor atď. Prvkom ktorý znehodnocuje najmä prenosové vlastnosti modulátora sú oddeľovacie transformátory, najmä ich symetria.
6.6 Tranzistor ako dióda
Bipolárny tranzistor má dva PN priechody: emitorový a kolektorový. Každý z nich možno teoreticky využiť ako diódu, napr. tranzistor s poškodeným kolektorovým ale funkčným emitorovým priechodom možno použiť ako diódu (viď obrázok A).
Obr. 6.6.1 Tranzistor ako dióda
Zapojenie A má nasledovné základné nedostatky: priechod B-E máva malé dovolené záverné napätie, dovolený prúd bázy a dovolený stratový výkon emitorového priechodu je malý. Pri malom prúde je dynamický odpor vo VACH priebehu pomerne veľký. V zapojení B sa využíva kolektorový priechod, ktorý má podstatne väčšie dovolené záverné napätie ako emitorový, ale z konštrukčných dôvodov môže byť obmedzený prúd bázy. Vo vnútorných schémach integrovaných obvodov, kde sa tranzistor–dióda polarizuje v priepustnom smere, alebo malým záverným napätím, sa používa zapojenie s prepojeným kolektorom a bázou (tzv. skratovaný tranzistor). Výhodou zapojenia je získanie väčšieho možného prúdu a stratového výkonu a tiež podstatne menší dynamický odpor vo VACH, ktorý je dôležitý najmä pre priechod prúdu signálu. Tranzistor pracuje na hranici presýtenia, vtedy platí:
IE= IC+IB=h21E.IB+IB= IB.(h21E+1) IB.h21E a UBE=UCE0,6 V (UCB=0). Dôvodom faktu, že namiesto polovodičovej štruktúry diódy sa používa skratovaný tranzistor, je buď požiadavka obvodovej, alebo tepelnej podobnosti charakteristík takejto štruktúry a funkčne súvisiacich ďalších tranzistorov v zapojení celého obvodu. Využitím tepelnej závislosti napätia diódy resp. priechodov tranzistora sa zaoberá kapitola 10.