डायोड तर्क

डायोड तर्क (या डायोड-प्रतिरोधक तर्क) डायोड और प्रतिरोधक के साथ AND और OR तर्क गेट्स (द्वार) का निर्माण करता है।

सक्रिय उपकरण (प्रारम्भिक कंप्यूटरों में निर्वात नलिका, फिर डायोड-प्रतिरोधान्तरित्र तर्क में प्रतिरोधान्तरित्र) अतिरिक्त रूप से विद्युत-दाब स्तर पुनःस्थापन के लिए कार्यात्मक पूर्णता और प्रवर्धन के लिए तार्किक अंर्तवर्तक (NOT) प्रदान करने के लिए आवश्यक है, जो एकल डायोड तर्क प्रदान नहीं कर सकता है। चूंकि प्रत्येक डायोड तर्क चरण के साथ विद्युत-दाब का स्तर दुर्बल होता है, डायोड तर्क की उपयोगिता को सीमित करते हुए, कई चरणों को आसानी से सोपानित नहीं किया जा सकता है। हालाँकि, डायोड तर्क में केवल सस्ते निष्क्रिय घटकों का उपयोग करने का लाभ होता है।

तर्क गेट्स
तर्क गेट बूलियन बीजगणित का मूल्यांकन करते हैं, सामान्य रूप से समानांतर या श्रृंखला में जुड़े तार्किक इनपुट गेट्स नियंत्रित इलेक्ट्रॉनिक स्विच का उपयोग करते हैं। डायोड तर्क केवल OR और AND को प्रयुक्त कर सकता है, क्योंकि प्रतिवर्तित्र (गेट नहीं) को एक सक्रिय उपकरण की आवश्यकता होती है।

तर्क विद्युत-दाब स्तर
मुख्य लेख तर्क स्तर § 2-स्तरीय तर्क

बाइनरी तर्क विद्युत-दाब सिग्नल के दो अलग-अलग तर्क स्तरों का उपयोग करता है जिन्हें उच्च और निम्न लेबल किया जा सकता है। इस तर्क में, +5 वोल्ट के समीप विद्युत-दाब अधिक हैं, और 0 वोल्ट (क्षेत्र) के समीप विद्युत-दाब कम होता हैं। विद्युत-दाब का परिशुद्ध परिमाण महत्वपूर्ण नहीं है, परंतु इनपुट पर्याप्त प्रबल स्रोतों गेट्स संचालित हों ताकि आउटपुट विद्युत-दाब अलग-अलग श्रेणी के अंदर हों।

सक्रिय-उच्च या धनात्मक तर्क के लिए, उच्च तर्क 1 (सत्य) का प्रतिनिधित्व करता है और निम्न तर्क 0 (असत्य) का प्रतिनिधित्व करता है। हालांकि, उच्च या निम्न के लिए तार्किक 1 और तार्किक 0 का समनुदेशन यादृच्छिक है और सक्रिय-निम्न या ऋणात्मक तर्क में प्रतिवर्त है, जहां निम्न तार्किक 1 होता है जबकि उच्च तार्किक 0 होता है। निम्नलिखित डायोड तर्क गेट सक्रिय-उच्च या सक्रिय-निम्न तर्क दोनों में काम करते हैं, हालांकि वे जिस तार्किक फलन को प्रयुक्त करते हैं, वह इस बात पर निर्भर करता है कि किस विद्युत-दाब स्तर को सक्रिय माना जाता है। सक्रिय-उच्च और सक्रिय-निम्न के बीच स्विचिंग सामान्य रूप से अधिक सक्षम तर्क डिजाइन प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।

डायोड बायसन
अग्रबायसित डायोड में कम प्रतिबाधा होती है, जो एक छोटे विद्युत-दाब पात के साथ लघु परिपथ का अनुमान लगाती है, जबकि विपरीत अभिनत डायोड में विवृत परिपथ का अनुमान लगाते हुए बहुत अधिक प्रतिबाधा होती है। डायोड प्रतीक का तीर पारंपरिक धारा प्रवाह की अग्रबायसित दिशा को दर्शाता है।

डायोड AND और OR तर्क गेट
डायोड तार्किक गेट का प्रत्येक इनपुट एक साझा तार तार्किक आउटपुट से जुड़े डायोड के माध्यम से जुड़ता है। डायोड के प्रत्येक इनपुट और दिशा के विद्युत-दाब स्तर के आधार पर, प्रत्येक डायोड अग्रबायसित हो सकता है या नहीं भी हो सकता है। यदि कोई अग्रबायसित है, तो साझा आउटपुट तार अग्रबायसित डायोड के इनपुट के अंदर एक छोटा अग्र विद्युत-दाब पात होगा।

यदि कोई डायोड अग्रबायसित नहीं है तो कोई भी डायोड आउटपुट के लोड के लिए विद्युत् चालन (जैसे कि बाद का तार्किक चरण) प्रदान नहीं करेगा। इसलिए आउटपुट को अतिरिक्त रूप से एक विद्युत-दाब स्रोत से जुड़े ऊर्ध्व प्रतिरोधक या अधोकर्षक प्रतिरोधक की आवश्यकता होती है, ताकि आउटपुट शीघ्रता से संक्रमण कर सके और जब कोई डायोड अग्रबायसित न हो तो एक प्रबल परिचालक धारा प्रदान करे।

टिप्पणी: निम्नलिखित परिपथ में प्रत्येक गेट के लिए दो इनपुट होते हैं और इस प्रकार दो डायोड का उपयोग करते हैं, लेकिन अधिक इनपुट की स्वीकृति देने के लिए अधिक डायोड के साथ बढ़ाया जा सकता है। प्रत्येक गेट का कम से कम एक इनपुट एक प्रबल-पर्याप्त उच्च या निम्न विद्युत-दाब स्रोत से जुड़ा होना चाहिए। यदि सभी इनपुट एक प्रबल स्रोत से वियोजित हो जाते हैं, तो आउटपुट वैध विद्युत-दाब श्रेणी के अंदर नहीं आ सकता है।

सक्रिय-उच्च OR तर्क गेट्स
प्रत्येक इनपुट डायोड के एनोड से जुड़ता है। सभी कैथोड आउटपुट से जुड़े होते हैं, जिसमें एक अधोकर्षक प्रतिरोधक होता है।

यदि कोई इनपुट अधिक है, तब इसका डायोड अग्रबायसित होगा और धारा का संचालन करेगा, और इस प्रकार आउटपुट विद्युत-दाब को उच्च आकर्षित करेगा।

यदि सभी इनपुट कम होता हैं, तब सभी डायोड विपरीत अभिनत होंगे और इसलिए कोई भी धारा का संचालन नहीं करेगा। अधोकर्षक प्रतिरोधक शीघ्रता से आउटपुट विद्युत-दाब को कम कर देगा। संक्षेप में, यदि कोई इनपुट अधिक है तो आउटपुट उच्च होगा, लेकिन केवल तभी जब सभी इनपुट कम होंगे तो आउटपुट कम होगा: यह तार्किक या सक्रिय-उच्च तर्क के साथ-साथ तार्किक और सक्रिय-निम्न तर्क से समान है।

सक्रिय-उच्च AND तर्क गेट
यह परिपथ पूर्व गेट को प्रतिबिंबित करता है: डायोड को प्रतिवर्त कर दिया जाता है ताकि प्रत्येक इनपुट डायोड के कैथोड से जुड़ जाए और सभी एनोड एक साथ आउटपुट से जुड़े हों, जिसमें एक ऊर्ध्व प्रतिरोधक होता है।

यदि कोई इनपुट कम है, तो इसका डायोड अग्रबायसित होगा और धारा का संचालन करेगा, और इस प्रकार आउटपुट विद्युत-दाब को कम आकर्षित करेगा।

यदि सभी इनपुट अधिक हैं, तो सभी डायोड विपरीत अभिनत होंगे और इसलिए कोई भी धारा का संचालन नहीं करेगा। ऊर्ध्व प्रतिरोधक शीघ्रता से आउटपुट विद्युत-दाब को उच्च प्रभावित करेगा। संक्षेप में, यदि कोई इनपुट कम है, तो आउटपुट कम होगा, लेकिन केवल तभी जब सभी इनपुट उच्च होंगे, आउटपुट उच्च होगा: यह तार्किक और सक्रिय-उच्च तर्क के साथ-साथ तार्किक या सक्रिय-निम्न तर्क में संगत है।

वास्तविक डायोड तर्क
मुख्य लेख: p-n डायोड का विस्तृत विवरण, P-n संयोजन का विवरण, और शॉक्ले डायोड समीकरण

सरलता के लिए, डायोड को कभी-कभी अग्रबायसित और विपरीत अभिनत होने पर अनंत प्रतिरोध होने पर कोई विद्युत-दाब पात या प्रतिरोध नहीं माना जा सकता है। लेकिन वास्तविक डायोड शॉकली डायोड समीकरण द्वारा अधिकतम अनुमानित हैं, जिसमें एक अधिक जटिल घातीय धारा-विद्युत-दाब संबंध है जिसे डायोड नियम कहा जाता है।

डिजाइनरों को डायोड की विनिर्देश शीट पर निर्भर करना चाहिए, जो मुख्य रूप से एक या एक से अधिक अग्र धाराओं, एक विपरीत क्षरण धारा (या संतृप्ति धारा) पर अधिकतम अग्र विद्युत-दाब पात और अधिकतम विपरीत विद्युत-दाब जेनर या हिमस्खलन विघटन द्वारा सीमित प्रदान करता है। तापमान और प्रक्रिया भिन्नता के प्रभाव सामान्य रूप से सम्मिलित होते हैं। विशिष्ट उदाहरण:


 * जर्मेनियम डायोड:
 * 10 एमए = 1 वोल्ट @ 0 से 85 डिग्री सेल्सियस पर अधिकतम अग्र विद्युत-दाब
 * 15 वोल्ट = 100 माइक्रोऐंपियर @ 85 ° C पर अधिकतम प्रतीप क्षरण धारा


 * सिलिकॉन डायोड:
 * 10 एमए = 1 वोल्ट @ 0 से 125 डिग्री सेल्सियस पर अधिकतम अग्र विद्युत-दाब
 * 15 वोल्ट = 1 माइक्रोऐंपियर @ 85 ° C पर अधिकतम प्रतीप क्षरण धारा

अस्थायी प्रतिक्रिया
डायोड की एक अस्थायी प्रतिक्रिया भी होती है जो समस्या का विषय हो सकती है। एनोड और कैथोड के बीच धारिता विपरीत विद्युत-दाब के व्युत्क्रमानुपाती होती है, जैसे-जैसे यह 0 वोल्ट और अग्रबायसित की ओर बढ़ती है।

एक पुनः प्राप्ति समस्या भी है: अग्रबायसित से विपरीत अभिनत में स्विच करने पर एक डायोड का धारा तुरंत कम नहीं होगी, क्योंकि इसके संग्रहित आवेश को निर्वहन करने में एक (trr या प्रतीप पुनः प्राप्ति समय) सीमित समय लगता है। एक डायोड या गेट में, यदि दो या दो से अधिक इनपुट उच्च हैं और एक कम पर स्विच करता है, तो पुनः प्राप्ति की समस्या आउटपुट विद्युत-दाब में एक अल्पकालिक पतन का कारण बनेगी या उच्च रहने वाले डायोड में धारा बढ़ाएगी। यदि एक डायोड-प्रतिरोधान्तरित्र तर्क गेट समान निर्माण के एक प्रतिरोधान्तरित्र प्रतिवर्तित्र को संचालित करता है, तो प्रतिरोधान्तरित्र में एक समान संग्राही-आधार धारिता होगा जो प्रतिरोधान्तरित्र वृद्धि द्वारा प्रवर्धित होता है, जिससे यह व्यवधान को पार करने में बहुत मंद हो जाएगा। लेकिन जब डायोड बहुत मंद होता है, तो पुनः प्राप्ति समस्या का विषय बन जाती है:"एक असामान्य डिजाइन में, जर्मेनियम प्रतिरोधान्तरित्र के साथ छोटे सेलेनियम डायोड चक्रिका का उपयोग किया गया था। बहुत मंद सेलेनियम डायोड के पुनर्प्राप्ति समय के कारण प्रतिवर्तित्र आउटपुट पर व्यवधान हो जाता है। यह प्रतिरोधान्तरित्र के उत्सर्जक-आधार संयोजन पर एक सेलेनियम डायोड लगाकर निर्धारित किया गया था जिससे यह लगता है कि यह एक सेलेनियम प्रतिरोधान्तरित्र था यदि कभी कोई हो सकता है।"

विद्युत-दाब की हानि
सक्रिय तार्किक गेट आउटपुट विद्युत-दाब को एक सटीक विद्युत-दाब परास के अंदर प्रदान करता है, परंतु उनके इनपुट विद्युत-दाब कुछ व्यापक मान्य इनपुट विद्युत-दाब परास के अंदर हों। इस स्तर का पुनःस्थापन अधिक सोपानित तार्किक चरणों की स्वीकृति देती है और रव को दूर करती है, जिससे बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण की सुविधा मिलती है।

हालाँकि, निष्क्रिय डायोड तार्किक गेट्स के सोपानित होने पर निम्नलिखित विद्युत-दाब हानि को बढ़ाते हैं:


 * अग्र विद्युत-दाब VF पात
 * Cascaded-AND-OR-diode-logic.svgप्रत्येक OR गेट पर इनपुट किए गए उच्च विद्युत-दाब VF (सिलिकॉन में ~ 0.6 V, जर्मेनियम में ~ 0.3 V) से कम हो जाते हैं, जबकि प्रत्येक AND गेट पर इनपुट किए गए कम विद्युत-दाब VF द्वारा बढ़ाए जाते हैं।


 * स्रोत प्रतिरोध
 * एक विद्युत-दाब स्रोत का आउटपुट प्रतिरोध और बाद के गेट का ऊर्ध्व/अधोकर्षण प्रतिरोधक एक विद्युत-दाब व्यवधान बनाता है जो विद्युत-दाब के स्तर को दुर्बल करता है। यह OR गेट्स में उच्च विद्युत-दाब कम करता है और AND गेट्स में कम विद्युत-दाब बढ़ाता है।

इस प्रकार सोपानिक की व्यवहार्य मात्रा VF के मान और उच्च-निम्न विद्युत-दाब अंतर द्वारा सीमित होती है। विशेष डिजाइनों के साथ, कभी-कभी दो-चरण प्रणालियां प्राप्त की जाती हैं।विद्युत-दाब पात की क्षतिपूर्ति करने और अगले परिपथ लोड को संचालित करने के लिए पर्याप्त धारा प्रदान करने के लिए ऊर्ध्व प्रतिरोधों को नाममात्र उच्च विद्युत-दाब स्तर से अधिक आपूर्ति से जोड़ा जा सकता है। और इसी तरह अधोकर्षण प्रतिरोधों को आंशिक कम विद्युत-दाब से कम आपूर्ति से जोड़ा जा सकता है।

अनुप्रयोग
ऐतिहासिक रूप से, प्रारम्भिक कंप्यूटरों के निर्माण में डायोड तर्क का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया था, क्योंकि अर्ध-चालक डायोड भारी और कीमती सक्रिय निर्वात नलिकाओ को बदल सकते थे। प्रतिरोधान्तरित्र के आविष्कार ने प्रतिरोधान्तरित्र को नलिकाओ को डायोड-प्रतिरोधान्तरित्र तर्क में सक्रिय तत्व के रूप में बदलने की स्वीकृति दी। चूंकि प्रारंभिक प्रतिरोधान्तरित्र विश्वसनीय नहीं थे, उदाहरण के लिए, D-17B मिसाइल मार्गदर्शन कंप्यूटर, मुख्य रूप से डायोड तर्क का उपयोग करता था और जब आवश्यक हो तो केवल प्रतिरोधान्तरित्र का उपयोग करता था। डायोड तर्क को लगभग पूरी तरह से बदलने के लिए प्रतिरोधान्तरित्र तेजी से उन्नत हुए थे। हालांकि, डायोड तर्क अभी भी कुछ आधुनिक उपयोग पाता है।

सक्रिय आउटपुट से सस्ता निष्क्रिय तर्क
पारंपरिक आईसी के कम-प्रतिबाधा कर्षापकर्ष आउटपुट को सीधे बाहरी परिपथिकी से नहीं जोड़ा जाना चाहिए, क्योंकि वे विद्युत और तल के बीच लघु परिपथ बना सकते हैं। हालाँकि, इस तरह के आउटपुट को निष्क्रिय AND या डायोड तार्किक गेट्स के इनपुट के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यह सक्रिय तार्किक गेट्स को जोड़ने की कीमत से संरक्षित करता है। हालांकि, डायोड तार्किक विद्युत-दाब के स्तर को कम कर देगा और विकृत रव अस्वीकृति का परिणाम होगा, इसलिए डिजाइनरों को विफलताओं को प्रतिबंधित करने के लिए अंतराफलकीय तर्क वर्ग की विद्युत-दाब श्रेणी और सीमाओं के बारे में पता होना चाहिए।

मिकी माउस तर्क
डॉन लैनकेस्टर की सीएमओएस कुकबुक में वर्णित विनोदपूर्वक नामित "मिकी माउस तर्क" नियमित सीएमओएस 4000-श्रृंखला आईसी की सीमित क्षमताओं को बढ़ाने के लिए एक बहु-उपकरण के रूप में डायोड का उपयोग करने का सुझाव देता है, उदाहरण के लिए डायोड OR गेट का उपयोग करके अतिरिक्त इनपुट जोड़ने के लिए विभाजित करके-N प्रत्याक्रमण को विन्यास करने के लिए फ्लिप-फ्लॉप, या डायोड AND गेट प्रदान करता है। एक भिन्न दृष्टिकोण शैथिल्य और कार्यात्मक पूर्णता प्रदान करने के लिए श्मिट प्रतिक्रिया आईसी को प्रतिवर्त करने के साथ 1N914 डायोड की आपूर्ति रखने का सुझाव देता है।

कोई महत्वपूर्ण व्यवधान
एक सक्रिय-निम्न या डायोड तार्किक गेट एक कीपैड द्वारा प्रत्येक स्विच पर डायोड युक्त होता है, जो सभी एक साझा ऊर्ध्व प्रतिरोधक से जुड़े होते हैं। जब कोई स्विच बंद नहीं होता है, तो ऊर्ध्व आउटपुट को उच्च रखता है। लेकिन जब किसी कुंजी का स्विच तल से जुड़ता है, तो आउटपुट कम हो जाता है। यह OR परिणाम एक बाधा संकेत के रूप में उपयोग किया जा सकता है यह इंगित करने के लिए कि कोई कुंजी दबाई गई है। फिर एक सूक्ष्‍म नियंत्रक विद्युत संरक्षण स्टैंडबाय (आपातोपयोगी) से जागृत हो सकता है और कुंजी आधारक को जांच कर सकता है यह निर्धारित करने के लिए कि किस कुंजी को विशेष रूप से दबाया गया था। [6]

टनल डायोड
1960 के दशक के समय तर्क परिपथ में टनल डायोड का उपयोग एक सक्रिय शोध विषय था। जब उस समय के प्रतिरोधान्तरित्र तर्क गेट्स की तुलना में, टनल डायोड ने बहुत अधिक गति की पेशकश की। अन्य डायोड प्रकारों के विपरीत, टनल डायोड ने प्रत्येक चरण में संकेतों के प्रवर्धन की संभावना की पेशकश की। एक टनल डायोड तर्क के संचालन सिद्धांत टनल डायोड केअभिनत और एक प्रभाव सीमा धारा पर इनपुट से धारा की आपूर्ति पर निर्भर करते हैं, दो अवस्थाओ के बीच डायोड को स्विच करने के लिए करते है। परिणामस्वरूप, टनल डायोड तर्क परिपथ प्रत्येक तार्किक संचालन के बाद डायोड को पुनः नियोजन करने के लिए एक साधन की आवश्यकता होती है। एक साधारण टनल डायोड गेट ने इनपुट और आउटपुट के बीच आंशिक वियोजन की पेशकश की और इसमें कम प्रशंसक और निर्गमी थे।अतिरिक्त टनल डायोड और अभिनत विद्युत की आपूर्ति के साथ अधिक जटिल गेट्स ने इनमें से कुछ सीमाओं को पार कर लिया। असतत और एकीकृत परिपथ प्रतिरोधान्तरित्र की गति में अग्रिम और प्रतिरोधान्तरित्र प्रवर्धकों की अधिक लगभग एक पक्षीय प्रकृति ने टनल डायोड गेट को पीछे छोड़ दिया और इसका उपयोग अब आधुनिक कंप्यूटरों में नहीं किया जाता है।

यह भी देखें

 * डायोड आधारक
 * प्रतिरोधान्तरित्र-प्रतिरोधान्तरित्र तर्क
 * तारयुक्त तर्क संयोजन

बाहरी संबंध

 * "Joystick Controller: Using Diodes to Create OR Circuits" by David Cook