3.10: Circuitos de conmutación de diodos

Lógica

Los diodos pueden realizar funciones lógicas digitales: AND y OR. La lógica de diodos se utilizó en las primeras computadoras digitales. Solo encuentra aplicación limitada hoy en día. A veces es conveniente modelar una sola puerta lógica a partir de unos pocos diodos.

Diodo y puerta

Una puerta AND se muestra en la Figura anterior. Las puertas lógicas tienen entradas y una salida (Y) que es una función de las entradas. Las entradas a la puerta son altas (lógica 1), digamos 10 V, o baja, 0 V (lógica 0). En la figura, los niveles lógicos son generados por conmutadores. Si un interruptor está activo, la entrada es efectivamente alta (1). Si el interruptor está abajo, conecta un cátodo de diodo a tierra, que es baja (0). La salida depende de la combinación de entradas en A y B. Las entradas y salidas se registran habitualmente en una “tabla de verdad” en (c) para describir la lógica de una puerta. En (a) todas las entradas son altas (1). Esto se registra en la última línea de la tabla de la verdad en (c). La salida, Y, es alta (1) debido al V ⁺ en la parte superior de la resistencia. No se ve afectado por los interruptores abiertos. En (b) el interruptor A tira del cátodo del diodo conectado a nivel bajo, tirando de la salida Y a baja (0.7 V). Esto se registra en la tercera línea de la tabla de la verdad. La segunda línea de la tabla de verdad describe la salida con los conmutadores invertidos desde (b). El interruptor B tira del diodo y la salida baja. La primera línea de la tabla de verdad registra el Output=0 para ambas entradas bajas (0). La tabla de verdad describe una función lógica AND. Resumen: ambos insumos A y B altos rinden un alto (1) hacia fuera.

Una puerta OR de dos entradas compuesta por un par de diodos se muestra en la Figura a continuación. Si ambas entradas son lógicas bajas en (a) como simulan ambos interruptores “hacia abajo”, la salida Y es baja por la resistencia. Este cero lógico se registra en la primera línea de la tabla de verdad en (c). Si una de las entradas es alta como en (b), o la otra entrada es alta, o ambas entradas altas, el diodo (s) conduce (s), tirando de la salida Y alta. Estos resultados se reordenan en la segunda a cuarta línea de la tabla de la verdad. Resumen: cualquier entrada “alta” es una salida alta en Y.

Puerta OR: (a) Primera línea, tabla de verdad (TT). b) Tercera línea TT. (d) OR lógico de suministro de línea eléctrica y batería de respaldo.

Una batería de respaldo puede estar cableada en O con una fuente de alimentación de CC operada por línea en la Figura anterior (d) para alimentar una carga, incluso durante un fallo de alimentación. Con la alimentación de CA presente, el suministro de línea alimenta la carga, asumiendo que es un voltaje más alto que la batería. En caso de fallo de alimentación, el voltaje de suministro de línea cae a 0 V; la batería alimenta la carga. Los diodos deben estar en serie con las fuentes de alimentación para evitar que un suministro de línea fallido drene la batería y para evitar que se cargue en exceso la batería cuando la línea eléctrica está disponible. ¿Su computadora PC conserva su configuración de BIOS cuando está apagada? ¿Su VCR (grabadora de videocasete) conserva la configuración del reloj después de un fallo de alimentación? (PC Sí, VCR antiguo no, VCR nuevo sí.)

Conmutador analógico

Los diodos pueden conmutar señales analógicas. Un diodo polarizado inverso parece ser un circuito abierto. Un diodo polarizado directo es un conductor de baja resistencia. El único problema es aislar la señal de CA que se está conmutando de la señal de control de CC. El circuito en la figura siguiente es una red resonante paralela: inductor de sintonización resonante paralelo por uno (o más) de los condensadores resonadores conmutados. Este circuito resonante LC paralelo podría ser un filtro preselector para un receptor de radio. Podría ser la red determinante de frecuencia de un oscilador (no mostrado). Las líneas de control digital pueden ser accionadas por una interfaz de microprocesador.

Interruptor de diodo: Una señal de control digital (baja) selecciona un condensador de resonador mediante la polarización directa del diodo de conmutación.

El condensador de bloqueo de CC de gran valor conecta a tierra el inductor de sintonización resonante para CA mientras bloquea CC. Tendría una reactancia baja en comparación con las reactancias LC paralelas. Esto evita que el voltaje de CC del ánodo sea cortocircuitado a tierra por el inductor de sintonización resonante. Un condensador resonador conmutado se selecciona tirando del control digital correspondiente bajo. Esto sesga hacia adelante el diodo de conmutación. La trayectoria de corriente CC es de +5 V a través de un estrangulador de RF (RFC), un diodo de conmutación y un RFC a tierra a través del control digital. El propósito del RFC a +5 V es mantener la CA fuera del suministro de +5 V. El RFC en serie con el control digital es para mantener la CA fuera de la línea de control externa. El condensador de desacoplamiento cortocircuitó la pequeña fuga de CA a través del RFC a tierra, evitando la línea de control digital externa.

Con las tres líneas de control digital altas (≥+5 V), no se seleccionan condensadores resonadores conmutados debido a la polarización inversa del diodo. Tirando una o más líneas bajas, selecciona uno o más condensadores resonadores conmutados, respectivamente. A medida que se conmutan más condensadores en paralelo con el inductor de sintonización resonante, la frecuencia resonante disminuye.

La capacitancia del diodo polarizado inverso puede ser sustancial en comparación con circuitos de frecuencia muy alta o ultra alta frecuencia. Los diodos PIN se pueden usar como interruptores para una capacitancia más baja.