7. ダイオードによる基本論理回路

接合ダイオードの特性

図１は、接合ダイオードの回路図記号である。\(A\)（アノード）側がp型半導体（多数キャリアが正孔）、\(K\)（カソード）側がn型半導体（多数キャリアが電子）である。\(A\)側の電位を高くし、\(K\)側の電位を低くした場合が順方向で、\(A \rightarrow K\)が電流の流れる方向である。
ダイオードの動作原理の詳細は、ｐn接合ダイオードを参照して欲しい。
図２は、ダイオードの静特性である。順方向電圧が約0.6 V以上になると電流が大きく流れ出す。一方、逆方向電圧では、ほとんど電流が流れない。ただし、逆方向電圧が非常に高くなると逆方向電流が急激に流れ出す。これをブレーク・ダウン（降伏現象）という。
ダイオードによる論理回路では、図３に示すように、ダイオードの静特性をディジタル近似して、「ON領域」「OFF領域」のスイッチング動作で考える。

ダイオードによるAND回路

図４にダイオードによるAND回路の構成を示す。ダイオード２つのアノード（A）側を抵抗\(R\)を介して電源\(V_{CC}\)（\(5\; V\)）に接続する。ここで、\(A,B\)を入力（論理変数）で\(Y\)を出力（論理結果）とする。入力の片方でも\(0\; V\)にすれば対応するダイオードがONになり、ダイオードの順方向電圧を\(0.6 \; V\)とすると、出力は\(0.6 \; V\)になる。\(A,B\)両方の入力に\(5 \; V\)がかかったときのみ、両方のダイオードがOFFとなり、電流が流れないため抵抗の電圧降下がなく、出力が\(5 \; V\)となる。表１にダイオードによるAND回路の動作表を示す。\(5 \; V\)をHレベル「１」とみなし、\(0.6 \; V\)をLレベル「０」とみなせば、AND動作となっていることがわかる。

ダイオードによるOR回路

図５にダイオードによるOR回路の構成を示す。ダイオード２つのカソード（K）側を抵抗\(R\)を介してGND（\(0 \; V\)）に接続する。ここで、\(A,B\)を入力（論理変数）で\(Y\)を出力（論理結果）とする。入力の片方でも\(5\; V\)にすれば対応するダイオードがONになり、ダイオードの順方向電圧を\(0.6 \; V\)とすると、電源電圧\(V_{CC}\)（\(5 \;V\))から\(0.6 \; V\)降下して、出力は\(4.4 \; V\)になる。また、\(A,B\)両方の入力を\(0 \; V\)にしたときのみ、出力が\(0 \; V\)となる。表２にダイオードによるOR回路の動作表を示す。\(4.4 \; V\)をHレベル「１」とみなし、\(0 \; V\)をLレベル「０」とみなせば、OR動作となっていることがわかる。

ダイオード論理回路は、出力に負荷（次の段の論理回路など）が接続されなければ、論理動作が成り立つが、負荷がある場合は、誤動作を生じる。図６はダイオードAND回路にダイオードOR回路を接続した場合の回路図である。図６の下図に論理回路記号で示したように、AND,OR接続で入力が図のような場合、出力は「H」となる。