Circuits de commutation à diodes : des portes logiques au contrôle analogique

Les diodes sont des composants polyvalents qui peuvent agir comme commutateurs rapides dans les domaines numérique et analogique. En polarisant une diode directement ou inversement, elle bascule entre un chemin de faible impédanse (direct) et un circuit ouvert (inverse), lui permettant d'effectuer des fonctions logiques, fournir une alimentation de secours, et contrôler des résonateurs RF.

Logique numérique avec diodes

Historiquement, la logique à diodes a sous-tendu les premières machines informatiques. Bien que les processeurs modernes utilisent la logique CMOS, les diodes servent encore d'outils pédagogiques et dans des applications de niche où un nombre minimal de portes est désiré.

Porte ET

Le diagramme montre une porte ET à deux entrées. Chaque entrée est soit haute (≈10 V, logique 1) soit basse (0 V, logique 0). Une résistance série alimente la sortie Y. Quand les deux entrées sont hautes, la sortie reste à V+ car la résistance domine. Si l'une des entrées tire sa cathode de diode à la masse, la sortie tombe à ~0,7 V, la chute directe de la diode. La table de vérité dans la figure accompagnante confirme le comportement ET logique : seulement quand A = 1 et B = 1, Y reste haut.

Porte OU

Une porte OU à deux entrées utilise une paire de diodes connectées à la même sortie. Quand les deux entrées sont basses, la résistance tire Y bas. Si l'une des entrées est haute, sa diode conduit, relevant Y à la tension d'alimentation. La table de vérité illustre ceci : toute entrée haute produit une sortie haute.

La figure (d) démontre un usage réel courant : une batterie de secours câblée en OU avec une alimentation secteur. Les diodes en série protègent la batterie de sur-décharge et empêchent le retour de courant quand le secteur est présent. Pendant une panne, la batterie alimente automatiquement la charge.

Commutation analogique avec diodes

Les diodes polarisées inversement se comportent comme circuits ouverts, tandis que les diodes polarisées directement offrent faible résistance, les rendant appropriées pour commuter des signaux AC sans perturber les lignes de contrôle DC. Le réseau résonnant suivant illustre ce principe.

Dans ce montage, un résonateur LC parallèle est couplé à un ensemble de condensateurs commutés. Chaque condensateur est sélectionné par une ligne de contrôle numérique qui polarise directement sa diode associée. Quand la ligne de contrôle est basse (+5 V via un choke RF et une diode), le condensateur se connecte en parallèle, abaissant la fréquence de résonance. Avec tous les contrôles hauts, aucun condensateur n'est engagé. Le choke RF et le gros condensateur de blocage DC isolent le chemin RF du circuit de contrôle, prévenant les fuites AC.

À très hautes fréquences, la capacitance parasite des diodes polarisées inversement peut devenir significative ; les diodes PIN sont souvent utilisées à la place pour atteindre une capacitance plus faible et une isolation plus élevée.

FEUILLES DE TRAVAIL ASSOCIÉES :

• Feuille de travail : Portes logiques de base