Realizzazione di una porta not con soli diodi

[astrifiammante]

Un saluto a tutto il forum. Ho una domanda sulle porte logiche alla quale non ho trovato risposta. E' possibile costruire una porta NOT con soli diodi? E se no qual è il motivo profondo formale che lo vieta?

[ingres]

No, non è possibile, vedi ad es.

https://brahms.iet.unipi.it/esd/apptot.pdf a pag.23
https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_logic
https://www.quora.com/Why-cant-we-use-d ... a-NOT-gate

Questo perché il NOT implica un'inversione del segnale e questo richiede un dispositivo attivo.

[astrifiammante]

Grazie Ingres per la risposta. Conosco la motivazione che mi hai detto. Ma non mi sembra sufficiente per tagliare la testa al toro. Voglio dire ok il diodo è un componente passivo. Ma ad esempio la porta and realizzata a diodi implica l'alimentazione Vcc per funzionare. A parimenti posso pensare che vi sia un circuito, dotato di alimentazione, che coinvolge soltanto diodi e mi fa la not.

[ingres]

L'alimentazione Vcc fornisce l'energia ma dipende dal componente riuscire a sfruttare tale energia in modo attivo.
Nel caso del diodo questo non ha la capacità di prelevare l'energia per prendere un segnale a livello basso e elevarlo a livello alto (in pratica agire da amplificatore) come richiederebbe una porta NOT classica.

Se però cambi opportunamente la definizione di cosa intendi per NOT, passando attraverso grandezze fisiche diverse allora qualcosa si può fare o almeno sembra che si possa fare.
L'esempio più semplice è un resistore + diodo (supposto ideale) connesso verso l'anodo alla Vcc e verso il catodo alla Vin che può valere Vin = 0 (livello basso) e Vin=Vcc (livello alto). Se l'uscita Vout è la tensione sulla resistenza allora avremo:
Vin = 0 -> Vout = Vcc
Vin=Vcc -> Vout =0.

In questo esempio si è passati in realtà dalla tensione alla corrente (e che ci sia il diodo o meno alla resa dei conti non cambia il risultato ). Il problema sotteso è che per sfruttare realmente la Vout sarà necessario inserire uno stadio amplificatore con ingresso ad alta impedenza, per cui alla fine ho necessità di un componente attivo.

Comunque nel forum americano (il terzo riferimento) ci sono pareri e proposte vari che potrebbero interessarti.

[Quinzio]

Un saluto a tutto il forum. Ho una domanda sulle porte logiche alla quale non ho trovato risposta. E' possibile costruire una porta NOT con soli diodi? E se no qual è il motivo profondo formale che lo vieta?

Il motivo "formale e profondo" che lo vieta e' che nella curva ingresso-uscita della porta NOT c'e' un tratto a pendenza negativa, dove la derivata e' negativa.
Un grafico ingresso uscita, con in ascissa la tensione di ingresso e in ordinata la tensione di uscita potrebbe essere l'immagine sotto.
Ora, questo tratto a derivata negativa non e' possibile realizzarlo con un circuito di soli diodi e resistenze.
Si potrebbe immaginare che con qualche accorgimento e una disposizione accorta di diodi si possa creare un tratto a pendenza negativa, ma non e' possibile.
Prendiamo un circuito fatto di diodi e resistenze. Alcuni di questi componenti possono essere collegati ad una tensione positiva, la solita Vdd.
Ad ogni valore della tensione di ingresso, analizzando il circuito, alcuni di questi diodi saranno in conduzione e altri no.
Sostituiamo i diodi in conduzione con un corto-circuito e i diodi non in conduzione con un circuito aperto.
A questo punto ci ritroviamo con un circuito puramente resistivo.
In questo circuito la derivata uscita/ingresso avra' sempre valore positivo.
Se la tensione di ingresso varia e alcuni diodi vanno in conduzione o escono dalla conduzione, il circuito puramente resistivo cambiera', ma il concetto di prima e' lo stesso. La derivata tra uscita e ingresso avra' sempre pendenza positiva.

Non so se questo ti soddisfa come spiegazione formale.

Viceversa per altre porte logiche come AND e OR questo problema non c'e' e infatti si vede che e' possibile (e neanche difficile) realizzare una porta AND o OR con due diodi e una resistenza.
Il grafico uscita ingresso di una porta AND o OR non presenta tratti a pendenza negativa.
Prendiamo ad esempio una porta AND a due ingressi.
Se teniamo un ingresso a zero e variamo la tensione sull'altro ingresso, l'uscita non cambia mai, e questo vuol dire che non ci sono tratti a pendenza negativa.
Se teniamo il primo ingresso a Vdd, e variamo la tensione sull'altro ingresso da zero a Vdd, il grafico uscita ingresso diventa quello di un buffer, o se vogliamo diventa quello della porta NOT ma ribaltato, e questa volta ha un tratto a pendenza positiva.
Per la porta OR valgono dei discorsi analoghi.
Questa assenza di tratti a pendenza negativa fa si che le porte AND e OR si possano realizzare con soli diodi e resistenze.