—集成邏輯門電路

1、數(shù)字電子技術講義集成邏輯門電路第二部分 集成邏輯門電路課 題：分立元件門電路教學目的：理解二極管的含義與作用；掌握二極管與門、或門和三極管非門電路的邏輯符號及真值表。教學重點： 二極管與門、或門和非門的邏輯符號及真值表教學難點：二極管與門、或門和非門電路的工作原理教學方法：講授法和討論交流法教 具：無課 時：2教 學 內(nèi) 容門電路是構成數(shù)字電路的基本邏輯單元。在理論分析與設計中，每一個邏輯單元都是用邏輯符號來表示，而在工程中每一個邏輯符號都對應著一種電路，并通過集成工藝制作成一種集成器件，稱為集成邏輯門電路。2.1 分立元件門電路用以實現(xiàn)各種基本邏輯關系的電子電路稱為門電路。它們是組成其它邏輯

2、功能電路的基礎。由于分立元件門電路的結構簡單，便于闡述有關工作原理，所以是學習集成門電路的入門。2.1.1二極管與門1.電路組成及邏輯符號圖2-1（a）是一個由二極管組成的與門，圖2-1（b）是它的邏輯符號。圖中A和B是輸入信號，Y是輸出信號，輸入高、低電平分別為3V和0V，二極管正向?qū)〞r壓降為0.7V。（a）電路圖 （b）邏輯符號圖2-1 二極管與門 2.工作原理（1）A=B=0V時，二極管VD1和VD2都導通，輸出Y=0.7V，為低電平。（2）A=0V，B=3V時，二極管VD1優(yōu)先導通，輸出Y=0.7V，為低電平。此時VD2截止。（3）A=3V，B=0V時，二極管VD2優(yōu)先導通，輸出Y=

3、0.7V，為低電平。此時VD1截止。（4）A=B=3V時，二極管VD1和VD2都導通，輸出Y=3.7V，為高電平。3.輸入與輸出電壓關系及真值表把上述分析結果歸納起來很容易得出表2-1的輸入與輸出電壓之間的關系。如果采用正邏輯（1表示高電平，0表示低電平）體制，則可以列出與門的真值表見2-2。由與門真值表可知，與門的邏輯表達式為 表2-1 與門輸入與輸出電壓關系表 2-2 與門的真值表 輸入輸出Y（V）A（V）B（V）003303030.70.70.73.7 輸入輸出YAB001101010001增加一個輸入端和一個二極管，就可變成三輸入端與門。按此辦法可構成更多輸入端的與門。2.1.2二極管

4、或門1.電路組成及邏輯符號圖2-2（a）所示為二極管或門電路，圖（b）為其邏輯符號。其中A、B為輸入信號，Y為輸出信號，輸入低電平仍然為0V，高電平為3V。二極管導通時VD0.7V。（a）電路圖 （b）邏輯符號圖2-2 二極管或門 2.工作原理由2-2（a）可知：當輸入A、B中有一個為高電平3V，輸出Y便為高電平2.3V；只有當A、B都為低電平0V時，輸出Y才為低電平0V。由此得到二極管或門輸入與輸出電壓關系表見表2-3，二極管或門的真值表見表2-2。由真值表可知，或門的邏輯表達式為Y=A+B表2-3 或門輸入與輸出電壓關系 輸入輸出Y（V）A（V）B（V）0033030302.32.32.3

5、 表2-4 或門的真值表輸入輸出YAB001101010111同樣，可用增加輸入端和二極管的方法，構成更多輸入端的或門。2.1.3 三極管非門1電路組成 圖2-3（a）所示為三極管非門電路，圖（b）為其邏輯符號。其中A為輸入信號，Y為輸出信號。三極管VT飽和導通時，VBE0.7V，VCES0.3V，當VBE<0.5V時，三極管截止，IC0。 （a）電路圖 （b）邏輯符號圖2-3 三極管非門2工作原理（1）A=0V時，三極管的發(fā)射結電壓小于死區(qū)電壓，滿足截止條件，所以管子截止，Y=5V。（2）A=5V時，三極管的發(fā)射結正偏，管子導通，有Y0.3V0V。把上述分析結果列入表2-5中，并得到表

6、2-6所示的真值表?？梢娸敵鲭娖秸煤洼斎腚娖椒聪?，所以是反相器。 表2-5 非門輸入與輸出電壓關系 輸入A（V）輸出Y（V）05503表2-6 非門的真值表輸入A輸出Y0110輸出Y的邏輯表達式為第 35 頁課 題： TTL集成邏輯門電路教學目的：理解TTL與非門電路的電壓傳輸特性，了解其電路參數(shù)；掌握OC門、TS門的邏輯符號及其應用；理解TTL集成邏輯門電路使用規(guī)則。教學重點： OC門、TS門的邏輯符號及其應用；TTL集成邏輯門電路使用規(guī)則。教學難點：TTL與非門電路的參數(shù)及TTL集成邏輯門電路的正確使用教學方法：講授法和討論交流法教 具：無課 時：2教 學 內(nèi) 容2.2 TTL集成邏輯門

7、電路TTL電路是一種由雙極型晶體管組成的集成電路。由于其輸入級和輸出級均采用了三極管，所以稱之為晶體管晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。2.2.1 TTL與非門電路1TTL與非門的基本結構電路如圖2-4所示，它由輸入級、中間級、輸出級三個部分組成。（1）輸入級由多發(fā)射極晶體管VT1及電阻Rb1組成。VT1的三個發(fā)射極與基極形成的三個發(fā)射結可等效為三只二極管，起與門的作用，故VT1用以實現(xiàn)與邏輯功能。用多發(fā)射極晶體管代替二極管作與門，有利于提高門電路的工作速度。（2）中間級由VT2、Rc2、Re2組成。VT2集電極和發(fā)射極輸出兩個邏輯電平相反的信號，分別用以驅(qū)動VT3和VT4。（3）輸出級由VT

8、3、VT4及VD、Rc4組成。VT3、VT4構成推拉式結構的輸出級，兩管在不同輸入信號作用下輪流導通，輸出高低電平。2工作原理設輸入uI的高電平UIH3.6V，低電平UIL0.3V，三極管的正向壓降為0.7V。（1）當輸入A、B、C中有一個或多個為低電平UIL0.3V時， VT1的發(fā)射結正向?qū)ǎ琕T1的基極電壓uB11V，使VT2和VT4截止。這時，VT2的集電極電壓uc2VCC5V，為高電平，使VT3和二極管VD導通，輸出uO為高電平UOH，其值為uO3.6V（2）當輸入A、B、C都為高電平UIH3.6V時，電源VCC通過R1和VT1集電結向VT2和VT4提供基極電流，使VT2和VT4飽和

9、，輸出uO為低電平UOL，其值為uO0.3V可見，電路實現(xiàn)了反相器的邏輯功能：輸入高電平，輸出為低電平；輸入低電平，輸出為高電平。其輸出與輸入間具有與非邏輯關系，輸出邏輯表達式為：3TTL與非門的電壓傳輸特性及主要參數(shù)（1）電壓傳輸特性曲線電壓傳輸特性曲線是指輸出電壓與輸入電壓之間的對應關系曲線，即uo=f（uI），它反映了電路的靜態(tài)特性。與非門傳輸特性的測試方法如圖2-5所示，其電壓傳輸特性如圖2-6所示。 圖2-5傳輸特性的測試方法 圖2-6 TTL與非門的電壓傳輸特性TTL與非門的電壓傳輸特性曲線可分為四段：AB段（截止區(qū)）、BC段（線性區(qū)）、CD段（過渡區(qū)）、DE段（飽和區(qū))。AB段：

10、此時輸入電壓uI很低（0.6V），VT1的發(fā)射結正向偏置。其基極電壓uB11.3V，VT2和VT3截止，VT2集電極電壓uC2為高電平，使VT4、VD導通，輸出uO為高電平，UOH3.6V。這時與非門工作在截止區(qū)。BC段：當輸入電壓uI增加，使VT2導通，但VT3仍處于截止狀態(tài)時，由于VT2的放大作用，使得uIuB2ic2uC2，uO將線性下降。故BC段稱為線性區(qū)。CD段：當uI繼續(xù)增加，VT2和VT3同時導通，由于VT2和VT3的放大作用，使得uO迅速下降。這時與非門工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，又稱過渡區(qū)。DE段：由于uI繼續(xù)增加，使得VT2和VT3均飽和，VT4截止，電路輸出低電平。這時與非門工作在飽和

11、區(qū)。（2）幾個重要參數(shù)從TTL與非門的電壓傳輸特性曲線上，我們可以定義幾個重要的電路指標。輸出高電平UOHUOH的理論值為3.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值UOH（min）=2.4V，即大于2.4V的輸出電壓就可稱為輸出高電壓UOH。輸出低電平UOL。UOL的理論值為0.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值UOL（max）=0.4V，即小于0.4V的輸出電壓就可稱為輸出低電壓UOL。由上述規(guī)定可以看出，TTL門電路的輸出高低電壓都不是一個值，而是一個電壓范圍。關門電平UOFF。UOFF就是保證輸出為額定高電平時所允許輸入低電平的最大值，一般要求UOFF0.8V。開門電平電壓UON。它是保證輸出為

12、額定低電平時所允許的輸入高電平的最小值，一般要求UON1.8V。閾值電壓Uth。它是指電壓傳輸特性曲線上轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應的輸入電壓值，也即是決定輸出高、低電壓的分界線。Uth的值為1.3V1.V。噪聲容限。也稱抗干擾能力，它是反映門電路抗干擾能力強弱的參數(shù)，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。扇出系數(shù)N0。指與非門正常工作時能驅(qū)動的同類門的個數(shù)。對于典型電路，N08。2. 2.2 其它功能的TTL門電路TTL集成邏輯門電路除與非門外，常用的還有集電極開路與非門、或非門、與或非門、三態(tài)門和異或門等，它們的邏輯功能雖各不相同，但都是在與非門的基礎上發(fā)展起來的。因此，前面討論的TTL與非門的

13、特性對這些門電路同樣適用。1集電極開路與非門（OC門）（1）OC門的電路結構及工作原理圖2-7 普通的TTL門電路輸出并聯(lián)在工程實踐中，有時需要將幾個門的輸出端并聯(lián)使用，以實現(xiàn)與邏輯，稱為線與。如果將G1、G2兩個TTL與非門的輸出直接連接起來，如圖2-7所示，當G1輸出為高，G2輸出為低時，從G1的電源VCC通過G1的VT4、VD到G2的VT3，形成一個低阻通路，產(chǎn)生很大的電流，輸出既不是高電平也不是低電平，邏輯功能將被破壞，還可能燒毀器件。所以普通的TTL門電路是不能進行線與的。為滿足實際應用中實現(xiàn)線與的要求，專門生產(chǎn)了一種可以進行線與的門電路集電極開路門，簡稱OC門，其電路結構及邏輯符號

14、如圖2-8所示。 這種門電路工作時，需要在輸出級開路的集電極和電源之間加負載電阻，該負載電阻稱為上拉電阻P。只要RP的值選擇得當，就能做到既保證輸出高、低電平符合要求，又能做到輸出級三極管不過載。電路工作原理如下：當輸入A、B都為高電平時，VT2和VT3飽和導通，輸出低電平；當輸入A、B中有低電平時，VT2和VT3截止，輸出高電平。因此，OC門具有與非功能。其邏輯表達式為圖2-9 OC門實現(xiàn)線與（2）OC門的應用集電極開路與非門開關速度較低，但邏輯功能靈活，應用廣泛。實現(xiàn)線與。兩個OC門實現(xiàn)線與時的電路如圖2-9所示。此時輸出Y的邏輯表達式為：注意：圖2-9所示電路必須外接集電極負載電阻，才能

15、實現(xiàn)與非門的邏輯功能。實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在數(shù)字系統(tǒng)的接口部分（與外部設備相聯(lián)接的地方）需要有電平轉(zhuǎn)換的時候，常用OC門來完成。圖2-10所示為上拉電阻接到10V電源上，這樣在OC門輸入普通的TTL電平，而輸出高電平就可以變?yōu)?0V。圖2-10 OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 圖2-11 OC門驅(qū)動發(fā)光二極管用做驅(qū)動器?？捎肙C門來驅(qū)動發(fā)光二極管、指示燈、繼電器和脈沖變壓器等。圖2-11是用OC門來驅(qū)動發(fā)光二極管的顯示電路。該電路只有在輸入都為高電平時，輸出才為低電平，發(fā)光二極管導通發(fā)光，否則，輸出高電平，發(fā)光二極管熄滅。2三態(tài)輸出門（TS門）三態(tài)輸出門（簡稱TS門）是在普通門的基礎上附加控制電路而構成的，是指

16、不僅可輸出高電平、低電平兩個狀態(tài)，而且輸出還可呈高阻狀態(tài)的門電路。圖2-12給出了三態(tài)門的電路圖及邏輯符號，邏輯符號中的“”表示輸出為三態(tài)。 (a)電路圖 (b)邏輯符號 圖2-12 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門的主要用途是實現(xiàn)總線傳輸。2.2.3TTL集成邏輯門電路系列1CT54系列和CT74系列CT54系列和CT74系列具有完全相同的電路結構和電氣性能參數(shù)。所不同的是CT54系列TTL集成電路更適合在溫度條件惡劣、供電電源變化大的環(huán)境中工作，常用于軍品；而CT74系列TTL集成電路則適合在常規(guī)條件下工作，常用于民品。2TTL集成邏輯門電路的子系列及比較（1）TTL集成邏輯門電路的子系列CT54系列

17、和CT74系列的幾個子系列的主要區(qū)別表現(xiàn)在它們的平均傳輸延遲時間tpd和平均功耗這兩個參數(shù)上。下面以CT74系列為例說明它的各子系列的主要區(qū)別。 CT74標準系列。為TTL集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速TTL器件。 CT74H高速系列，為CT74標準系列的改進型產(chǎn)品。提高了工作速度和負載能力。 CT74L低功耗系列。電路的平均功耗很小，約為1mW門，但平均傳輸延遲時間較長，約為33ns門。CT74S肖特基系列，電路中采用了抗飽和三極管，有效地降低了三極管的飽和深度，同時，電阻的阻值也不大，從而提高了電路的工作速度，在TTL各子系列中，它的工作速度是很高的，但電路的平均功耗較大，約為19mW門。CT

18、74LS低功耗肖特基系列。電路既具有較高的工作速度，又有較低的平均功耗。CT74AS先進肖特基系列。工作速度高，但平均功耗較大，約為8mW門。CT74ALS先進低功耗肖特基系列。電路的平均功耗低、工作速度高2.2.4 TTL集成邏輯門電路的使用規(guī)則1電源電壓及電源干擾的消除54系列門電路電源電壓可以在±10的范圍內(nèi)變化，即應滿足5V×（1±10）；而74系列的電源電壓只能在±5的范圍內(nèi)變化，即應滿足5V×（1±5）的要求，且電源極性和地線不能接錯。為了防止外來干擾通過電源串入電路，需要對電源進行濾波，通常在印制電路板的電源輸入端接入1

19、0100F的電容進行濾波，在印制電路板上，每隔68個門加接一個0.010.1F的電容對高頻進行濾波。2輸出端的連接具有推拉輸出結構的TTL門電路的輸出端不允許直接并聯(lián)使用。輸出端不允許直接接電源Vcc或直接接地。使用時，輸出電流應小于產(chǎn)品手冊上規(guī)定的最大值。三態(tài)輸出門的輸出端可并聯(lián)使用，但在同一時刻只能有一個門正常工作，其余處于高阻狀態(tài)。集電極開路門（OC門）輸出端可以并聯(lián)使用（線與），但輸出端必須外接上拉電阻RL到電源。3閑置（多余）輸入端的處理TTL集成門電路使用時，對于閑置（不用的）輸入端，一般不懸空，主要是防止干擾信號從懸空輸入端引入電路。對于閑置輸入端的處理應以不改變電路正常邏輯功能

20、且穩(wěn)定工作為原則。常用的有以下幾種方法。（1）對于與非門的閑置輸入端，可直接接電源或通過110的電阻接電源Vcc，如圖2-14所示。圖2-14 與非門閑置端的處理（2）如果前級驅(qū)動能力允許，可將閑置輸入端與有用端并聯(lián)使用，如圖2-15（a）所示。（3）在外界干擾很小時，與非門的閑置輸入端可以剪斷或懸空，如圖2-15（b）所示。但不允許接開路長線，以免引入外界干擾而產(chǎn)生邏輯錯誤。（a）并聯(lián)使用 （b）懸空使用 圖2-15 與非門閑置端的處理（4）或非門不使用的閑置輸入端應接地，或通過較小電阻（1K以下）接地。如圖2-16（a）所示。（5）對與或非門中整個不用的與門，至少應有一個輸入端接地；而對于

21、要使用的與非門，其多余輸入端應接電源（高電平），方法同（1），如圖2-16（b）（a）或非門閑置端的處理 （b）與或非門閑置端的處理圖2-16 或非門及與或非門閑置端的處理4電路安裝接線和焊接時的注意事項（1）連線要盡可能短，最好用絞合線。（2）整體接地要好，地線要粗且短。（3）焊接時應使用功率不大于25W的電烙鐵，并使用中性焊劑，如松香酒精溶液，不可使用腐蝕性較強的焊膏。（4）由于集成電路外引線之間距離很近，焊接時焊點要小，避免相鄰引線短路，且焊接時間要短。（5）印制電路板焊接完畢后，不得浸泡在有機溶液中清洗，只能用少量酒精擦去外引線上的助焊劑和污垢。課 題： CMOS集成邏輯門電路；集成邏

22、輯門電路的應用教學目的：理解CMOS反相器的電路組成及工作原理；掌握TG門和OD門邏輯符號及其應用；掌握CMOS數(shù)字集成電路的特點及使用規(guī)則。教學重點： TG門和OD門邏輯符號及其應用； CMOS數(shù)字集成電路的特點及使用規(guī)則。教學難點：集成邏輯門電路的應用教學方法：講授法和討論交流法教 具：無課 時：2教 學 內(nèi) 容2.3 CMOS集成邏輯門電路MOS集成邏輯門是采用單極型場效應三極管（MOS管）作為開關元件的數(shù)字集成電路。它是繼TTL之后發(fā)展起來的另一種應用廣泛的數(shù)字集成電路。就邏輯功能而言，它們與TTL門電路并無區(qū)別，但突出的優(yōu)點是微功耗、高抗干擾能力，它們還具有制造工藝簡單、集成度高、價

23、格便宜等優(yōu)點，因此得到了十分迅速的發(fā)展。MOS門電路有PMOS、NMOS和CMOS三種類型，其中CMOS門電路是由增強型PMOS管和增強型NMOS管組成的互補對稱MOS門電路。它突出的優(yōu)點是靜態(tài)功耗低，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定性好，開關速度較高。國產(chǎn)CMOS數(shù)字集成電路主要有4000系列和高速系列。2.3.1 CMOS反相器CMOS門電路有非門（反相器）、與非門、或非門等多種電路。其中反相器是MOS集成電路的基本組成部分，許多復雜的MOS電路都是由反相器演變而成的。1MOS管的開關特性MOS管屬于電壓控制的開關器件，MOS系列門電路有PMOS、NMOS和CMOS，而CMOS電路由于功耗小、對電源

24、電壓適應性廣、和TTL電路兼容等特點，處于主導地位。2CMOS反相器（1）電路組成CMOS反相器的基本電路結構如圖2-18（a）所示。 (a)原理電路 (b)TP導通TN截止 (c)TN導通TP截止圖2-18 CMOS反相器其中TN為增強型NMOS管，用作驅(qū)動管；TP為增強型PMOS管，用作負載管。兩管柵極連接在一起作輸入端，漏極相連作輸出端，TP源極接電源VDD，TN源極接地。要求電源VDD大于兩管開啟電壓絕對值之和，即VDDUGSNUGSP，設TN和TP的開啟電壓UGSN UGSP，且小于VDD。（2）工作原理當輸入為低電平，即uIUIL0時，NMOS管uGSN0VUGSN ，TN管截止，

25、相當于開關KN斷開；而PMOS管uGSP0VDDVDD UGSP，TP管導通，可等效為一個小電阻RONP，等效電路如圖2-18（b）所示。此時，輸出電壓uOUOHVDD。當輸入為高電平，即uIUIHVDD時，uGSNVDD UGSN，TN管導通，可等效為一個小電阻RONN，而uGSPVDDVDD0V UGSP，TP管截止，相當于開關KP斷開，等效電路如圖2-18（c）所示。此時，輸出電壓uOUOL0V。顯然，圖2-18所示電路中，當輸入為低電平時輸出高電平；當輸入為高電平時輸出低電平，實現(xiàn)了反相器的功能。通過以上分析可以看出，在CMOS反相器中，無論電路處于何種狀態(tài)，TN、TP總是一管導通而另

26、一管截止，即兩管中總有一個截止，使靜態(tài)電流為零，所以它的靜態(tài)功耗極低，有微功耗電路之稱。2.3.2其它功能的 CMOS門電路 1CMOS傳輸門（TG門）CMOS傳輸門是數(shù)字電路中用來傳輸信號的一種基本單元電路。它與CMOS反相器結合起來，可以組成各種功能的邏輯電路。（1）電路結構將兩個參數(shù)對稱一致的增強型NMOS管TN和PMOS管TP并聯(lián)可構成COMS傳輸門，其電路和邏輯符號如圖2-19所示。（a）電路圖 （b）邏輯符號圖2-19 CMOS傳輸門（2）工作原理當控制電壓C=VDD，=0V時，傳輸門相當于接通的開關，uOuI；當控制電壓C=0V，= VDD時，傳輸門相當于斷開的開關，輸入電壓不能

27、傳到輸出端，輸出呈高阻狀態(tài)。由于TN和TP在結構上對稱，所以圖中的輸入端和輸出端可以互換，故又將傳輸門稱為雙向開關。圖2-20 CMOS模擬開關可見CMOS傳輸門實現(xiàn)了信號的可控傳輸。將CMOS傳輸門和一個反相器組合起來，由非門產(chǎn)生互補的控制信號，就可實現(xiàn)單刀單擲或單刀雙擲開關的功能，如圖2-20所示，稱為模擬開關。2CMOS漏極開路與非門（OD門）電路如圖2-21（a）所示，圖（b）是其邏輯符號。由圖可知，該電路具有與非功能，即。電路工作時，必須外接電源VDD2和負載電阻RD。通常電源電壓VDD1和VDD2不同，因此它還可用于電平轉(zhuǎn)換。當輸入A、B都為高電平UIHVDD1時，輸出Y為低電平U

28、OL0V；當輸入A、B中有低電平UIL0V時，輸出Y為高電平UOHVDD2?？梢?，該電路能將VDD10V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為0VVDD2的輸出電壓，從而實現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。（a）電路圖 （b）邏輯符號圖2-21 漏極開路輸出的CMOS與非門2.3.3 CMOS數(shù)字集成電路系列及特點1CMOS數(shù)字集成電路系列（1）CMOS4000系列這是早期的CMOS集成邏輯門產(chǎn)品，工作電源電壓范圍為318V，由于具有功耗低、噪聲容限大、扇出系數(shù)大等優(yōu)點，已得到普遍使用。缺點是工作速度較低，平均傳輸延遲時間為幾十ns，且工作頻率低，最高工作頻率小于5MHz，驅(qū)動能力差，門電路的輸出負載電流約為0.51mA/ 門，因此C

29、MOS4000系列的使用受到一定的限制。（2）高速CMOS電路（HCMOS）系列該系列電路主要從制造工藝上作了改進，使其大大提高了工作速度，平均傳輸延遲時間小于10ns，最高工作頻率可達50MHz。高速CMOS電路主要有54系列和74系列兩大類，其電源電壓范圍為26V。它們的主要區(qū)別是工作溫度的不同，如表2-10所示。表2-10 HCMOS電路54系列和74系列工作溫度的對比參 數(shù)54系列74系列最小一般最大最小一般最大工作溫度/552525402585由表2-10可知，HCMOS電路54系列更適合在溫度條件惡劣的環(huán)境中工作，而74系列則適合在常規(guī)條件下工作。2CMOS4000系列和HCMOS

30、系列的比較CMOS4000系列和HCMOS系列的重要參數(shù)見表2-11所示。表2-11 CMOS4000系列和HCMOS系列參數(shù)比較系列名稱CMOS400054HC/74HC工作電壓/V55平均功耗（每門）/mW5×1033×103平均傳輸延遲時間（每門）/ns458最高工作頻率/MHz550噪聲容限/V22輸出電流/mA0.514輸入電阻/10121012由上表顯見：HCMOS電路比CMOS4000系列具有更高的工作頻率和更強的輸出驅(qū)動負載的能力，同時還保留了CMOS4000系列的低功耗、高抗干擾能力的優(yōu)點，已達到CT54LS/CT74LS的水平，他完全客服了CMOS400

31、0系列存在的問題。因此，它是一種很有發(fā)展前途的CMOS器件。3CMOS數(shù)字集成電路的特點CMOS集成電路誕生于20世紀60年代末，經(jīng)過制造工藝的不斷改進，在應用的廣度上已與TTL平分秋色，它的技術參數(shù)從總體上說，已經(jīng)達到或接近TTL的水平，其中功耗、噪聲容限、扇出系數(shù)等參數(shù)優(yōu)于TTL。與TTL數(shù)字集成電路相比，CMOS數(shù)字集成電路主要有以下特點。（1）功耗低CMOS數(shù)字集成電路的靜態(tài)功耗極小。如HCMOS在電源電壓為5V時，靜態(tài)功耗為10W，而LSTTL為2mW。（2）電源電壓范圍寬CMOS4000系列的電源電壓為318V，HCMOS電路為26V，這給電路電源電壓的選擇帶來了方便。如果采用4.

32、55.5V電壓，則與LSTTL可以共用同一電源。（3）噪聲容限大CMOS非門的高、低電平噪聲容限均達到0.45VDD，其它CMOS門電路的噪聲容限一般也大于0.3VDD，且電源電壓越大，其抗干擾能力越強。因此，CMOS電路的噪聲容限比TTL電路大得多。（4）邏輯擺幅大CMOS數(shù)字集成電路輸出的高電平UOH0.9VDD，接近于電源電壓VDD，而輸出的低電平UOL0.01VDD，又接近于0V。因此，輸出邏輯電平幅度的變化接近電源電壓VDD。電源電壓越高，邏輯擺幅（即高低電平之差）越大。（5）輸入阻抗高在正常工作電源電壓范圍內(nèi)，輸入阻抗可達10101012。（6）扇出系數(shù)大因CMOS電路有極高的輸入

33、阻抗，故其扇出系數(shù)很大，一般額定扇出系數(shù)可達50。但必須指出的是，扇出系數(shù)是指驅(qū)動CMOS電路的個數(shù)，若就灌電流負載能力和拉電流負載能力而言，CMOS電路遠遠低于TTL電路。2.3.4 CMOS集成邏輯門電路的使用規(guī)則1電源電壓（1）CMOS電路的電源電壓極性不可接反，否則可能造成電路永久性失效。（2）CC4000系列的電源電壓可在318V的范圍內(nèi)選擇，但最大不能超過極限值18V。（3）高速CMOS電路中HC系列的電源電壓可在26V的范圍內(nèi)選擇，HCT系列的電源電壓在4.55.5V的范圍內(nèi)選用。但最大不允許超過極限值7V。（4）在進行CMOS電路實驗或?qū)MOS數(shù)字系統(tǒng)進行調(diào)試、測量時，應先接

34、入直流電源，后接信號源；使用結束時，應先關信號源，后關直流電源。2輸入電路的靜電保護CMOS電路的輸入端設置了保護電路，給使用者帶來了很大方便。但是，這種保護還是有限的。由于COMS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件永久損壞。為此，應注意以下幾點。（1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。（2）存儲和運輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。3閑置輸入端的處理（1）輸入端懸空極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，故閑置輸入端不能懸空。（2）對于與門和與非門，閑置輸入端應接正電源或高電平；對于或門和或非門，閑置輸入端應接地或低電

35、平。（3）閑置輸入端不宜與使用輸入端并聯(lián)使用，因為這樣會增大輸入電容，從而使電路的工作速度下降。但在工作速度要求不高的情況下，允許輸入端并聯(lián)使用。4輸出端的連接（1）輸出端不允許直接與電源VDD或與地相連。因為電路的輸出級通常為CMOS反相器結構，這會使輸出級的NMOS管或PMOS管可能因電流過大而損壞。（2）為提高電路的驅(qū)動能力，可將同一集成芯片上相同門電路的輸入端、輸出端并聯(lián)使用。（3）當CMOS電路輸出端接大容量的負載電容時，流過管子的電流很大，有可能使管子損壞。因此，需在輸出端和電容之間串接一個限流電阻，以保證流過管子的電流不超過允許量。2.4集成邏輯門電路的應用2.4.1 TTL電路與CMOS電路的接口在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到不同類型集成