數(shù)字電路基礎(chǔ)--ch03-4邏輯門電路使用中的幾個實際問題

1、3.6 邏輯門電路使用中的幾個實際問題邏輯門電路使用中的幾個實際問題3.6.1 各種門電路之間的接口問題各種門電路之間的接口問題3.6.2 門電路帶負(fù)載時的接口問題門電路帶負(fù)載時的接口問題1)驅(qū)動器件的輸出電壓必須處在負(fù)載器件所要求的輸入電壓范驅(qū)動器件的輸出電壓必須處在負(fù)載器件所要求的輸入電壓范 圍，包括高、低電壓值（屬于電壓兼容性的問題）。圍，包括高、低電壓值（屬于電壓兼容性的問題）。在數(shù)字電路或系統(tǒng)的設(shè)計中，往往將在數(shù)字電路或系統(tǒng)的設(shè)計中，往往將TTL和和CMOS兩種器件兩種器件混合使用，以滿足工作速度或者功耗指標(biāo)的要求。由于每種混合使用，以滿足工作速度或者功耗指標(biāo)的要求。由于每種器件的電

2、壓和電流參數(shù)各不相同器件的電壓和電流參數(shù)各不相同, ,因而在這兩種器件連接時因而在這兩種器件連接時, ,要滿足驅(qū)動器件和負(fù)載器件以下兩個條件：要滿足驅(qū)動器件和負(fù)載器件以下兩個條件：2)驅(qū)動器件必須對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和驅(qū)動器件必須對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電流灌電流（屬（屬于門電路的扇出數(shù)問題）。于門電路的扇出數(shù)問題）。3.6.1 各種門電路之間的接口問題各種門電路之間的接口問題VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)負(fù)載器件所要求的輸入電壓負(fù)載器件所要求的輸入電壓vOvI驅(qū)動門驅(qū)動門 負(fù)載門負(fù)載門1 1 VOH(min)O VOL(max) v VI

3、H(min)VIL (max ) Iv灌電流灌電流IILIOLIIL拉電流拉電流IIHIOHIIH101111n個個011101n個個對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電流對負(fù)載器件提供足夠大的拉電流和灌電流 IOH(max) IIH(total)IOL(max) IIL(total)驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電流驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電流 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 負(fù)載電路負(fù)載電路1、）、）VOH(min) VIH(min)2、）、）VOL(max) VIL(max)4、）、）IOL(max) IIL(total)驅(qū)動電路必須能為負(fù)載電路提供合乎相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平驅(qū)動電路

4、必須能為負(fù)載電路提供合乎相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平 IOH(max) IIH(total)3、）、）2、 CMOS門驅(qū)動門驅(qū)動TTL門門VOH（min)=4.9V VOL(max) =0.1VTTL門（門（74系列）系列）： VIH(min) = 2V VIL(max )= 0.8VIOL（max)=0.51mAIIH（max)=20 AVOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)帶拉電流負(fù)載帶拉電流負(fù)載輸出、輸入電壓輸出、輸入電壓帶灌電流負(fù)載帶灌電流負(fù)載?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3 T1 T2 CMOS門門(4000系列）：系列）：IOH（max)=-0.

5、51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max) IIH(total)例例 用一個用一個74HC00與非門電路驅(qū)動一個與非門電路驅(qū)動一個74系列系列TTL反反相器和六個相器和六個74LS系列邏輯門電路。試驗算此時的系列邏輯門電路。試驗算此時的CMOS門電路是否過載？門電路是否過載？VOH（min)=3.84V， VOL(max) =0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA 74HC00：IIH（max)=0.04mAIIL（max)=-1.6mA74系列：系列：VIH（min)=2V， VIL(max) =0.8V&111CMOS門門74系列系列74LS74

6、LS系列系列74LS系列系列IIL（max)=-0.4mA，IIH（max)=0.02mA，VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)總的輸入電流總的輸入電流IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA灌電流情況灌電流情況 拉電流情況拉電流情況 74HC00: IOH(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIH(max)=0.04mA74LS門：門： IIH(max)=0.02mA總的輸入電流總的輸入電流IIH(total)=0.04mA+6 0.02mA=0.16mA 74HC00: IOL(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIL(m

7、ax)=1.6mA74LS門：門： IIL(max)=0.4mA驅(qū)動電路能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電流驅(qū)動電路能為負(fù)載電路提供足夠的驅(qū)動電流&111CMOS門門 74系列系列74LS74LS系列系列2. COMS2. COMS驅(qū)動驅(qū)動TTLTTL： 主要問題：輸出低電平電流最大值小于主要問題：輸出低電平電流最大值小于TTLTTL低電平低電平 輸入電流輸入電流 解決方案：解決方案：1 1 采用采用CMOSCMOS電路并聯(lián)提高帶負(fù)載能力電路并聯(lián)提高帶負(fù)載能力 2 2 采用分立三極管反相器進(jìn)行連接采用分立三極管反相器進(jìn)行連接通過電流放大器通過電流放大器驅(qū)動驅(qū)動TTLTTL電路電路將將CMOS

8、CMOS門電路并聯(lián)以提高帶負(fù)載能力門電路并聯(lián)以提高帶負(fù)載能力當(dāng)當(dāng)TTLTTL與與CMOS HCCMOS HC的輸入電壓參數(shù)是不兼容的，需加的輸入電壓參數(shù)是不兼容的，需加上拉電阻；當(dāng)上拉電阻；當(dāng)TTLTTL驅(qū)動驅(qū)動CMOS HCTCMOS HCT時，由于電壓參數(shù)兼時，由于電壓參數(shù)兼容，不需另加接口電路。容，不需另加接口電路。3. TTL門驅(qū)動CMOS門用接入上拉電阻提高用接入上拉電阻提高TTLTTL電路輸出的高電平電路輸出的高電平例：例： TTL門驅(qū)動門驅(qū)動CMOS門門(如如74HC ）VOH(min)= =2.7V VIH(min)為為3.5VTTL（74LS ）： CMOS（7474HC）：

9、式式2、3、4都能滿足，但式都能滿足，但式1 1 VOH(min) VIH(min)不滿足不滿足（ IOZ ：TTL輸出級輸出級T3截止管的漏電流）截止管的漏電流）)n(IHOZOHIIRVVPDD1. 用門電路直接驅(qū)動顯示器件用門電路直接驅(qū)動顯示器件3.6.2 門電路帶負(fù)載時的接口電路門電路帶負(fù)載時的接口電路LED R vI 1 DFOHIVVR DOLFCCIVVVR 門電路的輸入為低電平，輸出為高電平時，門電路的輸入為低電平，輸出為高電平時，LED發(fā)光發(fā)光當(dāng)輸入信號為高電平，輸出為低電平時當(dāng)輸入信號為高電平，輸出為低電平時,LED發(fā)光發(fā)光VCC LED R vI 1 解：解：LED正常發(fā)

10、光需要幾正常發(fā)光需要幾mA的電流，并且導(dǎo)通時的壓降的電流，并且導(dǎo)通時的壓降VF為為1.6V。根據(jù)附錄。根據(jù)附錄A查得，當(dāng)查得，當(dāng)VCC=5V時，時，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA，因此因此ID取值不能超過取值不能超過4mA。限流電阻的最小值為。限流電阻的最小值為825mA4V10615 ).(R例例3.6.2 試用試用74HC04六個六個CMOS反相器中的一個作為接口反相器中的一個作為接口電路，使門電路的輸入為高電平時，電路，使門電路的輸入為高電平時，LED導(dǎo)通發(fā)光。導(dǎo)通發(fā)光。2. 2. 機電性負(fù)載接口機電性負(fù)載接口 用各種數(shù)字電路來控制機電性系統(tǒng)的功能用各種數(shù)字電路來控制機電性系

11、統(tǒng)的功能, ,而機電系統(tǒng)所而機電系統(tǒng)所需的工作電壓和工作電流比較大。要使這些機電系統(tǒng)正常工作，需的工作電壓和工作電流比較大。要使這些機電系統(tǒng)正常工作，必須擴大驅(qū)動電路的輸出電流以提高帶負(fù)載能力，而且必要時必須擴大驅(qū)動電路的輸出電流以提高帶負(fù)載能力，而且必要時要實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。要實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移。 如果負(fù)載所需的電流不特別大，可以將兩個反相器并如果負(fù)載所需的電流不特別大，可以將兩個反相器并聯(lián)作為驅(qū)動電路，并聯(lián)后總的最大負(fù)載電流略小于單個門聯(lián)作為驅(qū)動電路，并聯(lián)后總的最大負(fù)載電流略小于單個門最大負(fù)載電流的兩倍。最大負(fù)載電流的兩倍。 如果負(fù)載所需的電流比較大，則需要在數(shù)字電路的輸如果負(fù)載所需的電流比較大，則

12、需要在數(shù)字電路的輸出端與負(fù)載之間接入一個功率驅(qū)動器件。出端與負(fù)載之間接入一個功率驅(qū)動器件。繼電器繼電器 限流電阻限流電阻 vI 1 1 3. 3. 抗干擾措施抗干擾措施(1)(1)多余輸入端的處理原則：多輸入端的處理不能影響多余輸入端的處理原則：多輸入端的處理不能影響 輸入輸出之間的邏輯關(guān)系。輸入輸出之間的邏輯關(guān)系。 處理措施：處理措施：TTLTTL：上拉電阻接：上拉電阻接VCC/VCC/反相器接地反相器接地( (與非）與非） CMOSCMOS：直接接：直接接VDDVDD。(2)(2)去耦合濾波器：通常采用去耦合濾波器：通常采用10-100uF10-100uF的大電容器與直流的大電容器與直流電

13、源并聯(lián)以濾出不需要的成分，加接電源并聯(lián)以濾出不需要的成分，加接0.1uF0.1uF的電容器以濾的電容器以濾出開關(guān)噪聲。出開關(guān)噪聲。(3)(3)接地和安裝工藝：模擬地和數(shù)字地分開，連線盡量短。接地和安裝工藝：模擬地和數(shù)字地分開，連線盡量短。CMOS數(shù)字電路的特點及使用時的注意事項數(shù)字電路的特點及使用時的注意事項CMOS數(shù)字電路的特點（1 1）CMOSCMOS電路的電路的工作速度工作速度比比TTLTTL電路的低。電路的低。（2）CMOSCMOS帶負(fù)載的能力帶負(fù)載的能力比比TTLTTL電路電路強強。（3）CMOSCMOS電路的電源電路的電源電壓允許范圍較大電壓允許范圍較大，約在約在3 318V18V

14、 （40004000系列系列），抗干擾能力抗干擾能力比比TTLTTL電路電路強強。（4）CMOSCMOS電路的電路的功耗功耗比比TTLTTL電路電路小小得多得多。門電路的功耗門電路的功耗只有幾個只有幾個WW，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100W100W。（5）CMOSCMOS集成電路的集成電路的集成度集成度比比TTLTTL電路電路高高。（6）CMOSCMOS電路適合于電路適合于特殊環(huán)境下工作特殊環(huán)境下工作。（7）CMOSCMOS電路容易受靜電感應(yīng)而擊穿，在使用和存放時電路容易受靜電感應(yīng)而擊穿，在使用和存放時應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是應(yīng)注意靜電

15、屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)接地良好，尤其是CMOSCMOS電路電路多余不用的輸入端不能懸空多余不用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電應(yīng)根據(jù)需要接地或接高電平。平。利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，可以構(gòu)成與門、利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，可以構(gòu)成與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等各種邏輯門電路，也可以構(gòu)成在等各種邏輯門電路，也可以構(gòu)成在電路結(jié)構(gòu)和特性電路結(jié)構(gòu)和特性兩方面都別具特色的三態(tài)門、兩方面都別具特色的三態(tài)門、OCOC門、門、ODOD門和傳輸門。門和傳輸門。隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，分立元件的隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，分立元件的數(shù)字電路已被集成電路所取代。數(shù)字電路已被集成電路所取代。TTLTTL電路的優(yōu)點是開關(guān)速度較高，抗干擾能電路的