数字电路基础--ch03-4逻辑门电路使用中的几个实际问题

1、3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题3.6.2 门电路带负载时的接口问题门电路带负载时的接口问题1)驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范 围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。在数字电路或系统的设计中，往往将在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和和CMOS两种器件两种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种器件的电

2、压和电流参数各不相同器件的电压和电流参数各不相同, ,因而在这两种器件连接时因而在这两种器件连接时, ,要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：要满足驱动器件和负载器件以下两个条件：2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流灌电流（属（属于门电路的扇出数问题）。于门电路的扇出数问题）。3.6.1 各种门电路之间的接口问题各种门电路之间的接口问题VOH(min) VIH(min)VOL(max) VIL(max)负载器件所要求的输入电压负载器件所要求的输入电压vOvI驱动门驱动门 负载门负载门1 1 VOH(min)O VOL(max) v VI

3、H(min)VIL (max ) Iv灌电流灌电流IILIOLIIL拉电流拉电流IIHIOHIIH101111n个个011101n个个对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 IOH(max) IIH(total)IOL(max) IIL(total)驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路驱动电路 负载电路负载电路1、）、）VOH(min) VIH(min)2、）、）VOL(max) VIL(max)4、）、）IOL(max) IIL(total)驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平驱动电路

4、必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平 IOH(max) IIH(total)3、）、）2、 CMOS门驱动门驱动TTL门门VOH（min)=4.9V VOL(max) =0.1VTTL门（门（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)带拉电流负载带拉电流负载输出、输入电压输出、输入电压带灌电流负载带灌电流负载?T3 VCC VDD T4 R1 R2 R3 T1 T2 CMOS门门(4000系列）：系列）：IOH（max)=-0.

5、51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max) IIH(total)例例 用一个用一个74HC00与非门电路驱动一个与非门电路驱动一个74系列系列TTL反反相器和六个相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？门电路是否过载？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门门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)总的输入电流总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6 0.4mA=4mA灌电流情况灌电流情况 拉电流情况拉电流情况 74HC00: IOH(max)=4mA74系列反相器系列反相器: IIH(max)=0.04mA74LS门：门： IIH(max)=0.02mA总的输入电流总的输入电流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门：门： IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流&111CMOS门门 74系列系列74LS74LS系列系列2. COMS2. COMS驱动驱动TTLTTL： 主要问题：输出低电平电流最大值小于主要问题：输出低电平电流最大值小于TTLTTL低电平低电平 输入电流输入电流 解决方案：解决方案：1 1 采用采用CMOSCMOS电路并联提高带负载能力电路并联提高带负载能力 2 2 采用分立三极管反相器进行连接采用分立三极管反相器进行连接通过电流放大器通过电流放大器驱动驱动TTLTTL电路电路将将CMOS

8、CMOS门电路并联以提高带负载能力门电路并联以提高带负载能力当当TTLTTL与与CMOS HCCMOS HC的输入电压参数是不兼容的，需加的输入电压参数是不兼容的，需加上拉电阻；当上拉电阻；当TTLTTL驱动驱动CMOS HCTCMOS HCT时，由于电压参数兼时，由于电压参数兼容，不需另加接口电路。容，不需另加接口电路。3. TTL门驱动CMOS门用接入上拉电阻提高用接入上拉电阻提高TTLTTL电路输出的高电平电路输出的高电平例：例： TTL门驱动门驱动CMOS门门(如如74HC ）VOH(min)= =2.7V VIH(min)为为3.5VTTL（74LS ）： CMOS（7474HC）：

9、式式2、3、4都能满足，但式都能满足，但式1 1 VOH(min) VIH(min)不满足不满足（ IOZ ：TTL输出级输出级T3截止管的漏电流）截止管的漏电流）)n(IHOZOHIIRVVPDD1. 用门电路直接驱动显示器件用门电路直接驱动显示器件3.6.2 门电路带负载时的接口电路门电路带负载时的接口电路LED R vI 1 DFOHIVVR DOLFCCIVVVR 门电路的输入为低电平，输出为高电平时，门电路的输入为低电平，输出为高电平时，LED发光发光当输入信号为高电平，输出为低电平时当输入信号为高电平，输出为低电平时,LED发光发光VCC LED R vI 1 解：解：LED正常发

10、光需要几正常发光需要几mA的电流，并且导通时的压降的电流，并且导通时的压降VF为为1.6V。根据附录。根据附录A查得，当查得，当VCC=5V时，时，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA，因此因此ID取值不能超过取值不能超过4mA。限流电阻的最小值为。限流电阻的最小值为825mA4V10615 ).(R例例3.6.2 试用试用74HC04六个六个CMOS反相器中的一个作为接口反相器中的一个作为接口电路，使门电路的输入为高电平时，电路，使门电路的输入为高电平时，LED导通发光。导通发光。2. 2. 机电性负载接口机电性负载接口 用各种数字电路来控制机电性系统的功能用各种数字电路来控制机电性系

11、统的功能, ,而机电系统所而机电系统所需的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作，需的工作电压和工作电流比较大。要使这些机电系统正常工作，必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时必须扩大驱动电路的输出电流以提高带负载能力，而且必要时要实现电平转移。要实现电平转移。 如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并如果负载所需的电流不特别大，可以将两个反相器并联作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门联作为驱动电路，并联后总的最大负载电流略小于单个门最大负载电流的两倍。最大负载电流的两倍。 如果负载所需的电流比较大，则需要在数字电路的输如果负载所需的电流比较大，则

12、需要在数字电路的输出端与负载之间接入一个功率驱动器件。出端与负载之间接入一个功率驱动器件。继电器继电器 限流电阻限流电阻 vI 1 1 3. 3. 抗干扰措施抗干扰措施(1)(1)多余输入端的处理原则：多输入端的处理不能影响多余输入端的处理原则：多输入端的处理不能影响 输入输出之间的逻辑关系。输入输出之间的逻辑关系。 处理措施：处理措施：TTLTTL：上拉电阻接：上拉电阻接VCC/VCC/反相器接地反相器接地( (与非）与非） CMOSCMOS：直接接：直接接VDDVDD。(2)(2)去耦合滤波器：通常采用去耦合滤波器：通常采用10-100uF10-100uF的大电容器与直流的大电容器与直流电

13、源并联以滤出不需要的成分，加接电源并联以滤出不需要的成分，加接0.1uF0.1uF的电容器以滤的电容器以滤出开关噪声。出开关噪声。(3)(3)接地和安装工艺：模拟地和数字地分开，连线尽量短。接地和安装工艺：模拟地和数字地分开，连线尽量短。CMOS数字电路的特点及使用时的注意事项数字电路的特点及使用时的注意事项CMOS数字电路的特点（1 1）CMOSCMOS电路的电路的工作速度工作速度比比TTLTTL电路的低。电路的低。（2）CMOSCMOS带负载的能力带负载的能力比比TTLTTL电路电路强强。（3）CMOSCMOS电路的电源电路的电源电压允许范围较大电压允许范围较大，约在约在3 318V18V

14、 （40004000系列系列），抗干扰能力抗干扰能力比比TTLTTL电路电路强强。（4）CMOSCMOS电路的电路的功耗功耗比比TTLTTL电路电路小小得多得多。门电路的功耗门电路的功耗只有几个只有几个WW，中规模集成电路的功耗也不会超过中规模集成电路的功耗也不会超过100W100W。（5）CMOSCMOS集成电路的集成电路的集成度集成度比比TTLTTL电路电路高高。（6）CMOSCMOS电路适合于电路适合于特殊环境下工作特殊环境下工作。（7）CMOSCMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是应注意静电

15、屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是CMOSCMOS电路电路多余不用的输入端不能悬空多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电应根据需要接地或接高电平。平。利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、两方面都别具特色的三态门、OCOC门、门、ODOD门和传输门。门和传输门。随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的随着集成电路技术的飞速发展，分立元件的数字电路已被集成电路所取代。数字电路已被集成电路所取代。TTLTTL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能电路的