数字电路基础-ch03-4逻辑门电路使用中的几个实际问题

3.6

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3.6.2

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TTL和CMOS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,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灌电流（属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VOH(min)≥VIH(min)VOL(max)≤VIL(max)负载器件所要求的输入电压vOvI驱动门

负载门1

1

VOH(min)O

VOL(max)

v

VIH(min)VIL(max)

Iv灌电流IILIOLIIL拉电流IIHIOHIIH10111…1n个01110…1n个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

IOH(max)≥IIH(total)3、）2、CMOS门驱动TTL门VOH（min)=4.9VVOL(max)=0.1VTTL门（74系列）：VIH(min)=2VVIL(max)=0.8VIOL（max)=0.51mAIIH（max)=20

AVOH(min)≥VIH(min)VOL(max)≤VIL(max)带拉电流负载输出、输入电压带灌电流负载?CMOS门(4000系列）：IOH（max)=-0.51mAIIL（max)=-0.4mA，IOH(max)≥IIH(total)例用一个74HC00与非门电路驱动一个74系列TTL反相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？VOH（min)=3.84V，VOL(max)=0.33VIOH（max)=-4mAIOL（max)=4mA74HC00：IIH（max)=0.04mAIIL（max)=-1.6mA74系列：VIH（min)=2V，VIL(max)=0.8V&111…CMOS门74系列74LS系列74LS系列IIL（max)=-0.4mA，IIH（max)=0.02mA，VOH(min)≥VIH(min)VOL(max)≤VIL(max)总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6

0.4mA=4mA灌电流情况

拉电流情况

74HC00:IOH(max)=4mA74系列反相器:IIH(max)=0.04mA74LS门：IIH(max)=0.02mA总的输入电流IIH(total)=0.04mA+6

0.02mA=0.16mA

74HC00:IOL(max)=4mA74系列反相器:IIL(max)=1.6mA74LS门：IIL(max)=0.4mA驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流&111…CMOS门

74系列74LS系列2.COMS驱动TTL：

主要问题：输出低电平电流最大值小于TTL低电平

输入电流

解决方案：1采用CMOS电路并联提高带负载能力

2

采用分立三极管反相器进行连接通过电流放大器驱动TTL电路将CMOS门电路并联以提高带负载能力当TTL与CMOSHC的输入电压参数是不兼容的，需加上拉电阻；当TTL驱动CMOSHCT时，由于电压参数兼容，不需另加接口电路。3.TTL门驱动CMOS门用接入上拉电阻提高TTL电路输出的高电平例：TTL门驱动CMOS门(如74HC）VOH(min)=2.7V

VIH(min)为3.5VTTL（74LS）：CMOS（74HC）：式2、3、4都能满足，但式1VOH(min)≥VIH(min)不满足（

IOZ

：TTL输出级T3截止管的漏电流）1.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的输入为低电平，输出为高电平时，LED发光

当输入信号为高电平，输出为低电平时,LED发光

解：LED正常发光需要几mA的电流，并且导通时的压降VF为1.6V。根据附录A查得，当VCC=5V时，VOL=0.1V，IOL(max)=4mA，因此ID取值不能超过4mA。限流电阻的最小值为例3.6.2试用74HC04六个CMOS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，LED导通发光。2.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,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，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。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出端与负载之间接入一个功率驱动器件。3.抗干扰措施(1)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。处理措施：TTL：上拉电阻接VCC/反相器接地(与非）

CMOS：直接接VDD。(2)去耦合滤波器：通常采用10-100uF的大电容器与直流电源并联以滤出不需要的成分，加接0.1uF的电容器以滤出开关噪声。(3)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CMOS数字电路的特点（1）CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。（2）CMOS带负载的能力比TTL电路强。（3）CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在3～18V

（4000系列），抗干扰能力比TTL电路强。（4）CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个μW，中规模集成电路的功耗也不会超过100μW。（5）CMOS集成电路的集成度比TTL电路高。（6）CMOS电路适合于特殊环境下工作。（7）CMOS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CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。

①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、异或门等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都别具特色的三态门、OC门、OD门和传输门。