数字电路及其应用(三)

1999 年电子报第 18 期

2.CMOS 门电路的应用门电路是一种基本逻辑部件，用它们可以构成组合逻辑和时序逻辑电路。CMOS 门电路产品种类很多，均可从相应的手册上查到，但归纳起来有八类：反相器、与非门、或非门、与门、或门、缓冲/电平变换器、组合逻辑和具有三态输出的逻辑门等。熟悉门电路的特性和应用，可为学习各种数字设备（包括 PC 机硬件）的工作原理打下良好的基础。

（1）环形振荡器。CD4069 是六反相器集成电路（IC），采用双列式塑封装（14 引脚），如图 6 所示。该 IC 内含六个独立的反相器。每个反相器均可执行逻辑的反相操作。用它还可构成振荡器、脉冲整形和小信号的电压放大等。图 7 是用奇数级（3）的反相器串联，并首尾相接构成的环形振荡器电路，它的输出波形如图 8 所示。振荡器的工作是基于电平通过每个反相器时，需要一定的传输时间τ，即每个反相器均存在电平传输的延迟而形成的方波输出。

例如，当图 7 电路加电时，其输出端设定为“0”电平（也可设定为“1”电平），按图的环形连接法，A 点也为“0”电平。根据反相器求反逻辑，反相器Ⅰ的输出为“1”电平，从Ⅰ的输入到Ⅰ的输出电平的传输延时为τ。同理电平通过反相器Ⅱ和Ⅲ时，共需传输 2τ的时间。“0”电平从 A 的输入到Ⅲ的输出端需传输 3τ的时间。按反相器求反的功能，从Ⅰ的 A 点“0”电平经 3τ后，Ⅲ的输出端从原来的“0”电平转为“1”电平。

该“1”电平又到 A 点，再经 3τ又到Ⅲ的输出端使输出又从“1”电平转到“0”电平。结果，在Ⅲ的输出端形成图 8 的方波。从方波的形成过程可知，该方波的周期 T=6τ。 由于τ的时间很短，所以方波的频率很高，只有用示波器才能把波形显示出来。由于该电路简单，所以工厂中批量用它时，常用图 7 的电路并配上示波器以检查 CD4069 产品的好坏，并从波形的周期上估算它们的传输特性。 图 9 是图 7 方波发生器的改进电路，特点是输出的方波频率是可调的。

图 9 电路中，增加了附加的 RC 电路，使电平从反相器Ⅱ的输入端到Ⅱ的输出端，因 RC 的充放电时间常数远大于反相器的传输时间，电平通过反相器Ⅱ时，延时大大增加，加之 R 是可调电阻，结果在Ⅲ的输出端形成的方波，其频率是可调的。输出的方波周期可根据公式 T=2RC 估算，按图的 RC 值，方波的频率下限约 1Hz。 图 9 的电路，因电路简单，一装即成，对频率稳定度要求不高的场合是很适用的。若再配上图 10 的 LED 驱动电路，并把 R 值取大些，可观察到 LED 的发光闪动。

利用该组合电路，无需配接示波器，就可批量、快速检查 CD4069 产品的好坏。如果将驱动级管子 BG 换成 9018，其集电极上插入电声器件（LED、R2 去掉），调整 R 值，使组合电路工作在音频段，就可作讯响器。过去一些电码练习器就是用了这种电路作讯响器的。