数字电路及其应用(二)

1999 年电子报第 17 期现在数字集成电路产品已完全取代了早期分立元件组成的数字电路。数字电路产品的种类愈来愈多，其分类方法也有多种。若按用途来分，可分成通用型的 IC（中、小规模 IC）产品，微处理（MPU）产品和面向特定用途的 IC 产品三大类。可编程逻辑器件是特定用途产品的一个重要分支。若按逻辑功能来分，可以分成组合逻辑电路，简称组合电路，如各种门电路，各种编译码器；时序逻辑电路，简称为时序电路，如各种触发器、各种计数器、各种寄存器等。

若按电路结构来分，可分成 TTL 型和 CMOS 型两大类。 常见的 TTL54/74 系列，有如下的共同的特性：电源电压为 5.0V，逻辑“0”输出电压为≤0.2V，逻辑“1”输出电压为≥3.0V 和抗扰度为 1.0V。 CMOS 数字集成电路比 TTL 型占有更多的优点，前者的工作电源电压范围宽，静态功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高、成本低等。所以电子钟表、电子计算器等均用了该种电路。鉴于此，以后介绍数字集成电路时，主要以 CMOS 型为实例。

CMOS 数字集成电路品种繁多，包括了各种门电路、编译码器、触发器、计数器和存贮器等上百种器件。 二、CMOS 集成电路的应用 1.常用特性

（1）工作电源电压。常用的 CMOS 集成电路工作电压范围为 3～18V（也有 7～15V 的，如国产的 C000 系列），因此使用该种器件时，电源电压灵活方便，甚至未加稳压的电源也可使用。

（2）供电引脚。CMOS 集成电路外加供电时其引脚如图 5 所示。

（3）输入阻抗高。CMOS 电路的输入端均有保护二极管和串联电阻构成的保护电路，在正常工作范围内，保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄漏电流。通常情况下，等效输入电阻大于 108Ω，因此驱动 CMOS 集成电路时，所消耗的驱动功率几乎可以不计。

（4）输出电流。CMOS 集成电路的输出电流（指内部各独立功能的输出端）一般是 10mA，所以使用时应加推动级输出，但输出端若连接 CMOS 电路时（即扇出能力），因 CMOS 电路的输入阻抗高，对于低频工作时，一个输出端可以带动 50 个以上输入端，实际上几乎不需考虑扇出功能的限制。

（5）抗干扰能力强。CMOS 电路抗干扰能力是指电路在干扰噪声的作用下，能维持电路原来的逻辑状态并正确进行状态的转换。电路的抗干扰能力通常以噪声容限来表示，即直流电压噪声容限、交流（指脉冲）噪声容限和能量噪声（指输入端积累的噪声能量）三种。直流噪声容限可达电源电压的 40％以上，所以使用的电源电压越高，抗干扰能力越强。这是工业中使用 CMOS 逻辑电路时，都采用较高的供电电压的原因。TTL 相应的噪声容限只有 0.8V（因 TTL 工作电压为 5V）。

（6）说明。目前市场上数字电路产品进口的较多，产品型号的前缀为公司代号，如 MC、CD、μPD、HFE 分别代表摩托罗拉半导体（MOTA）、美国无线电（RCA）、日本电气（NEC）、菲力蒲等公司。各产品的后缀相同的型号均可互换。 为了引起初学者的兴趣，笔者以下介绍时，先从应用电路切入，同时介绍它们的使用方法，以便能快速掌握它们的应用。