数字电路之门电路笔记
数字电路中的门电路是实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路。常用的门电路在逻辑功能上又与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。在电子电路中,用高、低电平分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。
数字电路中的逻辑门电路可以分为正逻辑和负逻辑两种。正逻辑门电路的输入、输出电压的高电平定义为逻辑“1”,低电平定义为逻辑“0”。负逻辑门电路的输入、输出电压的低电平定义为逻辑“1”,高电平定义为逻辑“0”。同一个逻辑门电路,在正逻辑定义下可以实现与门功能,在负逻辑定义下可以实现或门功能。数字系统设计中,不是采用正逻辑就是采用负逻辑,而不能混合使用。
集成电路由于体积小、重量轻、可靠性好,因而在大多数领域里迅速取代了分立器件组成的数字电路。在数字集成电路发展的历史过程中,首先得到推广应用的是双极型的TTL电路。然而,TTL电路存在着一个严重的缺点就是功耗比较大。所以用TTL电路只能做成小规模集成电路(Small Scale Integration,简称SSI,其中仅包含10个以内的门电路)和中规模集成电路(Medium Scale Integration,简称MSI,其中包含10~100个门电路),而无法制作成大规模集成电路(Large Scale Integration,简称LSI,其中包含1000~10000个门电路)和超大规模集成电路(Very Large Scale Integration,简称VLSI,其中包含10000个以上的门电路)。CMOS集成电路最突出的优点在于功耗极低,所以非常适合于制作大规模集成电路。随着CMOS制作工艺的不断进步,无论在工作速度还是在驱动能力上,CMOS电路都已不比TTL电路逊色。因此,CMOS电路便逐渐取代了TTL电路而成为当前数字集成电路的主流产品。
在使用CMOS电路时,需要注意静电防护和过流保护。静电防护是为了防止由静电电压造成的损坏,可以通过在存储和运输CMOS器件时不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装,组装、调试时,使电烙铁和其他工具、仪表、工作台台面等良好接地,操作人员的服装和手套等应选用无静电的原料制作等方法来实现。过流保护是为了防止输入电流过大损坏电路,可以通过在输入端与信号源之间串进保护电阻,输入端与电容之间接入保护电阻,输入端接长线时,亦应在输入端接入保护电阻等方法来实现。
CMOS数字集成电路有多种系列,如4000系列、HC/HCT系列、AHC/AHCT系列、VHC/VHCT系列、LVC系列、ALVC系列等。TTL门电路采用双极型三极管作为开关器件,分NPN和PNP型两种,因为在工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程,故称这类三极管为双极型三极管(Bipolar Junction Transistor,简称BJT)。反相器是TTL集成门电路中电路结构最简单的一种,这种类型电路的输入端和输出端均为三极管结构,所以称为三极管-三极管逻辑电路(Transistor-Transistor Logic),简称TTL电路。TI公司最初生产的TTL电路取名为SN54/74系列,我们称它为TTL基本系列。后又相继生产了74H、74L、74S、74LS、74AS、74ALS、74F等改进系列。
数字电路中的门电路是实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路,常用的门电路在逻辑功能上又与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。在电子电路中,用高、低电平分别表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。数字电路中的逻辑门电路可以分为正逻辑和负逻辑两种,集成电路由于体积小、重量轻、可靠性好,因而在大多数领域里迅速取代了分立器件组成的数字电路。在使用CMOS电路时,需要注意静电防护和过流保护,CMOS数字集成电路有多种系列,TTL门电路采用双极型三极管作为开关器件。
1