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第9章 数字集成电路及应用 9.1 数字集成电路的分类与特性9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路 9.3 中规模时序逻辑集成电路9.4 集成555定时器及其应用Date1集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院9.1.1 数字集成电路的分类CMOS和TTL集成电路是生产数量最多、应用 最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。9.1 数字集成电路的分类与特性 数字集成电路的种类繁多,在实际应用中,广泛使用的是双极型(如TTL、HTL、DTL、ECL)等和单极型(如CMOS、PMOS、NMOS)等集成电路。Date2集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院1. TTL数字集成电路(1)74系列(2)74H系列 (3)74S系列 (4)74LS系列 (5)74ALS系列(6)74AS系列(7)74F系列 TTL是晶体管输入-晶体管输出的逻辑电路,它由NPN或PNP型晶体管组成。 Date3集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院2. CMOS数字集成电路(1)标准型4000B/4500B系列 (2)74HC系列 (3)74AC系列 电压范围宽(318V)、功耗小、速度较低、品种 多、价格低廉 。是高速CMOS标准逻辑电路系列,在保持低功耗的 前提下,具有与74LS系列同等的工作速度。具有与74AS系列同等的工作速度和CMOS集成电路 固有的低功耗及电源电压宽等特点。 CMOS数字集成电路是由P沟道增强型MOS管和N沟 道增强型MOS管,按照互补对称形式连接起来的。 Date4集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院1.TTL电路的一般特性9.1.2 数字集成电路的一般特性(1)电源电压范围 (2)频率特性 (3)TTL电路的电压输出特性 TTL电路的工作电源电压范围很窄。S、LS、F系列 为5.05%;AS、ALS系列为5.010% TTL电路的工作频率比4000系列的高。 当工作电压为+5V时,输出高电平大于2.4V,输入高 电平大于2.0V;输出低电平小于0.4V,输入低电平 小于0.8V 。 Date5集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院标准TTL电路为16mA;LS-TTL电路为8mA;S -TTL电路为20mA;ALS-TTL电路为8mA;AS -TTL电路为20mA。 标准TTL电路为40;LS-TTL电路为20;S-TTL电路 为50;ALS-TTL电路为20;AS-TTL电路为50 。 (4)最小输出驱动电流 (5)扇出能力 对于同一功能编号的各系列TTL集成电路,它们 的引脚排列与逻辑功能完全相同 ,但是它们在电路 的速度和功耗方面存在着明显的差别。Date6集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院2. CMOS系列集成电路的一般特性 (1)电源电压范围 (2)功耗(3)输入阻抗 (4)抗干扰能力 电源电压范围为318V。74HC系列约在26伏。 当电源电压VDD=5V时,CMOS电路的静态功耗分别 是:门电路类为2.55W;缓冲器和触发器类为 520uW;中规模集成电路类为25100W 。 CMOS电路的输入阻抗取决于输入端保护二极管的 漏电流,因此输入阻抗极高,可达1081011以上。 因为它们的电源电压允许范围大,因此它们输出高 低电平摆幅也大,抗干扰能力就强。 Date7集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院(5)逻辑摆幅 (6)扇出能力 (7)抗辐射能力 (8)CMOS集成电路的制造 输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD ,逻 辑低电平“0” 接近电源VSS 。 在低频工作时,一个输出端可驱动50个以上CMOS 器件。 CMOS管是多数载流子受控导电器件,射线辐射对 多数载流子浓度影响不大。CMOS集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造 工艺简单, 占用硅片面积小,适合于制造大规模和 超大规模集成电路。 Date8集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院1. 不允许在超过极限参数的条件下工作。电路在超 过极限参数的条件下工作,就可能工作不正常,且 容易引起损坏。 9.1.3 使用数字集成电路的注意事项2. 电源的电压的极性千万不能接反。 3. CMOS电路要求输入信号幅度不能超过VDDVSS。4. 对多余输入端的处理。对CMOS电路,多余的输入 端不能悬空;对TTL电路,对多余的输入端允许悬空。 5. 多余的输出端,应该悬空处理,决不允许直接接 到VDD或VSS 。Date9集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院6. 由于CMOS电路输入阻抗高,容易受静电感应 发生击穿,除电路内部设置保护电路外,在使用 和存放时应注意静电屏蔽 。7. 多型号的数字电路它们之间可以直接互换使用, 但有些引脚功能、封装形式相同的IC,电参数有一 定差别,互换时应注意。 8. 注意设计工艺,增强抗干扰措施。在设计印刷线 路板时,应避免引线过长,要把电源线设计得宽一 些,地线要进行大面积接地,这样可减少接地噪声 干扰。在CMOS逻辑系统设计中,应尽量减少电容 负载。Date10集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院9.2.1 集成逻辑门电路及应用(1)常用逻辑门电路图形符号 9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路 1. 集成逻辑门电路 1) 与非门 A B3)暂稳态持续时间取决于电路的参数 。单稳态触发器的特点:Date83集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院62784153555RC+VCC0.01 FuI + uC -uouIVCC0uC 02VCC/ 3VCCuO输出脉冲宽度 tw = RCln3 = 1.1RCtw电路组成及工作原理改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度Date84集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院2.简易触摸开关电路 5557268431R 200kC1 50FVD+6V金属片5 C2 0.01FDate85集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院3. 555定时器的其它应用电路 Date86集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院本章结束Date87集成电路原理及应用 山东理工大学电气与电子工程学院
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