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数字电子技术基础学习笔记
数字电子技术基础学习笔记
一、 正逻辑与负逻辑
◆ 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,在正逻辑定义下如实现与门功能,在负逻辑定义下则实现或门功能。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。
二、集成电路
由于集成电路体积小、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。
三、CMOS电路的正确使用
1、输入电路的静电防护
虽然在CMOS电路的输入端已经设置了保护电路,但由于保护二极管和限流电阻的几何尺寸有限,它们所能承受的静电电压和脉冲功率有一定的限度。
由于各种原因产生的静电电压有时可高达数千伏,若将这个静电电压加到CMOS电路的输入端,将足以将电路损坏。为防止由静电电压造成的损坏,应注意以下几点:
① 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,最好采用金属屏蔽层做包装材料。
② 组装、调试时,应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。
③ 不用的输入端不应悬空。
2、输入电路的过流保护
由于输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限,一般为1mA,所以在可能出现较大输入电流的场合必须采取以下保护措施:
① 输入端接低内阻信号源时,应在输入端与信号源之间串进保护电阻,保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。
② 输入端接有大电容时,亦应在输入端与电容之间接入保护电阻。
③ 输入端接长线时,应在门电路的输入端接入保护电阻。
四、CMOS数字集成电路的各种系列
4000系列、HC/HCT系列、AHC/AHCT系列、VHC/VHCT系列、LVC系列、ALVC系列等。
五、TTL门电路
1、TTL门电路采用双极型三极管作为开关器件。一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳组成。三个电机分别称为基极(base)、集电极(collector)和发射极(emitter)。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。和CMOS电路中的OD输出结构门电路类似,在TTL电路中也有一种集电极开路(Open Collector)输出结构的门电路。
2、TTL数字集成电路的各种系列
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。
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