数字电路之门电路笔记

用以实现基本逻辑运算和复合运算的单元电路称为门电路。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、异或们等几种。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。

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。