门电路的应用

门电路的应用

1．振荡器

振荡器电路如图2所示。“非”门1和“非”门2组成最简

单的脉冲振荡器。为显示直观，将振荡频率选得较低，并增加三

极管驱动发光二极管LED闪光，以准确判断出振荡状态。图 2

电路中的振荡频率 f= 1／ 2RC。当电阻 R的单位用“欧姆”、

电容C 的单位用“法拉”时，所得频率f的单位为“赫兹”。由

此，图2电路的振荡频率f= 0．5HZ。接在“非”门1 输入端的

电阻R S为补偿电阻，主要用于改善由于电源电压变化而引起的振荡频率不稳定。一般取R S>2R。

改变图2中的R或C的数值，振荡频率会相应地发

生变化。读者可多替换几组RC，以加深印象。应注意：

当振荡频率高于20HZ时，发光二极管LED的闪动就不明

显了，这是由于人眼的惰性所致；此时可以用扬声器代

替发光二极管，电路如图3所示．改变电阻R的数值，

可明显听出扬声器音调的变化．

图2、3中的“非”门可使用CD4069，使用其中的任意两个“非”门即可．要注意电源输入V DD、V SS一定要接上，虽然图中未画，但电源是必不可少的．电源可使用各种电池或直流稳压电源，一般选6～9V。

除了利用“非”门组成振荡器之外，利用“与非”门和“或非”门也同样可以组成相同的振荡器。实际上把“与非”门和“或

非”门的各功人端并接在一起就成

了“非”门，就可以如图2、3一

样组成脉冲振荡器．而且利用其中

的某个输入端，还可组成“可控振

荡器”，如图4 ．在图4（a）中，

两个“与非”门组成振荡器，但仅

当“与非”门1的输入A为高电平

时，电路才振荡；当A为低电平时，电路停报．所以，A点输入电平的高低可控制振荡器的工作与否．在图4（b）中，两个“或非”门组成振荡器，但只有当“或非”门1的输入A 为低电平时，电路才能振荡；当A为高电平时电路停振，所以也组成一个可控振荡器。

另外，当A点输入的是另外一个频率较低的脉冲振荡信号时，就形成了低频振荡信号对高频振荡信号的调制，如图5（a）所示．波形见图5（b）．图5（a）电路可作为警报声源，听起来是断续的“嘟、嘟、…”声，要比连续的“嘟--”声更易引起人们注意．此外，图5（a）电路还可以用作红外线波发射电路，当然，R、c的数值要改变，高频振荡器振荡频率要在38kHZ左右，低频振荡信号作为数据去调制38kHz振荡信号．

利用“非”门的晶体振荡电咱如图6所示．

需要着重说明的是，利用CMOS门电路做振荡器或模拟放大器使用时，其工作电压不应低于4．5V，否则电路有停振的可能。

2．放大器

利用CMOS“非”门的电压转移特性中间部分存在一个“线性放大区”，利用这个特性可组成模拟信号放大器。

模拟放大器的线路如图7所示。电阻RF为自给偏

置电阻，使CMOS反相器工作在线性放大区。这种放大

器的特点是电路简单，免调试，放大倍数不易作得过

大。如果电路主体采用CMOS数字电路，而且又有多余

的“非”门的话，利用这种放大电路对一些小信号进

行处理不失为一种两全其美之法．当然这种电路不宜

用来放大保真度高的信号．

图8是某型号电力线载波电话机用作小信号放大

的实际电路。电路由3级“非”门放大器串接而成。

此放大器还受控于A点输入的电平．当A点输入低电

平时，电路起正常的放大作用；当A点输入高电平时，

3个“非”门均输出低电平，电路失去放大作用．虽然单个CMOS“非”

门输出的电流很小，不能

用作功率放大器．但若干

个“非”门并接在一起，

就有了一定的负载能

力．图9是4 个“非”门

并接在一起推动扬声器直接放音的例子．应注意此时的音源信号应是脉冲波形．此种功放不能用作高保真放大。而且在此电路设计中，正好有几个“非”门闲置未用，才采用此电路．若单纯为此而多增加一片CD4O69，则得不偿失，不如利用三极管做末级功放．图9中的100k电阻为上拉

电阻，静态时使各个“非”门输出为

低，不致使门电路遭到损坏。

图10是利用门电路推动压电片

发声的电路。压电片一定要有助声

腔，而且脉冲振荡器的频率要与压电

片的谐振频率相符．才能得到较大的

声音。当然，图10电路中的振荡器亦可是可控式、调制式等等。，读者可用图3中的一个管子驱动扬声器代替。

3．“多余”和“欠缺”输入端的处理办法

在实际应用中经常碰到一些门电路的输入端“多余”或“欠缺”的情况。例如需要一个2输入“与非”门，而只有一个3输人“与非”门可以利用，这就是输入端“多余”；而需要一个3输入“与非”门，却只有一个2输入“与非”门可以利用，则为“欠缺”。

“多余”输入端的处理方法有两种。如果电路的工作速度不高、功耗也不需要特别考虑，可将多余的输入端与使用端并接使用。在图4．5中已有类似情况。另外一种办法是根据电路的功能分别处置。例如“与”门和“与非”门的多余输入端应接至V DD；而“或”门和“或非”门的多余输入端应接至V SS。

当电路中“欠缺”输入

端时，可利用二极管的单向

导电性进行扩展。图11是“与

非”门扩展输入端的电路，

对于“与”门也同样适用。

扩展后逻辑表达式为：

Y=ABCD，相当于变成了一个4

输人端的“与非”门。

图12是“或非”门扩展输入端的电路，对于“与”门也同样适用。扩展后逻辑表达式为Y=A+B+C+D，相当于变成了一个4输入端的“或非”门。

+

这种扩展方法在一些小型电子产品设计中很有用，可以缩小体积、降低成本。

4．短路、断路防盗报警器

短路、断路防盗报警器电路见图13。R1作为传感头,可密封或与磁控开关结合固定在被监控物品上。正常状态下,HF1的输入端电平均为［（R2＋R3）／(R1＋R2＋R3）]V DD=3／5V DD＞1／2·V DD，故

HF1输出低电平，HF2的输入

端电平约为[R3／(R1＋R2＋

R3)]V DD=2／5·V DD

故 HF2输出高电平，HF3输

出低电平．注意以上计算忽

略了“或非”门的输入电流。

由于HF4的两个输入端均为

低电平，故HF4输出高电平，

三极管VT1截止，报警片9561

无工作电压不工作。读者可

用发光二极管代替。

当R1短路时，HF2输出端电平变为［R3／(R2＋R3）]·V DD= 2／3·V DD＞1／2·V DD，故HF2输出低电平，HF3输出高电

平，使HF4输出变低，VT1

导通，报警片9561得电工

作，扬声器发出警报声。

当R1开路时，HF1输入端

变为低电平，输出变为高

电平，如前所述，使HF4

输出变低，电路同样报警。

实际上，利用四2输

入“与非”门CD40ll也可

以组成和图13相似的短路、断路防盗报警器，如图14所示。详细工作原理请读者自行分析。

5．晶体管在线测试仪、

晶体管在线

测试仪电路见图

5。“非”门1、2

组成脉冲方波振

荡器，振荡频率可

在几十～几百HZ

之间选择。“非”

门和“非”门2的

输出方波信号相

位正好相反，所以

“非”门3、4输

出端A和“非”门

5、6输出端B也分别输出相位相反的方波信号。“非”门3、4和“非”门5、6输入、输出分别