数字集成电路及应用
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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。
2019年12月11日星期三
集成电路原理及应用
能源工程学院
2
1. TTL数字集成电路
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。
（1）74系列
（5）74ALS系列
（2）74H系列
2019年12月11日星期三
集成电路原理及应用
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9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路
9.2.1 集成逻辑门电路及应用
1. 集成逻辑门电路
（1）常用逻辑门电路图形符号
1) 与非门
Y1 AB
2) 或非门
A& B
Y1
Y2 A B
A ≥1 B
Y2
2019年12月11日星期三
集成电路原理及应用
1.TTL电路的一般特性
（1）电源电压范围 TTL电路的工作电源电压范围很窄。S、LS、F系列 为5.0±5%；AS、ALS系列为5.0±10%
（2）频率特性 TTL电路的工作频率比4000系列的高。
（3）TTL电路的电压输出特性 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 。
（6）74AS系列
（3）74S系列
（7）74F系列
（4）74LS系列
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2. CMOS数字集成电路 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。
（1）标准型4000B/4500B系列 电压范围宽（3～18V）、功耗小、速度较低、品种 多、价格低廉 。
A B
=1
Y7
（2）反相器与缓冲器
VCC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
VDD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
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9.1.3 使用数字集成电路的注意事项
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。 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VDD~VSS。
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3) 与门
Y3 AB
4) 或门
A
&
Y3
B
Y4 A B
A B
5) 非门
Y5 A
A
6) 与或非门
A
Y6 AB CD
B C
D
≥1
Y4
1
Y5
& ≥1 Y6
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7)异或门
Y7 A B AB AB
（3）输入阻抗 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108~1011Ω以上。
（4）抗干扰能力 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。
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（5）逻辑摆幅
输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD ，逻
（2）74HC系列
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。 （3）74AC系列 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。
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9.1.2 数字集成电路的一般特性
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。
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
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9.1 数字集成电路的分类与特性
9.1.1 数字集成电路的分类
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。
辑低电平“0” 接近电源VSS 。 （6）扇出能力
在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS 器件。
（7）抗辐射能力
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。
（8）CMOS集成电路的制造 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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 到VDD或VSS 。
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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 。
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（4）最小输出驱动电流
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。 （5）扇出能力
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 。
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。
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2. CMOS系列集成电路的一般特性
（1）电源电压范围 电源电压范围为3～18V。74HC系列约在2～6伏。
（2）功耗 当电源电压VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分 别是：门电路类为2.5~5W；缓冲器和触发器类为 5~20uW；中规模集成电路类为25~100W 。
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1. TTL数字集成电路
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。
（1）74系列
（5）74ALS系列
（2）74H系列
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9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路
9.2.1 集成逻辑门电路及应用
1. 集成逻辑门电路
（1）常用逻辑门电路图形符号
1) 与非门
Y1 AB
2) 或非门
A& B
Y1
Y2 A B
A ≥1 B
Y2
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1.TTL电路的一般特性
（1）电源电压范围 TTL电路的工作电源电压范围很窄。S、LS、F系列 为5.0±5%；AS、ALS系列为5.0±10%
（2）频率特性 TTL电路的工作频率比4000系列的高。
（3）TTL电路的电压输出特性 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 。
（6）74AS系列
（3）74S系列
（7）74F系列
（4）74LS系列
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2. CMOS数字集成电路 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。
（1）标准型4000B/4500B系列 电压范围宽（3～18V）、功耗小、速度较低、品种 多、价格低廉 。
A B
=1
Y7
（2）反相器与缓冲器
VCC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
VDD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
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9.1.3 使用数字集成电路的注意事项
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。 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VDD~VSS。
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11
3) 与门
Y3 AB
4) 或门
A
&
Y3
B
Y4 A B
A B
5) 非门
Y5 A
A
6) 与或非门
A
Y6 AB CD
B C
D
≥1
Y4
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Y5
& ≥1 Y6
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7)异或门
Y7 A B AB AB
（3）输入阻抗 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108~1011Ω以上。
（4）抗干扰能力 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。
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（5）逻辑摆幅
输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD ，逻
（2）74HC系列
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。 （3）74AC系列 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。
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9.1.2 数字集成电路的一般特性
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。
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
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9.1 数字集成电路的分类与特性
9.1.1 数字集成电路的分类
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。
辑低电平“0” 接近电源VSS 。 （6）扇出能力
在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS 器件。
（7）抗辐射能力
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。
（8）CMOS集成电路的制造 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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 到VDD或VSS 。
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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 。
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（4）最小输出驱动电流
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。 （5）扇出能力
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 。
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。
2019年12月11日星期三
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6
2. CMOS系列集成电路的一般特性
（1）电源电压范围 电源电压范围为3～18V。74HC系列约在2～6伏。
（2）功耗 当电源电压VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分 别是：门电路类为2.5~5W；缓冲器和触发器类为 5~20uW；中规模集成电路类为25~100W 。