门电路电气参数分析

TTL电路和CMOS电路的电气参数有所不同，需要分别叙述。

1.TTL电路

（1）特点

1）输入端一般有钳位二极管，减少了反射干扰的影响。

2）输出电阻低，增强了带容性负载的能力。

3）有较大的噪声容限。

4）采用+5V的电源供电。

图5-7 74LS11各引脚逻辑功能分配

为了正常发挥器件的功能，应使器件在推荐的条件下工作。对于74LS系列电路，其工作条件是：

1）电源电压应在4.75～5.25V的范围内。

2）环境温度为0～70℃。

3）高电平输入电压V_IH＞2V，低电平输入电压V_SL＜0.8V。

4）输出高电平电流应小于400μA，输出低电平电流小于8mA。

5）工作频率不能高，典型低电平到高电平传输延迟时间为15ns，高电平到低电平传输延迟时间为12ns，最高工作频率约为33MHz。

（2）使用注意事项

1）电源电压应严格保持在5V±0.5V的范围内，过高易损坏器件，过低则不能正常工作。试验中，一般采用稳定性好、内阻小的直流稳压电源。使用时，应特别注意电源与地线不能错接，否则会因过大电流而造成器件损坏。

2）多余输入端最好不要悬空，虽然悬空相当于高电平，并不能影响与门（与非门）的逻辑功能，但悬空时易受干扰，为此，与门、与非门多余输入端可直接接到V_cc上，或通过一个公用电阻（几千欧姆）连到V_cc上。若前级驱动能力强，则可将多余输入端与使用的输入端相接；不用的或门、或非门输入端直接接地，与或非门不用的与门输入端至少有一个要直接接地，带有扩展端的门电路，其扩展端不允许直接接电源。若输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态，当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥1.4kΩ时，输入端相当于逻辑“1”。

3）输出端不允许直接接电源或接地，不允许将输出不同信号的输出端直接连接使用（集电极开路门和三态门除外）。

4）应考虑电路的负载能力（即扇出系数），要留有余地，以免影响电路的正常工作。

5）在高频工作时，应通过缩短引线、屏蔽干扰源等措施来抑制电流的尖峰干扰。

6）当外加输入信号边沿变化很慢时（上升沿或下降沿小于50～100ns/V），必须加整形电路进行改善。

2.CMOS电路

（1）特点

1）静态功耗低。电源电压V_DD=5V的中规模电路的静态功耗小于100μW，这样有利于提高集成度和封装密度，降低成本，减小电源功耗。

2）电源电压范围宽。电源电压可在3～18V范围内任取，从而使选择电源的余地很大，电源设计要求低。

3）输入阻抗高。正常工作的CMOS电路，其输入端保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗可大于100MΩ，在工作频率较高时，应考虑输入电容的影响。(www.xing528.com)

4）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上的CMOS器件的输入端，这主要是因为CMOS器件的输入电阻高的缘故。

5）抗干扰能力强。CMOS电路的电压噪声容限可达电源电压的45%，而且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。

6）逻辑摆幅大。空载时，输出高电平V_OH＞（V_DD-0.05V），输出低电平V_OL＜（V_SS+0.05V）。

CMOS电路还有较好的温度稳定性和较强的抗辐射能力。不足之处是，CMOS4000系列的工作速度比TTL集成电路低，电平变化传输延长时间至少要90ns，功耗随工作频率的升高而显著增大。

CMOS器件的输入端和V_SS之间接有保护二极管，除了电平变换器等一些接口电路外，输入端和正电源V_DD之间也接有保护二极管，因此，在正常运转和焊接CMOS器件时，一般不会因感应电荷而损坏器件。但是，在使用CMOS电路时，输入信号的低电平不能低于（V_SS-0.5V），除某些接口电路外，输入信号的高电平不得高于（V_DD+0.5V），否则可能引起保护二极管导通，甚至损坏进而可能使输入级损坏。

（2）使用注意事项

1）电源连接和选择。V_DD端接电源正极，V_SS端接电源负极（地）。绝对不许接错，否则器件因电流过大而损坏。CMOS器件在不同的电源电压下工作时，其输出阻抗、工作速度和功耗等参数都有所变化，设计中应加以考虑。

2）输入端处理。多余输入端不能悬空。应按逻辑要求接V_DD或接V_SS，以免受干扰造成逻辑混乱，甚至还会损坏器件。对于工作速度要求不高，而要求增加带负载能力时，可把输入端连接在一起使用。

对于安装在印制电路板上的CMOS器件，为了避免输入端悬空，在电路板的输入端应接入限流电阻和保护电阻，当V_DD=+5V时，限流电阻取5.1kΩ，保护电阻一般取100kΩ～1MΩ。

3）输出端处理。输出端不允许直接接V_DD或V_SS，否则将导致器件损坏，除三态（TS）器件外，不允许两个不同芯片输出端并联使用，但有时为了增加驱动能力，同一芯片上的相同信号输出端可以并联。

4）对输入信号U_I的要求。U_I的高电平U_IH＜V_DD，U_I的低电平U_IL小于电路系统允许的低电压，不能小于V_SS。

5）接通电源要求。必须先接通电源，再加入信号。工作结束后，应先撤除信号，再关闭电源。不可在接通电源的情况下插入或拔出组件。

6）焊接和储存要求。电烙铁接地要可靠，或将电烙铁断电后，用余热快速焊接。储存时，一般用金属箔或导电泡棉将组件各引脚短路。

3.OC门与OD门

为了提高集成电路带负载能力、灵活匹配不同电源电压的负载，集成电路输出级取消推拉式结构，将上拉器件去掉，形成了OC（集电极开路）或OD（漏极开路）结构，采用OC结构的TTL门电路称为OC门，采用OD结构的CMOS门电路称为OD门。OC结构如图5-8中晶体管VT3所示。

由于OC门和OD门没有内部上拉器件，所以不能输出高电平电流，要想在电路输出端得到正常的高电平，必须外接一个电阻R_L与电源V_CC相连，该电阻称为上拉电阻，如图5-9所示。

图5-8 OC与非门内部结构示意图

OC门和OD门可以实现与逻辑功能，即将几个OC门的输出端直接连在一起，通过一个上拉电阻接到电源V_CC上，输出端即实现了与逻辑功能，如图5-10所示。

图5-9 OC门和OD门的使用

图5-10 与逻辑功能

在图5-10中，

此外，OC门和OD门还可以用来实现电平移位功能，只要改变上拉电阻所接电源的电压，就可以得到想要的高电平电压。使用OC门和OD门时，必须注意根据负载电流合理选择上拉电阻，才能实现正确的逻辑关系。