常用數(shù)字集成電路的使用常識(shí)

張娓娓，張?jiān)缕?，呂俊?/p>

(1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473009;2.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466000)

常用數(shù)字集成電路的使用常識(shí)

張娓娓1，張?jiān)缕?，呂俊霞1

(1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473009;2.周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466000)

數(shù)字集成電路是處理數(shù)字信號(hào)的電子電路，因具有很多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。常用有TTL、CMOS集成電路兩大類(lèi)。本文對(duì)使用TTL、CMOS集成電路的一般規(guī)則，正確使用方法作了詳細(xì)介紹。

數(shù)字集成電路，TTL，CMOS，萬(wàn)用表

數(shù)字集成電路是處理數(shù)字信號(hào)的電子電路，具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低且使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制、測(cè)量?jī)x器、通信和電子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。

數(shù)字集成電路的輸入和輸出，一般是用高、低電平來(lái)區(qū)分“1”和“0”兩種狀態(tài)。如果用高電平代表“1”，低電平代表“0”，那么這種電路稱(chēng)為正邏輯電路;反之稱(chēng)為負(fù)邏輯電路。在雙極型集成電路中，由于電源電壓對(duì)地為正，它只有正邏輯電路，而MOS集成電路有正、負(fù)兩種邏輯電路。

根據(jù)電路平均延遲時(shí)間，雙極型集成電路可以劃分為低速電路(40ns～160ns)、中速電路(15ns～40ns)、高速電路(4ns～15ns)和甚高速電路(小于等于4ns)四種系列。

1.集成電路的判斷方法

1.1 電阻法 電阻法測(cè)量有兩種。

通過(guò)測(cè)量單塊集成電路各引腳對(duì)地的正反向電阻，與參考資料或另一塊好的集成電路進(jìn)行比較，從而作出判斷(注意:必須使用同一塊萬(wàn)用表和同一擋次測(cè)量，結(jié)果才準(zhǔn)確)。

在沒(méi)有對(duì)比資料的情況下只能使用間接電阻法測(cè)量，即在印制電路板上通過(guò)測(cè)量集成電路引腳外圍元件的好壞來(lái)判斷，若外圍元件沒(méi)有損壞，則集成電路可能已經(jīng)損壞。

1.2 電壓法 測(cè)量集成電路引腳對(duì)地的動(dòng)、靜態(tài)電壓，與電路圖或其他資料所提供的參考電壓進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)某些引腳電壓有較大差別，其外圍元件又沒(méi)有損壞，則集成電路有可能已經(jīng)損壞。

1.3 波形法 測(cè)量集成電路各引腳波形是否與原設(shè)計(jì)相符，若發(fā)現(xiàn)有較大區(qū)別，其外圍元件又沒(méi)有損壞，則集成電路有可能已經(jīng)損壞。

1.4 替換法 用相同型號(hào)集成電路替換試驗(yàn)，若電路恢復(fù)正常，則集成電路已經(jīng)損壞。替換原則如下。

(1)用型號(hào)完全相同的集成電路進(jìn)行替換。

(2)用具有相同功能的集成電路代用。具有相同功能且后面數(shù)字又相同的集成電路一般可以互換。例如，TA7240國(guó)產(chǎn)仿制品有 CD7240，又如NE555、HA555、LM555等都是可以互換的，但有些集成電路后面數(shù)字雖然相同，它們的功能卻截然不同，這些集成電路是不可互換的，如TA7680為彩電中放集成電路，而LA7680是彩電單片集成電路。

(3)同一個(gè)廠(chǎng)家針對(duì)同一功能在不同時(shí)期所生產(chǎn)的改進(jìn)型產(chǎn)品可作單向性互換，即可用改進(jìn)型集成電路代替舊型號(hào)集成電路。

2.數(shù)字集成電路的分類(lèi)

按照結(jié)構(gòu)的不同，數(shù)字集成電路可分為雙極型和單極型電路。其中雙極型電路有DTL、TTL、ECL和HTL等多種;單極型電路有JFET、NMOS、PMOS和CMOS等4種。其中，TTL集成電路和CMOS集成電路是常用的數(shù)字集成電路。

3.TTL數(shù)字集成電路

3.1 TTL集成電路的型號(hào)和性能

TTL集成電路，即晶體管與晶體管耦合邏輯電路，是用雙極型晶體管集成在一塊硅片上制成。國(guó)產(chǎn)TTL集成電路有T1000～T4000系列，T1000標(biāo)準(zhǔn)系列與國(guó)標(biāo)CT54/74系列及國(guó)際SN54/74通用系列相同;T2000高速系列與國(guó)標(biāo)CT54H/74H系列及國(guó)標(biāo)SN54H/74H高速系列相同;T3000肖特基系列與國(guó)際CT54S/74S系列及國(guó)際SN54S/74S肖特基系列相同;T4000低功耗肖特基系列與國(guó)際CT54LS/74LS系列及國(guó)標(biāo)SN54LS/74LS系列及國(guó)標(biāo)SN54LS/74LS低功耗肖特基系列相同。54與74系列的區(qū)別主要在工作溫度環(huán)境上，54系列為 －55℃～+125℃，74系列為0℃～70℃。這幾個(gè)系列的主要區(qū)別僅在于典型門(mén)的平均傳輸延遲時(shí)間和平均功耗這兩個(gè)參數(shù)有所不同，其他電參數(shù)和外引線(xiàn)排列基本相同，使用中可以根據(jù)要求選擇功能相同的系列電路互為代用。

常用集成邏輯門(mén)電路有與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)(即反向器，也稱(chēng)緩沖器)、與非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)，集電極開(kāi)路門(mén)(OC門(mén))和三態(tài)門(mén)(TS門(mén))。它們是實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系的基本電路，也是組成數(shù)字電路的基本單元。

數(shù)字集成電路絕大部分有國(guó)際通用型，只要后面的阿拉伯?dāng)?shù)字對(duì)應(yīng)相同即可互換。例如，CT4194與74LS194均為“4位雙向移位寄存器”。使用集成電路總離不開(kāi)產(chǎn)品手冊(cè)，需要代換時(shí)，只要查閱各種有關(guān)集成電路代用手冊(cè)即可。

3.2 TTL集成電路的使用規(guī)則和注意事項(xiàng)

使用時(shí)不允許超過(guò)規(guī)定的電路工作極限參數(shù)值，以確保電路可靠工作。

TTL電路對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性要求較嚴(yán)格，只允許在5(1±10%)V范圍內(nèi)工作。若電源電壓超過(guò)5.5V會(huì)損壞器件，若電源電壓低于4.5V將導(dǎo)致器件的邏輯功能不正常。為防止動(dòng)態(tài)尖峰電流造成的干擾，常在電源和地線(xiàn)之間接入濾波電容，消除高頻干擾的濾波電容取0.01～0.1μF，消除低頻干擾的濾波電容取10～50μF。另外，在使用時(shí)千萬(wàn)不要將Ucc與地顛倒接錯(cuò)，否則將會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而造成器件損壞。電路的各輸入端不能直接與高于+5.5V和低于－0.5V的低內(nèi)阻電源連接，因?yàn)榈蛢?nèi)阻電源能提供較大的電流，會(huì)由于過(guò)熱而燒壞器件。

TTL電路的輸出端不允許直接接地或電源，也不允許并聯(lián)使用。但可以通過(guò)電阻與電源相連，提高輸出高電平。三態(tài)門(mén)輸出端可并聯(lián)使用，但同一時(shí)刻只允許一個(gè)門(mén)處于工作狀態(tài)，其他門(mén)應(yīng)處于高阻狀態(tài)。OC門(mén)輸出端也可以并聯(lián)使用，但在公共端和電源Ucc之間應(yīng)外接負(fù)載電阻。如果將集電極開(kāi)路的門(mén)電路輸出端并聯(lián)使用而使電路具有線(xiàn)與功能時(shí)，應(yīng)在公共輸出端增加一個(gè)預(yù)先計(jì)算好的上拉負(fù)載電阻接到電源端。

在電源接通時(shí)，不要移動(dòng)或插入集成電路，因?yàn)殡娫吹臎_擊可能會(huì)對(duì)集成電路造成永久性損壞。

多余輸入端的處理。TTL集成電路的輸入端懸空相當(dāng)于輸入高電平“1”，并不影響與門(mén)的邏輯功能，但懸空容易接受干擾，而使其邏輯功能不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)造成電路誤動(dòng)作，在時(shí)序電路中表現(xiàn)的更為明顯。因此，多余的輸入端一般不采用懸空的辦法，而要根據(jù)需要處理。例如與非門(mén)、與門(mén)的多余輸入端可直接接到Ucc上;也可將不同的輸入端通過(guò)一個(gè)公用電阻連接到Ucc上;或者將多余的輸入端與使用端并聯(lián)。不用的或門(mén)和或非門(mén)輸入端直接接地。為了使電路功耗最低，可將不使用的與非門(mén)和或非門(mén)等器件的所有輸入端接地，也可將它們的輸出端連到不用的與門(mén)輸入端上。

對(duì)觸發(fā)器來(lái)說(shuō)，不使用的輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)邏輯功能接入電平。輸入端連線(xiàn)應(yīng)盡量短，這樣可以縮短時(shí)序電路中時(shí)鐘信號(hào)沿傳輸線(xiàn)傳輸?shù)难舆t時(shí)間。一般不允許將接觸器的輸出直接驅(qū)動(dòng)指示燈、電感負(fù)載或長(zhǎng)傳輸線(xiàn)，需要時(shí)必須加緩沖門(mén)。

輸入信號(hào)的有效上升沿或下降沿不應(yīng)超過(guò)1μS。

當(dāng)負(fù)載為電容性且電容容量大于100pF時(shí)，TTL輸出端應(yīng)串接數(shù)百歐的限流電阻以限制電容充放電電流。

3.3 用萬(wàn)用表判斷TTL集成電路的好壞

將萬(wàn)用表置于“R*1K”電阻擋，黑表筆接判別TTL的電源負(fù)端，紅表筆依次接其他各端對(duì)電源負(fù)端的直流電阻。在正常情況下，各端子對(duì)地直流電阻在5KΩ左右，但正電源端對(duì)地電阻為3KΩ左右。若某一端對(duì)地電阻低于1KΩ，甚至幾乎為零時(shí)，則該集成電路肯定已經(jīng)損壞。反之，對(duì)地電阻大于12KΩ，則說(shuō)明該集成電路已經(jīng)不能正常使用了。為了進(jìn)一步證實(shí)，還可以將兩只表筆對(duì)調(diào)。用紅表筆接TTL電源負(fù)端，用黑表筆分別接其他端子，可以看到，正常的集成電路，各端子對(duì)地的反向直流電阻應(yīng)分別大于40KΩ。而損壞的端子其阻值幾乎與上述表筆未對(duì)調(diào)時(shí)測(cè)得的相同。正常的TTL集成電路，其電源端對(duì)地的正、反向電阻均較其他端子小，最大不超過(guò)10KΩ。若此端接近無(wú)窮大，則說(shuō)明此集成電路的電源端有斷路。

4.CMOS數(shù)字集成電路

CMOS集成電路以單極型晶體管為基本元件制成，其發(fā)展非常迅速，主要是因?yàn)樗哂泄牡?、集成度高、工作電源電壓范圍?如CC4000系列的工作電壓范圍為3∽18V)、速度快(可達(dá)7MHz)、抗干擾能力強(qiáng)、邏輯擺幅大、輸入阻抗高(通常為100MΩ)、扇出能力強(qiáng)(扇出系數(shù)大)、封裝密度高、溫度穩(wěn)定性好、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗輻射能力強(qiáng)及成本低等優(yōu)點(diǎn)。它的三種封裝方式的工作溫度范圍為:陶瓷扁平封裝的工作溫度范圍為 －55°C∽ +100°C;陶瓷雙列直插密封的工作溫度范圍為 －55°C∽ +125°C;塑料雙列直插密封的工作溫度范圍為－40°C∽ +85°C。

CMOS集成電路由于輸入阻抗很高，因此極易接受靜電電荷。為了防止產(chǎn)生靜電擊穿，生產(chǎn)CMOS時(shí)，在輸入端都要加入標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電路，但這并不能保證絕對(duì)安全。因此使用CMOS時(shí)，必須按一定的規(guī)則并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

4.1 CMOS集成電路的使用規(guī)則

電源電壓和地端絕對(duì)不允許接反，也不允許超過(guò)使用電壓范圍(Ucc=3∽18V)。

為防止CMOS的輸入保護(hù)二極管因大電流而損壞，輸入信號(hào)電壓不能超過(guò)電源電壓。

輸入端的輸入電流一般以不超過(guò)1mA為宜，對(duì)低內(nèi)阻的信號(hào)源常采取限流措施。

不用的輸入端一律不能懸空，在電路中應(yīng)按邏輯功能要求接電源或地。多余的輸入端最好不要并聯(lián)使用，因?yàn)椴⒙?lián)后會(huì)增加輸入電容從而降低電路的工作速度。

CMOS輸出端不允許直接接電源或地，也不允許兩個(gè)CMOS芯片輸出端連接使用，以免損壞器件。但同一芯片的幾個(gè)同類(lèi)電路的輸入端和輸出端可以分別并聯(lián)，以增加驅(qū)動(dòng)能力。

4.2 使用CMOS集成電路應(yīng)采取的預(yù)防措施

存放CMOS集成電路時(shí)要屏蔽，為了防止由于靜電感應(yīng)或在其他強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，柵極建立靜電電荷引起柵極擊穿，一般將CMOS集成電路放在金屬容器中，也可以用金屬箔、導(dǎo)電泡沫塑料將集成電路的引線(xiàn)腳短路。

CMOS集成電路可以在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，但電源的上限電壓(即使是瞬態(tài)電壓)不得超過(guò)電路允許的極限值Umax，電源的下限電壓(即使是瞬態(tài)電壓)不得低于系統(tǒng)速度所必須的電源電壓Umin，更不得低于 Uss。

焊接CMOS電路時(shí)，一般用20W內(nèi)熱式電烙鐵，而且電烙鐵要有良好的接地線(xiàn)。也可以利用電烙鐵斷電后的余熱快速焊接。若使用外熱式電烙鐵進(jìn)行焊接，為了防止電烙鐵漏電擊穿集成電路，要將加熱的電烙鐵拔掉電源后再進(jìn)行焊接。電烙鐵頭最好銼成小斜面，焊接時(shí)間應(yīng)控制在3∽5秒鐘內(nèi)。因?yàn)楹附訒r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能燙壞電路，也可能引起集成電路引線(xiàn)鍍層和印制電路敷銅層脫落。禁止在電路通電的情況下焊接。

裝接CMOS集成電路時(shí)，電源電壓極性不可接反，否則會(huì)使集成電路內(nèi)的保護(hù)二極管過(guò)流損壞。CMOS集成電路的輸入信號(hào)電壓一般應(yīng)在(Ucc+0.5V)∽(Uss－0.5V)之間，否則也容易損壞保護(hù)二極管。

為了防止輸入端保護(hù)二極管因正向偏置而引起損壞，輸入電壓必須在Ucc和Uss之間。

測(cè)試CMOS電路時(shí)，如果信號(hào)電源和電路板用兩組電源，則開(kāi)機(jī)時(shí)應(yīng)先接通電路板電源，后開(kāi)信號(hào)電源。關(guān)機(jī)時(shí)則應(yīng)先關(guān)信號(hào)電源，再關(guān)電路板電源。即在CMOS電路本身沒(méi)有接通電源的情況下，不允許有輸入信號(hào)輸入。

多余輸入端不能懸空，輸出端不能短路。多余端絕對(duì)不能懸空，否則不但容易接受外界干擾，而且輸入電平不定，破壞了正常的邏輯關(guān)系，也消耗了功率。因此根據(jù)電路的邏輯功能，需要分別情況加以處理。例如，與門(mén)、與非門(mén)的多余輸入端應(yīng)接到Ucc或高電平;或門(mén)、或非門(mén)的多余輸入端應(yīng)接到Uss或低電平;如果電路的工作速度不高，不需要特別考慮功耗時(shí)，也可以將的多余輸入端與使用端并聯(lián)。

上述的多余輸入端，包括沒(méi)有被使用的但已接通的CMOS電路的所有輸入端。

輸入端連線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)，由于分布電容和分布電感的影響，容易構(gòu)成LC振蕩，也可能使保護(hù)二極管損壞，因此必須在輸入端串接一個(gè)10∽20KΩ的電阻。

CMOS集成電路裝在印制電路板時(shí)，印制電路板上總有輸入端，當(dāng)電路從整機(jī)中拔出時(shí)，輸出端必然出現(xiàn)懸空，所以應(yīng)在各輸入端上接入限流保護(hù)電阻。如果要在印制電路板上安裝CMOS集成電路，則必須在與它有關(guān)的其他元器件安裝之后，再裝CMOS電路，避免CMOS電路輸入端懸空。

拔插電路板電源插頭時(shí)應(yīng)注意先切斷電源，防止在拔插過(guò)程中燒壞CMOS電路的輸入保護(hù)二極管。

CMOS集成電路并聯(lián)使用。在同一芯片上兩個(gè)或兩個(gè)以上同樣器件并聯(lián)使用(與門(mén)、或非門(mén)、反向器等)時(shí)，可增大輸出供給電流和輸出吸收電流，若負(fù)載增加不大時(shí)，則既增加了器件的驅(qū)動(dòng)力，也提高了速度。使用時(shí)如果輸出端之間并聯(lián)，輸入端之間也必須并聯(lián)。

防止CMOS電路輸入端噪聲干擾的方法。在CMOS電路的輸入端常接有按鍵開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等機(jī)械接點(diǎn)，或有傳感器等元件。CMOS電路具有很高的輸入阻抗，只要微小的電流就能驅(qū)動(dòng)CMOS電路工作。當(dāng)接入到CMOS電路輸入端的電路阻抗很高時(shí)，抗干擾能力就極差，尤其是連線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)就更容易受干擾，采取的辦法是減小電路的輸入阻抗。具體辦法是:在接入的電路與CMOS電路輸入端之間接入斯密特觸發(fā)器整形電路，通過(guò)回差改變輸出電阻。也可以加入濾波電路濾掉噪聲。為了防止按鍵開(kāi)關(guān)和繼電器觸點(diǎn)抖動(dòng)所造成的誤動(dòng)作，可在接點(diǎn)上并聯(lián)電容，或者接上RS觸發(fā)器。

綜上所述，我們即可比較詳細(xì)的了解數(shù)字集成電路的有關(guān)特性，正確的使用數(shù)字集成電路。

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The Usage Common Sense of the Common Digital Integrated Circuits

ZHANG Wei－wei1，ZHANG Yue－ping2，LV Jun－xia1
(1.Henan Polytechnic Institute，Nanyang Henan，473009，China;2.Zhoukou Vocational and Technical College，Zhoukou Henan，466000，China)

The digital integrated circuits are electronic circuits，which are used to process digital signal.Because they have a lot of advantages，they are widely used.Two major categories of IC，such as TTL and the integrated circuit of CMOS，are commonly used.According to the general usage rules and the right operation method of TTL and the integrated circuit of CMOS，the detailed introduction was made.

digital integrated circuit;TTL;CMOS;Multimeter

TN79

A

1671－3974(2012)03－0065－04

2012－05－25

張娓娓(1985－)，女，碩士研究生，河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系教師，主要研究方向:工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制。