常用數字集成電路的使用常識

張娓娓，張月平，呂俊霞

(1.河南工業職業技術學院，河南 南陽 473009;2.周口職業技術學院，河南 周口 466000)

常用數字集成電路的使用常識

張娓娓1，張月平2，呂俊霞1

(1.河南工業職業技術學院，河南 南陽 473009;2.周口職業技術學院，河南 周口 466000)

數字集成電路是處理數字信號的電子電路，因具有很多優點而被廣泛的應用。常用有TTL、CMOS集成電路兩大類。本文對使用TTL、CMOS集成電路的一般規則，正確使用方法作了詳細介紹。

數字集成電路，TTL，CMOS，萬用表

數字集成電路是處理數字信號的電子電路，具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低且使用方便等優點，在自動控制、測量儀器、通信和電子計算機等領域里得到了廣泛的應用。

數字集成電路的輸入和輸出，一般是用高、低電平來區分“1”和“0”兩種狀態。如果用高電平代表“1”，低電平代表“0”，那么這種電路稱為正邏輯電路;反之稱為負邏輯電路。在雙極型集成電路中，由于電源電壓對地為正，它只有正邏輯電路，而MOS集成電路有正、負兩種邏輯電路。

根據電路平均延遲時間，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 電阻法測量有兩種。

通過測量單塊集成電路各引腳對地的正反向電阻，與參考資料或另一塊好的集成電路進行比較，從而作出判斷(注意:必須使用同一塊萬用表和同一擋次測量，結果才準確)。

在沒有對比資料的情況下只能使用間接電阻法測量，即在印制電路板上通過測量集成電路引腳外圍元件的好壞來判斷，若外圍元件沒有損壞，則集成電路可能已經損壞。

1.2 電壓法 測量集成電路引腳對地的動、靜態電壓，與電路圖或其他資料所提供的參考電壓進行比較，若發現某些引腳電壓有較大差別，其外圍元件又沒有損壞，則集成電路有可能已經損壞。

1.3 波形法 測量集成電路各引腳波形是否與原設計相符，若發現有較大區別，其外圍元件又沒有損壞，則集成電路有可能已經損壞。

1.4 替換法 用相同型號集成電路替換試驗，若電路恢復正常，則集成電路已經損壞。替換原則如下。

(1)用型號完全相同的集成電路進行替換。

(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字又相同的集成電路一般可以互換。例如，TA7240國產仿制品有 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)同一個廠家針對同一功能在不同時期所生產的改進型產品可作單向性互換，即可用改進型集成電路代替舊型號集成電路。

2.數字集成電路的分類

按照結構的不同，數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字集成電路。

3.TTL數字集成電路

3.1 TTL集成電路的型號和性能

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。國產TTL集成電路有T1000～T4000系列，T1000標準系列與國標CT54/74系列及國際SN54/74通用系列相同;T2000高速系列與國標CT54H/74H系列及國標SN54H/74H高速系列相同;T3000肖特基系列與國際CT54S/74S系列及國際SN54S/74S肖特基系列相同;T4000低功耗肖特基系列與國際CT54LS/74LS系列及國標SN54LS/74LS系列及國標SN54LS/74LS低功耗肖特基系列相同。54與74系列的區別主要在工作溫度環境上，54系列為 －55℃～+125℃，74系列為0℃～70℃。這幾個系列的主要區別僅在于典型門的平均傳輸延遲時間和平均功耗這兩個參數有所不同，其他電參數和外引線排列基本相同，使用中可以根據要求選擇功能相同的系列電路互為代用。

常用集成邏輯門電路有與門、或門、非門(即反向器，也稱緩沖器)、與非門、與或非門、異或門，集電極開路門(OC門)和三態門(TS門)。它們是實現各種邏輯關系的基本電路，也是組成數字電路的基本單元。

數字集成電路絕大部分有國際通用型，只要后面的阿拉伯數字對應相同即可互換。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產品手冊，需要代換時，只要查閱各種有關集成電路代用手冊即可。

3.2 TTL集成電路的使用規則和注意事項

使用時不允許超過規定的電路工作極限參數值，以確保電路可靠工作。

TTL電路對電源電壓的穩定性要求較嚴格，只允許在5(1±10%)V范圍內工作。若電源電壓超過5.5V會損壞器件，若電源電壓低于4.5V將導致器件的邏輯功能不正常。為防止動態尖峰電流造成的干擾，常在電源和地線之間接入濾波電容，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，在使用時千萬不要將Ucc與地顛倒接錯，否則將會因為電流過大而造成器件損壞。電路的各輸入端不能直接與高于+5.5V和低于－0.5V的低內阻電源連接，因為低內阻電源能提供較大的電流，會由于過熱而燒壞器件。

TTL電路的輸出端不允許直接接地或電源，也不允許并聯使用。但可以通過電阻與電源相連，提高輸出高電平。三態門輸出端可并聯使用，但同一時刻只允許一個門處于工作狀態，其他門應處于高阻狀態。OC門輸出端也可以并聯使用，但在公共端和電源Ucc之間應外接負載電阻。如果將集電極開路的門電路輸出端并聯使用而使電路具有線與功能時，應在公共輸出端增加一個預先計算好的上拉負載電阻接到電源端。

在電源接通時，不要移動或插入集成電路，因為電源的沖擊可能會對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于輸入高電平“1”，并不影響與門的邏輯功能，但懸空容易接受干擾，而使其邏輯功能不穩定，有時會造成電路誤動作，在時序電路中表現的更為明顯。因此，多余的輸入端一般不采用懸空的辦法，而要根據需要處理。例如與非門、與門的多余輸入端可直接接到Ucc上;也可將不同的輸入端通過一個公用電阻連接到Ucc上;或者將多余的輸入端與使用端并聯。不用的或門和或非門輸入端直接接地。為了使電路功耗最低，可將不使用的與非門和或非門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輸入端上。

對觸發器來說，不使用的輸入端不能懸空，應根據邏輯功能接入電平。輸入端連線應盡量短，這樣可以縮短時序電路中時鐘信號沿傳輸線傳輸的延遲時間。一般不允許將接觸器的輸出直接驅動指示燈、電感負載或長傳輸線，需要時必須加緩沖門。

輸入信號的有效上升沿或下降沿不應超過1μS。

當負載為電容性且電容容量大于100pF時，TTL輸出端應串接數百歐的限流電阻以限制電容充放電電流。

3.3 用萬用表判斷TTL集成電路的好壞

將萬用表置于“R*1K”電阻擋，黑表筆接判別TTL的電源負端，紅表筆依次接其他各端對電源負端的直流電阻。在正常情況下，各端子對地直流電阻在5KΩ左右，但正電源端對地電阻為3KΩ左右。若某一端對地電阻低于1KΩ，甚至幾乎為零時，則該集成電路肯定已經損壞。反之，對地電阻大于12KΩ，則說明該集成電路已經不能正常使用了。為了進一步證實，還可以將兩只表筆對調。用紅表筆接TTL電源負端，用黑表筆分別接其他端子，可以看到，正常的集成電路，各端子對地的反向直流電阻應分別大于40KΩ。而損壞的端子其阻值幾乎與上述表筆未對調時測得的相同。正常的TTL集成電路，其電源端對地的正、反向電阻均較其他端子小，最大不超過10KΩ。若此端接近無窮大，則說明此集成電路的電源端有斷路。

4.CMOS數字集成電路

CMOS集成電路以單極型晶體管為基本元件制成，其發展非常迅速，主要是因為它具有功耗低、集成度高、工作電源電壓范圍寬(如CC4000系列的工作電壓范圍為3∽18V)、速度快(可達7MHz)、抗干擾能力強、邏輯擺幅大、輸入阻抗高(通常為100MΩ)、扇出能力強(扇出系數大)、封裝密度高、溫度穩定性好、電路結構簡單、抗輻射能力強及成本低等優點。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。為了防止產生靜電擊穿，生產CMOS時，在輸入端都要加入標準保護電路，但這并不能保證絕對安全。因此使用CMOS時，必須按一定的規則并采取相應的預防措施。

4.1 CMOS集成電路的使用規則

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

為防止CMOS的輸入保護二極管因大電流而損壞，輸入信號電壓不能超過電源電壓。

輸入端的輸入電流一般以不超過1mA為宜，對低內阻的信號源常采取限流措施。

不用的輸入端一律不能懸空，在電路中應按邏輯功能要求接電源或地。多余的輸入端最好不要并聯使用，因為并聯后會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CMOS芯片輸出端連接使用，以免損壞器件。但同一芯片的幾個同類電路的輸入端和輸出端可以分別并聯，以增加驅動能力。

4.2 使用CMOS集成電路應采取的預防措施

存放CMOS集成電路時要屏蔽，為了防止由于靜電感應或在其他強電場的作用下，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、導電泡沫塑料將集成電路的引線腳短路。

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

焊接CMOS電路時，一般用20W內熱式電烙鐵，而且電烙鐵要有良好的接地線。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行焊接。電烙鐵頭最好銼成小斜面，焊接時間應控制在3∽5秒鐘內。因為焊接時間過長，可能燙壞電路，也可能引起集成電路引線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，電源電壓極性不可接反，否則會使集成電路內的保護二極管過流損壞。CMOS集成電路的輸入信號電壓一般應在(Ucc+0.5V)∽(Uss－0.5V)之間，否則也容易損壞保護二極管。

為了防止輸入端保護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。

測試CMOS電路時，如果信號電源和電路板用兩組電源，則開機時應先接通電路板電源，后開信號電源。關機時則應先關信號電源，再關電路板電源。即在CMOS電路本身沒有接通電源的情況下，不允許有輸入信號輸入。

多余輸入端不能懸空，輸出端不能短路。多余端絕對不能懸空，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系，也消耗了功率。因此根據電路的邏輯功能，需要分別情況加以處理。例如，與門、與非門的多余輸入端應接到Ucc或高電平;或門、或非門的多余輸入端應接到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，也可以將的多余輸入端與使用端并聯。

上述的多余輸入端，包括沒有被使用的但已接通的CMOS電路的所有輸入端。

輸入端連線較長時，由于分布電容和分布電感的影響，容易構成LC振蕩，也可能使保護二極管損壞，因此必須在輸入端串接一個10∽20KΩ的電阻。

CMOS集成電路裝在印制電路板時，印制電路板上總有輸入端，當電路從整機中拔出時，輸出端必然出現懸空，所以應在各輸入端上接入限流保護電阻。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應注意先切斷電源，防止在拔插過程中燒壞CMOS電路的輸入保護二極管。

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

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關、繼電器觸點等機械接點，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動CMOS電路工作。當接入到CMOS電路輸入端的電路阻抗很高時，抗干擾能力就極差，尤其是連線較長時就更容易受干擾，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器整形電路，通過回差改變輸出電阻。也可以加入濾波電路濾掉噪聲。為了防止按鍵開關和繼電器觸點抖動所造成的誤動作，可在接點上并聯電容，或者接上RS觸發器。

綜上所述，我們即可比較詳細的了解數字集成電路的有關特性，正確的使用數字集成電路。

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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，河南工業職業技術學院電氣工程系教師，主要研究方向:工業生產過程控制。