常用数字集成电路的使用常识

张娓娓，张月平，吕俊霞

(1.河南工业职业技术学院，河南 南阳 473009;2.周口职业技术学院，河南 周口 466000)

常用数字集成电路的使用常识

张娓娓1，张月平2，吕俊霞1

(1.河南工业职业技术学院，河南 南阳 473009;2.周口职业技术学院，河南 周口 466000)

数字集成电路是处理数字信号的电子电路，因具有很多优点而被广泛的应用。常用有TTL、CMOS集成电路两大类。本文对使用TTL、CMOS集成电路的一般规则，正确使用方法作了详细介绍。

数字集成电路，TTL，CMOS，万用表

数字集成电路是处理数字信号的电子电路，具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低且使用方便等优点，在自动控制、测量仪器、通信和电子计算机等领域里得到了广泛的应用。

数字集成电路的输入和输出，一般是用高、低电平来区分“1”和“0”两种状态。如果用高电平代表“1”，低电平代表“0”，那么这种电路称为正逻辑电路;反之称为负逻辑电路。在双极型集成电路中，由于电源电压对地为正，它只有正逻辑电路，而MOS集成电路有正、负两种逻辑电路。

根据电路平均延迟时间，双极型集成电路可以划分为低速电路(40ns～160ns)、中速电路(15ns～40ns)、高速电路(4ns～15ns)和甚高速电路(小于等于4ns)四种系列。

1.集成电路的判断方法

1.1 电阻法 电阻法测量有两种。

通过测量单块集成电路各引脚对地的正反向电阻，与参考资料或另一块好的集成电路进行比较，从而作出判断(注意:必须使用同一块万用表和同一挡次测量，结果才准确)。

在没有对比资料的情况下只能使用间接电阻法测量，即在印制电路板上通过测量集成电路引脚外围元件的好坏来判断，若外围元件没有损坏，则集成电路可能已经损坏。

1.2 电压法 测量集成电路引脚对地的动、静态电压，与电路图或其他资料所提供的参考电压进行比较，若发现某些引脚电压有较大差别，其外围元件又没有损坏，则集成电路有可能已经损坏。

1.3 波形法 测量集成电路各引脚波形是否与原设计相符，若发现有较大区别，其外围元件又没有损坏，则集成电路有可能已经损坏。

1.4 替换法 用相同型号集成电路替换试验，若电路恢复正常，则集成电路已经损坏。替换原则如下。

(1)用型号完全相同的集成电路进行替换。

(2)用具有相同功能的集成电路代用。具有相同功能且后面数字又相同的集成电路一般可以互换。例如，TA7240国产仿制品有 CD7240，又如NE555、HA555、LM555等都是可以互换的，但有些集成电路后面数字虽然相同，它们的功能却截然不同，这些集成电路是不可互换的，如TA7680为彩电中放集成电路，而LA7680是彩电单片集成电路。

(3)同一个厂家针对同一功能在不同时期所生产的改进型产品可作单向性互换，即可用改进型集成电路代替旧型号集成电路。

2.数字集成电路的分类

按照结构的不同，数字集成电路可分为双极型和单极型电路。其中双极型电路有DTL、TTL、ECL和HTL等多种;单极型电路有JFET、NMOS、PMOS和CMOS等4种。其中，TTL集成电路和CMOS集成电路是常用的数字集成电路。

3.TTL数字集成电路

3.1 TTL集成电路的型号和性能

TTL集成电路，即晶体管与晶体管耦合逻辑电路，是用双极型晶体管集成在一块硅片上制成。国产TTL集成电路有T1000～T4000系列，T1000标准系列与国标CT54/74系列及国际SN54/74通用系列相同;T2000高速系列与国标CT54H/74H系列及国标SN54H/74H高速系列相同;T3000肖特基系列与国际CT54S/74S系列及国际SN54S/74S肖特基系列相同;T4000低功耗肖特基系列与国际CT54LS/74LS系列及国标SN54LS/74LS系列及国标SN54LS/74LS低功耗肖特基系列相同。54与74系列的区别主要在工作温度环境上，54系列为 －55℃～+125℃，74系列为0℃～70℃。这几个系列的主要区别仅在于典型门的平均传输延迟时间和平均功耗这两个参数有所不同，其他电参数和外引线排列基本相同，使用中可以根据要求选择功能相同的系列电路互为代用。

常用集成逻辑门电路有与门、或门、非门(即反向器，也称缓冲器)、与非门、与或非门、异或门，集电极开路门(OC门)和三态门(TS门)。它们是实现各种逻辑关系的基本电路，也是组成数字电路的基本单元。

数字集成电路绝大部分有国际通用型，只要后面的阿拉伯数字对应相同即可互换。例如，CT4194与74LS194均为“4位双向移位寄存器”。使用集成电路总离不开产品手册，需要代换时，只要查阅各种有关集成电路代用手册即可。

3.2 TTL集成电路的使用规则和注意事项

使用时不允许超过规定的电路工作极限参数值，以确保电路可靠工作。

TTL电路对电源电压的稳定性要求较严格，只允许在5(1±10%)V范围内工作。若电源电压超过5.5V会损坏器件，若电源电压低于4.5V将导致器件的逻辑功能不正常。为防止动态尖峰电流造成的干扰，常在电源和地线之间接入滤波电容，消除高频干扰的滤波电容取0.01～0.1μF，消除低频干扰的滤波电容取10～50μF。另外，在使用时千万不要将Ucc与地颠倒接错，否则将会因为电流过大而造成器件损坏。电路的各输入端不能直接与高于+5.5V和低于－0.5V的低内阻电源连接，因为低内阻电源能提供较大的电流，会由于过热而烧坏器件。

TTL电路的输出端不允许直接接地或电源，也不允许并联使用。但可以通过电阻与电源相连，提高输出高电平。三态门输出端可并联使用，但同一时刻只允许一个门处于工作状态，其他门应处于高阻状态。OC门输出端也可以并联使用，但在公共端和电源Ucc之间应外接负载电阻。如果将集电极开路的门电路输出端并联使用而使电路具有线与功能时，应在公共输出端增加一个预先计算好的上拉负载电阻接到电源端。

在电源接通时，不要移动或插入集成电路，因为电源的冲击可能会对集成电路造成永久性损坏。

多余输入端的处理。TTL集成电路的输入端悬空相当于输入高电平“1”，并不影响与门的逻辑功能，但悬空容易接受干扰，而使其逻辑功能不稳定，有时会造成电路误动作，在时序电路中表现的更为明显。因此，多余的输入端一般不采用悬空的办法，而要根据需要处理。例如与非门、与门的多余输入端可直接接到Ucc上;也可将不同的输入端通过一个公用电阻连接到Ucc上;或者将多余的输入端与使用端并联。不用的或门和或非门输入端直接接地。为了使电路功耗最低，可将不使用的与非门和或非门等器件的所有输入端接地，也可将它们的输出端连到不用的与门输入端上。

对触发器来说，不使用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入电平。输入端连线应尽量短，这样可以缩短时序电路中时钟信号沿传输线传输的延迟时间。一般不允许将接触器的输出直接驱动指示灯、电感负载或长传输线，需要时必须加缓冲门。

输入信号的有效上升沿或下降沿不应超过1μS。

当负载为电容性且电容容量大于100pF时，TTL输出端应串接数百欧的限流电阻以限制电容充放电电流。

3.3 用万用表判断TTL集成电路的好坏

将万用表置于“R*1K”电阻挡，黑表笔接判别TTL的电源负端，红表笔依次接其他各端对电源负端的直流电阻。在正常情况下，各端子对地直流电阻在5KΩ左右，但正电源端对地电阻为3KΩ左右。若某一端对地电阻低于1KΩ，甚至几乎为零时，则该集成电路肯定已经损坏。反之，对地电阻大于12KΩ，则说明该集成电路已经不能正常使用了。为了进一步证实，还可以将两只表笔对调。用红表笔接TTL电源负端，用黑表笔分别接其他端子，可以看到，正常的集成电路，各端子对地的反向直流电阻应分别大于40KΩ。而损坏的端子其阻值几乎与上述表笔未对调时测得的相同。正常的TTL集成电路，其电源端对地的正、反向电阻均较其他端子小，最大不超过10KΩ。若此端接近无穷大，则说明此集成电路的电源端有断路。

4.CMOS数字集成电路

CMOS集成电路以单极型晶体管为基本元件制成，其发展非常迅速，主要是因为它具有功耗低、集成度高、工作电源电压范围宽(如CC4000系列的工作电压范围为3∽18V)、速度快(可达7MHz)、抗干扰能力强、逻辑摆幅大、输入阻抗高(通常为100MΩ)、扇出能力强(扇出系数大)、封装密度高、温度稳定性好、电路结构简单、抗辐射能力强及成本低等优点。它的三种封装方式的工作温度范围为:陶瓷扁平封装的工作温度范围为 －55°C∽ +100°C;陶瓷双列直插密封的工作温度范围为 －55°C∽ +125°C;塑料双列直插密封的工作温度范围为－40°C∽ +85°C。

CMOS集成电路由于输入阻抗很高，因此极易接受静电电荷。为了防止产生静电击穿，生产CMOS时，在输入端都要加入标准保护电路，但这并不能保证绝对安全。因此使用CMOS时，必须按一定的规则并采取相应的预防措施。

4.1 CMOS集成电路的使用规则

电源电压和地端绝对不允许接反，也不允许超过使用电压范围(Ucc=3∽18V)。

为防止CMOS的输入保护二极管因大电流而损坏，输入信号电压不能超过电源电压。

输入端的输入电流一般以不超过1mA为宜，对低内阻的信号源常采取限流措施。

不用的输入端一律不能悬空，在电路中应按逻辑功能要求接电源或地。多余的输入端最好不要并联使用，因为并联后会增加输入电容从而降低电路的工作速度。

CMOS输出端不允许直接接电源或地，也不允许两个CMOS芯片输出端连接使用，以免损坏器件。但同一芯片的几个同类电路的输入端和输出端可以分别并联，以增加驱动能力。

4.2 使用CMOS集成电路应采取的预防措施

存放CMOS集成电路时要屏蔽，为了防止由于静电感应或在其他强电场的作用下，栅极建立静电电荷引起栅极击穿，一般将CMOS集成电路放在金属容器中，也可以用金属箔、导电泡沫塑料将集成电路的引线脚短路。

CMOS集成电路可以在很宽的电源电压范围内工作，但电源的上限电压(即使是瞬态电压)不得超过电路允许的极限值Umax，电源的下限电压(即使是瞬态电压)不得低于系统速度所必须的电源电压Umin，更不得低于 Uss。

焊接CMOS电路时，一般用20W内热式电烙铁，而且电烙铁要有良好的接地线。也可以利用电烙铁断电后的余热快速焊接。若使用外热式电烙铁进行焊接，为了防止电烙铁漏电击穿集成电路，要将加热的电烙铁拔掉电源后再进行焊接。电烙铁头最好锉成小斜面，焊接时间应控制在3∽5秒钟内。因为焊接时间过长，可能烫坏电路，也可能引起集成电路引线镀层和印制电路敷铜层脱落。禁止在电路通电的情况下焊接。

装接CMOS集成电路时，电源电压极性不可接反，否则会使集成电路内的保护二极管过流损坏。CMOS集成电路的输入信号电压一般应在(Ucc+0.5V)∽(Uss－0.5V)之间，否则也容易损坏保护二极管。

为了防止输入端保护二极管因正向偏置而引起损坏，输入电压必须在Ucc和Uss之间。

测试CMOS电路时，如果信号电源和电路板用两组电源，则开机时应先接通电路板电源，后开信号电源。关机时则应先关信号电源，再关电路板电源。即在CMOS电路本身没有接通电源的情况下，不允许有输入信号输入。

多余输入端不能悬空，输出端不能短路。多余端绝对不能悬空，否则不但容易接受外界干扰，而且输入电平不定，破坏了正常的逻辑关系，也消耗了功率。因此根据电路的逻辑功能，需要分别情况加以处理。例如，与门、与非门的多余输入端应接到Ucc或高电平;或门、或非门的多余输入端应接到Uss或低电平;如果电路的工作速度不高，不需要特别考虑功耗时，也可以将的多余输入端与使用端并联。

上述的多余输入端，包括没有被使用的但已接通的CMOS电路的所有输入端。

输入端连线较长时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成LC振荡，也可能使保护二极管损坏，因此必须在输入端串接一个10∽20KΩ的电阻。

CMOS集成电路装在印制电路板时，印制电路板上总有输入端，当电路从整机中拔出时，输出端必然出现悬空，所以应在各输入端上接入限流保护电阻。如果要在印制电路板上安装CMOS集成电路，则必须在与它有关的其他元器件安装之后，再装CMOS电路，避免CMOS电路输入端悬空。

拔插电路板电源插头时应注意先切断电源，防止在拔插过程中烧坏CMOS电路的输入保护二极管。

CMOS集成电路并联使用。在同一芯片上两个或两个以上同样器件并联使用(与门、或非门、反向器等)时，可增大输出供给电流和输出吸收电流，若负载增加不大时，则既增加了器件的驱动力，也提高了速度。使用时如果输出端之间并联，输入端之间也必须并联。

防止CMOS电路输入端噪声干扰的方法。在CMOS电路的输入端常接有按键开关、继电器触点等机械接点，或有传感器等元件。CMOS电路具有很高的输入阻抗，只要微小的电流就能驱动CMOS电路工作。当接入到CMOS电路输入端的电路阻抗很高时，抗干扰能力就极差，尤其是连线较长时就更容易受干扰，采取的办法是减小电路的输入阻抗。具体办法是:在接入的电路与CMOS电路输入端之间接入斯密特触发器整形电路，通过回差改变输出电阻。也可以加入滤波电路滤掉噪声。为了防止按键开关和继电器触点抖动所造成的误动作，可在接点上并联电容，或者接上RS触发器。

综上所述，我们即可比较详细的了解数字集成电路的有关特性，正确的使用数字集成电路。

［1］王廷才，赵德申主编.电子技术实训［M］.北京:高等教育出版社，2003年6月

［2］牛砚，王学忠.电子技术实习指导［M］.黑龙江:黑龙江教育出版社，1989年11月.

［3］孙惠康.电子工艺实训教程［M］.北京:机械工业出版社，2001年9月

［4］毕满清.电子技术实验与课程设计［M］.北京:机械工业出版社，2001年1月

［5］华容茂，过军主编.电工、电子技术实习与课程设计［M］.北京:电子工业出版社，2000年1月

［6］邓木生主编.电子技能训练［M］.北京:机械工业出版社，2002年9月

［7］江晓安，董秀峰，杨颂华.数字电子技术［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2002年5月

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

张娓娓(1985－)，女，硕士研究生，河南工业职业技术学院电气工程系教师，主要研究方向:工业生产过程控制。