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第二章 逻辑门 17
图2-36 例题2-11
自测练习：
1. 集电极开路的与非门也叫（ ），使用集电极开路的与非门，其输出端和电源之
间应外接（ ）电阻。 2. 三态门的输出端有（ ）、（ 3. 三态门输出为高阻状态时，（
(a) 用电压表测量指针不动 (c) 电压不高不低
）和（ ）三种状态。
）是正确的说法。 (b) 相当于悬空
(d) 测量电阻指针不动
4. 以下电路中可以实现“线与”功能的有（ ）：
(a) 与非门 (b) 三态输出门 (c) 集电极开路门
5．对于图2-27（b）所示的三态与非门，当控制端EN = 0时，三态门输出为（ ）；当EN = 1时，三态门输出为（ ）。
2.4 集成电路逻辑门
导读:
在这一节中，你将学习：
? TTL集成逻辑门的概念 ? 比较各种TTL系列的特性 ? CMOS集成逻辑门的概念 ? 集成电路逻辑门的性能参数 ? 计算具体逻辑器件的扇出系数
? TTL与CMOS两种集成电路在混合应用时的接口
2.4.1 概述
把若干个有源器件和无源器件及其连线，按照一定的功能要求，制作在一块半导体基片上，这样的产品叫集成电路。若它完成的功能是逻辑功能或数字功能，则称为数字集成电路。最简单的数字集成电路是集成逻辑门。
集成电路比分立元件电路有许多显著的优点，如体积小、耗电省、重量轻、可靠性高等等，所以集成电路一出现就受到人们的极大重视并迅速得到广泛应用。
18 数字电子技术
数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的。小规模集成电路（SSI）约为10个门，中规模集成电路（MSI）约为100个门，大规模集成电路（LSI）约为1万个门，而超大规模集成电路（VLSI）则为1百万个门。在本节中，将介绍小规模数字集成电路的基本知识，而不涉及集成电路的内部电路。
集成电路逻辑门，按照其组成的有源器件的不同可分为两大类：一类是双极性晶体管逻辑门； 另一类是单极性的绝缘栅场效应管逻辑门。
双极性晶体管逻辑门主要有TTL门（晶体管—晶体管逻辑门）、ECL门（射极耦合逻辑门）和I2L门（集成注入逻辑门）等。
单极性MOS门主要有PMOS门（P沟道增强型MOS管构成的逻辑门）、NMOS门（N沟道增强型MOS管构成的逻辑门）和CMOS门（利用PMOS管和NMOS管构成的互补电路构成的门电路，故又叫互补MOS门）。其中，使用最广泛的是TTL集成电路和CMOS集成电路。每种集成电路又分为不同的系列，每个系列的数字集成电路都有不同的品种类型，用不同的代码表示，也就是器件型号的后几位数码。例如：
00：4路2输入与非门 02：4路2输入或非门 08：4路2输入与门 10：3路3输入与非门 20：双路4输入与非门 27：3路3输入或非门 32：4路2输入或门
86：4路2输入异或门
具有相同品种类型代码的集成电路，不管属于哪个系列，它们的逻辑功能相同，外形
尺寸相同，引脚也兼容。例如，7400， 74LS00， 74ALS00， 74HC00， 74AHC00都是14个引脚兼容的4路2输入与非门封装。图2-37给出了7400芯片的引脚图、DIP（Dual In-line Package双列直插式封装）外形图。其它型号芯片的引脚图见本书附录。最常用的是采用塑料或陶瓷封装技术的双列直插式封装(DIP)，这种封装是绝缘密封的，有利于插到电路板上。 常见的另一种IC封装形式是SMT（Surface-Mount Technology）封装，简称表面贴装。SMT封装的芯片直接焊接在电路板的表面，而无须在印刷电路上穿孔，所以其密度更高，即给定区域内可以放置更多的IC芯片。
图2-37 7400引脚配置及DIP封装外形图
第二章 逻辑门 19
使用集成门电路芯片时，要特别注意其引脚配置及排列情况，分清每个门的输入端、输出端和电源端、接地端所对应的引脚，这些信息及芯片中门电路的性能参数，都收录在有关产品的数据手册中，因此使用时要养成查数据手册的习惯。
2.4.2 TTL集成电路逻辑门
TTL门电路由双极型三极管构成，其特点是速度快、抗静电能力强，但其功耗较大，不适宜做成大规模集成电路。目前广泛应用于中、小规模集成电路中。TTL门电路有74（民用）和54（军用）两大系列，每个系列中又有若干子系列。例如，74系列包含如下基本子系列：
74：标准TTL（Standard TTL）。 74L：低功耗TTL（Low-power TTL）。 74S：肖特基TTL（Schottky TTL）。
74AS：先进肖特基TTL（Advanced Schottky TTL）。 74LS：低功耗肖特基TTL（Low-power Schottky TTL）。
74ALS：先进低功耗肖特基TTL（Advanced Low-power Schottky TTL）。
使用者在选择TTL子系列时主要考虑它们的速度和功耗，其速度及功耗的比较见表
2-11。其中74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是应用最广的系列。54系列和74系列具有相同的子系列，两个系列的参数基本相同，主要在电源电压范围和工作温度范围上有所不同。54系列适应的范围更大些，如表2-12所示。不同子系列在速度、功耗等参数上有所不同。对于全部的TTL集成门电路都采用+5V电源供电，逻辑电平为标准TTL电平。
表2-11 TTL系列速度及功耗的比较
速度 最快 最慢 TTL系列 功耗 最小 最大 TTL系列 74AS 74S 74ALS 74LS 74 74L 74L 74ALS 74LS 74AS 74 74S
20 数字电子技术
系列 54 74 表2-12 54系列与74系列的比较
电源电压（V） 4.5 ~ 5.5 4.75 ~ 5.25 环境温度（℃） －55 ~ +125 0 ~ 70 2.4.3 CMOS集成电路逻辑门
CMOS集成门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、功耗低，但速度较慢、抗静电能力差。虽然TTL门电路由于速度快和更多类型选择而流行多年，但CMOS门电路具有功耗低、集成度高的优点，而且其速度也已经获得了很大的提高，目前已经能够与TTL门电路相媲美。因此，CMOS门电路获得了广泛的应用，特别是在大规模集成电路和微处理器中已经占据了支配地位。 CMOS集成电路的供电电源可以在3~18V之间，不过，为了与TTL门电路的逻辑电平兼容，多数的CMOS集成电路使用+5V电源。另外还有3.3V CMOS门电路。3.3V CMOS门电路是最近发展起来的，它的功耗比5V CMOS门电路低得多。同TTL门电路一样，CMOS门电路也有74和54两大系列。
74系列5V CMOS门电路的基本子系列如下：
? 74HC和74HCT：高速CMOS（High-speed CMOS），T表示和TTL直接兼容。 ? 74AC和74ACT：先进CMOS（Advanced CMOS），它们提供了比TTL系列更高
的速度和更低的功耗。 ? 74AHC和AHCT：先进高速CMOS（Advanced High-speed CMOS）。 74系列3.3V CMOS门电路的基本子系列如下： ? 74LVC：低压CMOS（Lower-voltage CMOS）。
? 74ALVC：先进低压CMOS（Advanced Lower-voltage CMOS）。 和＋5V电源电压工作下的CMOS集成电路相比，其功耗可减少34％左右。
2.4.4 集成电路门的性能参数
在本节，我们仅从使用的角度介绍集成逻辑门电路的几个外部特性参数，目的是希望对集成逻辑门电路的性能指标有一个概括性的认识。至于每种集成逻辑门的实际参数，可在具体使用时查阅有关的产品手册和说明。
数字集成电路的性能参数主要包括：直流电源电压、输入 / 输出逻辑电平、扇出系数、传输延时、功耗等。
1． 直流电源电压
TTL集成电路的标准直流电源电压为5V，最低4.5V，最高5.5V。CMOS集成电路的直流电源电压可以在3~18V之间，74系列CMOS集成电路有5V和3.3V两种。CMOS电