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五．模拟集成电路

编写人：熊帮新审核人：龙从玉

5.1、集成电路分类

5.1.1．按制造工艺和结构分

通常提到集成电路指的是半导体集成电路，也是应用最广泛、品种最多的集成电路，膜（薄、厚膜）电路和混合电路一般用于专用集成电路，通常称为模块。

5.1.２．按集成度分

集成度指一个硅片上含有元件数目。下表是早期对集成度的分类：

缩写名称数字MOS数字双极模拟

SSIC小规模<100<30

MSIC中规模100～1000100～50030～100

LSIC大规模1000～10000500～2000100～300

VLSIC超大规模>10000>2000>300

5.1.３．按应用领域分

同一功能的集成电路按应用领域规定不同的技术指标，而分为军用品、工业用品和民用品（又称商用)三大类。

军品：在军事、航空、航天等领域使用环境条件恶劣、装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高，产品价格退居次要地位，

民用品：在保证一定可靠性和性能指标前提下，性能价格比是产品能否成功的重要条件之一。显然如果在普通电子产品中选用了军品是达不到高性能价格比的。

工业品则是介于二者之间的一种产品，但不是所有集成电路都有这三个品种的。

5.1.４．按使用功能分

按使用功能划分集成电路是国外很多公司的通用方法，一些国际权威数据出版商就是按使用功能划分集成电路数据资料的。

5.1.５．按半导体工艺分

（1）双极型电路

在硅片上制作双极型晶体管构成的集成电路，由空穴和电子两种载流子导电。（2）MOS电路

参加导电的是空穴或电子一种载流子。

NMOS由N沟道MOS器件构成。

PMOS由P沟道MOS器件构成。

CMOS由N、P沟道MOS器件构成互补形式的电路。

（3）双极型－MOS电路(BIMOS)

双极型晶体管和MOS电路混合构成集成电路，一般前者作输出级，后者作输入级。

双极型电路驱动能力强但功耗较大，MOS电路则反之，双极性MOS电路兼有二者优点,MOS电路中PMOS和NMOS已趋于淘汰。

5.1.６．专用集成电路（ASIC）

专用集成电路是相对通用集成电路而言的。它是为特定应用领域或特定电子产品专门研制的集成电路，目前应用较多的有：

（1）门阵列(GA).

（2）标准单元集成电路(CBIC)。

（3）可编程逻辑器件(PLD）。

（4）模拟阵列和数字模拟混合阵列。

（5）全定制集成电路。

其中1-4项制造厂仅提供母片，由用户根据需要完成专用集成电路，因此也称为半定制集成电路(SCIC)。专用集成电路性能稳定，功能强，保密性好，具有广泛的前景和广阔的市场。

5.2、集成电路命名与替换

集成电路的命名与分立器件相比则规律性较强，绝大部分国内外厂商生产的同一种集成电路，采用基本相同的数字标号，而以不同的字头代表不同的厂商，例如NE555；LM555,μPC1555,SG555分别是由不同国家和厂商生产的定时器电路，它们的功能、性能和封装、引脚排列也都一致，可以相互替换。

5.2.1、我国集成电路的型号命名采用与国际接轨的准则

如表5.1所示．

示例：

表5.1器件型号的组成

第0部分第一部分第二部分第三部分第四部分

用字母表示器件符合国家标准用字母表示器件的类型用字母表示器件

的工作温度范围

用字母表示器件的封装

符号意义符

号

意义

用阿拉伯数

字表示器件

的系列和品

种代号

符

号

意义符

号

意义T TTL C0~70o C W陶瓷扁平

H HTL E-40~85o C B塑料扁平

E ECL R-55~85o C F全封闭扁平

C CMOS D陶瓷直插

F线性放大器P塑料直插

D音响、电视电路J黑陶瓷直插

W稳压器K金属菱形

C中国制造

J接口电路M

-55~125o C

T金属圆形

但是也有一些厂商按自己的标准命名，例如型号为D7642和YS414实际上是同一种微型调幅单片收音机电路，因此在选择集成电路时要以相应产品手册为准。

另外，我国早年生产的集成电路型号命名另有一套标准，现在仍可在一些技术资料中见到，可查阅有关新老型号对照手册。

5.2.2、国外部分公司及产品代号

表5.2国外部分公司及产品代号

公司名称代号公司名称代号美国无线电公司(BCA)CA美国悉克尼特公司(SIC)NE 美国国家半导体公司(NSC)LM日本电气工业公司(NEC)μPC

美国莫托洛拉公司(MOTA)MC日本日立公司(HIT)RA 美国仙童公司(PSC)μA日本东芝公司(TOS)TA

美国德克萨斯公司(TII)TL日本三洋公司(SANYO)LA，LB

美国模拟器件公司(ANA)AD日本松下公司AN

美国英特西尔公司(INL)IC日本三菱公司M

5.3、集成电路封装与引脚识别

表5.2是常见集成电路封装、引脚识别方法及特点。

5.4、集成电路检测

※如何用万用表测试集成电路的好坏?

用万用表测试集成电路的好坏，主要可采用电压法或电阻法。一般如果集成电路是在线状态（即已经接在电路当中），就可在通电的状态下测一下各脚对接地脚的电压，

正确的电压值可从有关的资料、图纸获得或从同型号的好机器中获得。

另一种情况是非在线状态（即集成电路没有接在电路中），可用红、黑表笔分别接集成电路的接地脚然后用另一支表笔测各脚对地的电阻值，看与正常的集成电路阻值是否一致，如果相差不多则可判定被测集成电路是好的。正常的阻值可通过资料或测量正品集成电路得出。

※如何测量电路板上的集成电路的好坏？

测量电路板上的集成电路好坏可采取管脚电压与管脚电阻的方法进行判断。首先在电路板通电的情况下，先测集成电路各管脚的电压，因为大部分说明书或资料都标出了各管脚的电压值，当测出某管脚电压与图纸所标差距较大时，应先检查与此管脚相关的各元器件有无问题，如能找出相关的元器件故障，问题就不是集成电路引起的。

如果找不出集成电路周围元器件有明显故障，也不要轻易认为集成电路有问题，此时可再用测管脚电阻的办法进一步判断，但很少有资料标明集成电路管脚的在线电阻值，所以需要把有怀疑的管脚和接地管脚与电路板断开，然后与一个新的集成电路进行对照，测量怀疑的管脚与接地管脚之间的电阻值，当测出的电阻值与新的集成电路电阻值相差较大时（注意对照测量时红黑表笔也应一致）基本上就可断定电路板上的集成电路已损坏。

5.5常用集成运算放大器

集成运算放大器是具有差分输入和直接耦合电路的高增益、宽频带的电压放大器。它的成本低,用途广泛。当集成运算放大器外接不同的反馈网络后,能实现多种电路功能：可作为放大器、模拟运算、有源滤波、振荡器、转换器(如：电流/电压转换器、频率/电压转换器等)、可构成非线性电路(如：对数转换器、乘法器等)等。

理想集成运算放大器的特性是尽善尽美的，如：增益无限大、通频带无限大、同相与反相之间以及两输入端与公共端到地之间的输入电阻为无限大、输出阻抗为零、输入失调电压为零、输入失调电流为零、只放大差模信号，能完全抑制共模信号等。

实际被使用的集成运算放大器与理想集成运算放大器的特性有一定的差异,但它的发展方向正趋于理想集成运算放大器。它们的差异见表5-10所示。

特性理想集成运算放大器实际集成运算放大器

失调电压0v0.5～5mV

失调电流0A lnA～10μA

失调电压的温度OV/℃(1～50)μV/℃

偏置电流OA lnA～100μA

输入电阻∞Ω1OkΩ～1000MΩ

通频带∞Hz10kHz～2MHz

输出电流为电源的容量1～3OmA

共模抑制比∞dB60～120dB

上升时间Os IOns～10μs

转移速率∞V/s(0.1～100)V/μs

电压增益∞dB1000～1000000dB

电源电流OA0.05～25mA

5.5.1集成运算放大器的符号

集成运算放大器的电路符号参见图5-3。其中(a)图为新国标的标法。(b)图为老国标的标法,但现在仍在延续使用。

图5-3集成运算放大器的符号图

5.5.2、常用集成运算放大器的类型

集成运算放大器的类型很多，按特性分类有：通用型、高精度型、低功耗型、高速型、单电源型和低噪声型等。按构造分类有：双极型、结型场效应管输入型、MOS 场效应管输入型和CMOS型等。

5.5.3、常用集成运算放大器的介绍

1.集成运算放大器μA741为例

①管脚图及工作参数：集成运算放大器μA741的管脚图见图5-4所示。其主要极限参数(最大额定值)如下。

(1)μA741运算放大器的主要参数

表5.4μA741的性能参数

电源电压+U CC

-U EE +3V~+18V，典型值+15V

-3V~-18V，-15V工作频率10kHz

输入失调电压U IO2mV单位增益带宽积A u?BW1MHz

输入失调电流I IO20nA转换速率S R0.5V/μS

开环电压增益A uo106dB共模抑制比CMRR90dB 输入电阻R i2MΩ功率消耗50mW

输出电阻R o75Ω输入电压范围±13V

最大电源电压：±18V

最大差分电压(同相端与反向端之间的输入电压)：±30V

最大输入电压：±15V

允许工作温度：0℃~+70℃

允许功耗：100mW

最大输出电压:比电源电压略低

例：当电源电压提供士12V时,开环时最大输出电压约为士10V。

②典型电路:μA741是有零漂调整管脚的运放。典型电路如图5-4所示。在调零端

1、5之间接一个调整失调电压电位器,当接成比例运算、求和运算电路时,调零电位器用于闭环调零。在我们使用的实验装置中,运放的调零电路己经连接好了,不必再接,使用时仅需要调整调零电位器旋钮即可。

图5-4μA741运放典型电路图

5.6实验室常用模拟集成电路

序号型号名称备注M0012P4M可控硅

M0024N35通用光电耦合器

M0036N135数字逻辑隔离

M00424C011K/2K5V I2C总线串行EEPROM

M00524LC08B8K I2C总线串行EEPROM

M00693C461K串行EEPROM

M007AD57412-BIT,DAC转换器

M008BM2272遥控译码器

M009CA3140E 4.5MHz，BiMOS运算放大器

M010TLP521可编程控制AC/DC输入固态继电器

M0117805正5V三端稳压集成电路

M012LM7905负5V三端稳压集成电路

M013LA7806B/W电视机同步、偏转电路，16PIN

M0147906C负6V三端稳压集成电路

M0157808A正8V3端稳压器，输入35V，功率20.8W

M0167908AC正8V3端稳压器，输入35V，功率12W

M017LM7809正9V三端稳压集成电路

M018ADS7809正9V三端稳压集成电路

M019TA7810S0.5A,3端稳压器

M020TDA7910N负10V3端稳压器，输入-35V，1A，功率12W

M021IRF7811A N-MOSFET,功率场效应管,28V/11.4A/2.5W

M0227812A正12V3端稳压器，输入35V，功率20.8W

M023LM79121A3端稳压器

M024AD7813 2.5V-5.5V,400kSPS，8/10-BIT，采样，ADC转换器

M025LM7815正15V三端稳压集成电路

M026LM7915负15V1A3端稳压器

M027AD7819 2.7V-5.5V,200KSPS,8-BIT，采样，ADC转换器

M028LA7820彩色电视机同步/偏转电路

M029L7920C负20V1A3端稳压器

M030LC7821模拟开关

M031LM7824正24V三端稳压集成电路

M032KA7924负24V1A3端稳压器

M033AD78253Vto5V、2MSPS、1/4/8通道、8BitAD转换器

M034PJ7925CZ负25V1A3端稳压器

M035ADS782610/8/12位取样模拟数字转换器用2.7V的电源

M036IRF840功率场效应管,大功率、高速,500V/8A/125W

M037ADC08098-BIT up兼容8通道多路复用器A/D转换器

M038ADC08322路，8-BIT串行输入/输出A/D转换多路选择

M039LM324N四路运算放大器

序号型号名称备注M040LM339低功耗低失调电压四比较器

M041LM358低功率双运算放大器

M042LM386低压音频放大器

M043LM747双运算放大器

M044LM2717降压/升压转换器两颗脉冲宽度调制(PWM)直流/直流转换器

M045AT24C01A串行（1K，128×8）

M046AT28C1716K EPROM

M047AT89C51低功耗/低电压,高性能的8位单片机

M048AT89C528K Bytes闪存，8位微处理器

M049BT136双向可控硅

M050GAL20V8B可编程的逻辑器件

M051HS2262A低功耗通用编码器

M052HT24C02存储器

M053IC71093位半ADC/LED驱动

M054ICL7106CPL类似三位半转换

M055ICL8038CCJD精确波形发生器/伏特控制振荡器

M056AD921510-BIT,65/80/105MSPS,3V,A/D转换器

M057ICL8038CCPD精确波形发生器/伏特控制振荡器

M058LF353双声道功率放大器

M059LF398功率放大器

M060LM111-211-311带滤波微分比较仪

M061LM124X-4低功耗四运放

M062LM311P单通道，选通差分比较器

M063LM317T3端可调稳压器

M064LM318单路高速通用OP

M065LTC1595连续16位乘法器DAC

M066M2764A-2F1NMOS64K8K x8UV EPROM

M067MAX232CPE线性收发器，2驱动器，16PIN

M068MC1403精密低基准电压

M069MJE2955T晶体管

M070MJE13005晶体管

M071MK2716HDTU时钟合成器

M072NE5532AP双低噪声运算放大器

M073NE5532P双低噪声运算放大器

M074NE5534P低噪声运算放大器

M075NJM2217带自动频率控制的视频信号叠加

M076AT28C64B

M077SST39SF02-70-4C-NH

M078ST13007DFP

M079TC14433AEJG3位半A/D转换器

序号型号名称备注M080TDA200310W汽车收音机音频放大器

M081TEA21144096Bit静态RAM

M082TH7814A50MHz2048像素线阵CCD Sensor

M083TIP31C PNPDARL硅INGTON晶体管

M084TIP41C PNPDARL硅INGTON晶体管

M085TIP42C PNPDARL硅INGTON晶体管

M086TIP127PNPDARL硅INGTON晶体管

M087TIP122PNPDARL硅INGTON晶体管

M088TL084CN

M089TLC7135C ADC/LCD驱动BCD输出

M090TM7282

M091TRSTE-8532A

M092ULN2003AN周边七段驱动陈列

M093W28EE011

M094GAL22V10高性能，E2COMS，可编程逻辑器件

M095GAL16LV8低电压，E2COMS，可编程逻辑器件

M096HM472114

M097ADS7817

M098LC7930

M099PM7830

M100PM7832

M101T7932

M102TPS2817

六、数字逻辑电路

6.1、数字集成电路的分类

数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。

6.1.1．按结构工艺分

按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。如图6-1所示。

图6-1数字集成电路的分类

世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。

ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。双极型集成电路主要有

TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。

ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。这种门电路输出阻抗低，负载能力强。它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。

MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和

CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。

MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路

一起成为数字集成电路中两大主流产品。CMOS数字集成电路电路主要分为4000（4500系列）系列、54HC/74HC系列、54HCT/74HCT系列等，实际上这三大系列之间的引脚功能、排列顺序是相同的，只是某些参数不同而已。例如，74HC4017与CD4017为功能相同、引脚排列相同的电路，前者的工作速度高，工作电源电压低。4000系列中目前最常用的是B系列，它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。

Bi-CMOS是双极型CMOS（Bipolar-CMOS）电路的简称，这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双极型三极管，因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路输出阻抗低的优点。

综上所述，TTL74系列、CMOS4000（4500）系列是通用性最强、应用最广泛的数字集成电路，因此，本书重点介绍这两类常用的数字集成电路。

6.1.2.根据集成电路规模的大小分

根据集成电路规模的大小，数字集成电路通常分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。

(1)小规模集成电路（Small Scale Integration，SSI）

小规模集成电路通常指含逻辑门个数小于10门(或含元件数小于100个)的电路。

(2)中规模集成电路（Medium Scale Integration，MSI）

中规模集成电路通常指含逻辑门数为10门～99门(或含元件数100个～999个)的电路。

(3)大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）

大规模集成电路通常指含逻辑门数为1000门～9999门(或含元件数1000个～99999个)的电路。

(4)超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）

超大规模集成电路通常指含逻辑门数大于10000门(或含元件数大于100000个)的电路。

6.1.3.根据电路的功能分

（1）门电路与门/与非门、或门/或非门、非门等。

（2）触发器锁存器R-S触发器、D触发器、J-K触发器等

（3）编码器译码器二进制——十进制译码器、BCD—7段译码器等。

（4）计数器二进制、十进制、N进制计数器等。

（5）运算电路加/减运算电路、奇偶校验发生器、幅值比较器等。

（6）时基定时电路单稳态电路、延时电路等。

（7）模拟电子开关数据选择器

（8）寄存器基本寄存器、移位寄存器（单向、双向）。

（9）存储器RAM、ROM、E2PROM、Flash ROM等。

（10）CPU

对广大电子爱好者来说，最需要了解和掌握的为第1~8类中小规模集成电路的原理与应用，因此，本书按照该分类对第1~8类中常用的数字集成电路的基本工作原理及应用作比较详细地介绍。下面先介绍TTL74系列和4000系列数字集成电路的型号组成及符号的意义。

6.2、数字集成电路的命名

6.2.1数字集成电路型号的组成及符号的意义

数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。如

表6-1所示为TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义。

6.2.2TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义表6-1TTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义

第1部分

第2部分第3部分第4部分第5部分

产品系列

器件类型器件功能器件封装形式、温度范围符号意义符号意义符号

意义

符号意义标准电路W 陶瓷扁平前缀

H 高速电路B 塑封扁平54

军用电路

-55－+125o C

S 肖特基电路F 全密封扁平LS 低功耗肖特基电路D 陶瓷双列直插ALS 先进低功耗肖特基电路P

塑封双列直插

代表制造厂商

民用通用电路

先进肖特基电路

阿拉伯数字

器件功能

6.2.3.4000系列集成电路的组成及符号意义

4000系列CMOS 器件型号的组成及符号的意义见表6-2。

表6-24000系列CMOS 器件型号的组成及符号意义

第1部分

第2部分第3部分第4部分

型号前缀的意义

器件系列器件种类工作温度范围、封装形式代表制造厂商符号意义符号意义

符号意义CD 美国无线电公司

0℃ ~70℃CC 中国制造E -40℃~85℃TC 日本东芝公司产品R -55℃~85℃MC1

摩托罗拉公司产品

4045

产品系列号

阿拉伯数字

器件功能

-55℃~125℃

举例说明如下：

CT74LS00P 为国产的（采用塑料双列直插封装）TTL 四2输入与非门。

SN74S195J 为美国TEXAS 公司制造的采用陶瓷双列直插封装的4位并行移位寄存器。

同一型号的集成电路原理相同，通常又冠以不同的前缀、后缀，前缀代表制造商（有部分型号省略了前缀），后缀代表器件工作温度范围或封装形式，由于制造厂商繁多，加之同一型号又分为不同的等级，因此，同一功能、型号的IC 其名称的书写形式多样，

如CMOS 双D 触发器4013有以下型号：CD4013AD CD4013AE CD4013CJ CD4013CN CD4013BD CD4013BE CD4013BF CD4013UBD CD4013UBE CD4013BCJ CD4013BCN ；HFC4013HFC4013BE HCF4013BF HCC4013BD/BF/BK HEF4013BD/BP HBC4013AD/AE/AK/AF SCL4013AD/AE/AC/AF MB84013/M MC14013CP/BCP TC4013BP.

一般情况下，这些型号之间可以彼此互换使用。

6.3常用数字集成电路的一般特性

CMOS 和TTL 电路是生产数量最多、应用最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路，其中CMOS 电路应用最广泛的为4000系列、4500系列（有的资料中把4000、4500系列统称为4000系列）电路，TTL 电路应用最广泛的为74系列电路，因此本书重点介绍CMOS 4000和TTL 74两大系列数字集成电路的工作原理和应用实例。这里首先介绍CMOS 4000和TTL 74系列集成电路的一般性能。6.3.1、CMOS 4000系列集成电路的一般特性1.电源电压范围宽

标准的CMOS 4000系列集成电路的工作电源电压范围为3～18V；40H00系列为2.0～8.0V，74HC4000系列和74HCU4000系列为2.0～6.0V，74HCT4000系列为4.5～5.5V。国产的COOO 系列集成电路的工作电压为7—15V，国产的CC4000系列集成电路的工作电压范围为3—18V。由于CMOS 4000系列电路电源电压范围宽，即使不稳压，只要电源电压波动不超过工作电压范围，也可以正常工作。2.功耗低

CMOS 集成电路采用场效应管组成互补推挽结构，工作时两个串联的场效应管总是一管导通，另一管截止，静态时几乎不从电源吸取电流，因此功耗极小。当V DD =5V 时，CMOS 电路的静态功耗分别是：门电路类为2.5~5uW ；缓冲器和触发器类为5~20uW ；中规模集成电路类为25~100uW 。表6-3为CMOS 4000系列集成电路在不同工作环境下的静态电流值。

表6-3CMOS 4000系列集成电路在不同工作环境下的静态电流

静态电流（uA ）类

型

电源电压（V ）-55℃-40℃+25℃+85℃+125℃50.250.250.257.57.5100.50.50.51515反相器门电路15111303051113030102226060触发器缓冲器驱动器组合门15444120120555515015010101010300300中规模器件

600

3.输入阻抗高

由于CMOS 电路的互补特性，输出高、低电平时阻抗都很低（与NMOS 、PMOS 相比）。CMOS 电路的输入阻抗只取决于输入端保护二极管的漏电流，因此输入阻抗

极高，可达108~1011Ω以上。所以，CMOS电路几乎不消耗驱动电路的功率。

4.抗干扰能力强

因为它们的电源电压允许范围大，因此它们输出高低电平摆幅也大，抗干扰能力就强，其噪声容限最大值为45%V DD，保证值可达30%V DD，电源电压越高，噪声容限值越大。

5.逻辑摆幅大

CMOS电路输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压V DD，逻辑低电平“0”接近电源V SS，空载时，输出高电平V OH≥V CC－0.05V，输出低电平V0L≤0.05V。因此，CMOS 电路电源利用系数最高。

6.扇出能力强

在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS器件的输入端。

7.抗辐射能力强

CMOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对多数载流子浓度影响不大。因此CMOS电路特别适用于航天，卫星和核试验条件下工作的装置。

CMOS集成电路功耗低，内部发热量小，集成度可大大提高。又因为电路本身的互补对称结构，当环境温度变化时，其参数有互相补偿作用，因而其温度稳定性好。

要正确应用数字集成电路，需要对它们的基本参数和极限参数作一了解。

下面介绍CMOS4000系列集成电路的基本参数和极限参数。表6-4列出了CMOS 4000系列集成电路的基本参数，表6-5列出了CMOS4000系列集成电路中CC4069的极限参数。

前面列出的CMOS电路的参数为CMOS集成电路的“共性”，但不同厂家生产的同一型号的集成电路，功能原理相同，基本参数有所不同。表0—6列出了不同厂家生产的4013的主要参数供参考。

前缀、型号相同的集成电路，通常又冠以不同的后缀来表示不同的温度等级或封装形式，如CD4011有CD4011AD/AE/AF、CD4011BD/BE/BF，CD4011BCJ/BCN，CD4011BMJ/BMW，CD4011UBD/UBE等多种形式，它们之间的参数有差异，如表6-7所示。

表6-4CMOS CC4069系列集成电路的基本参数

测试条件参数参数名称符号

输出电压(V)输入电压(V)电源电压(V)最大值最小值

单位

输出低电平电流I

OL 0.4

0.5

1.5

0/5

0/10

0/15

0.51

1.3

3.4

输出高电平电流I

4.6

9.5

13.5

0/5

0/10

0/15

-0.51

-1.3

-3.4

输出低电平电压V

OL 0/5

0/10

0/15

0.05

输出高电平电压V

OH 0/5

0/10

0/15

4.95

9.95

14.95

静态功耗电流I

DD 0/5

0/10

0/15

0.25

0.5

1.0

输出状态转换时间C L=50pF

R L=200k

200

100

表6-5CMOS4000系列集成电路的极限参数

参数名称极限值

最大直流电源电压VDD（max）+18V

最小直流电源电压VSS（min）-0.5V

最大输入电压VI（max）电源电压+0.5V

最小输入电压VI（min）-0.5V

陶瓷扁平封装(14,16引脚)(环境温度=-55～100℃)200mW

陶瓷双列直插封装(14,16引脚)(环境温度=-55～100℃)500mW

最大允许功耗（PM）

塑料双列直插封装(14,16,24引脚)(环境温度=-55～60℃)200mW

陶瓷扁平封装-55～100℃

陶瓷双列直插封装-55～125℃

工作温度范围

塑料双列直插封装-40～85℃

存储温度-65～150℃

表6-6不同厂家生产的4013的主要参数对比

型号工作频率（MHz）传输延迟时间（ns）最大噪声容限（V）参数相同后缀不同型号MC14013AL10.0300 2.2

MC14013CP10.0450 2.2

MC14013BAL7.0100 2.5BCP BCL

12120 4.5AD AE

10 4.5AF

1090 4.5BD BE BF

CD4013

7.6130 6.7BCJ BCN BMJ BMN

HCF4013HCC401312.090 2.5BD BF BK BE BF

TC4013BP7.0200 4.0

HBC401310.0110 4.5AD AF AK

HBF401310.0125 4.5AE AF

SCL401312.0120 4.5AC AD AE AF AH

MB8401310.090MB84013M84013M

HEF401318.075 6.7BD BP 表6-7前缀、型号相同、后缀不同的IC主要参数对比

逻辑电平型号

“1”“0”传输延迟

时间（ns）

最大噪声

容限（V）

工作温度

范围（O C）

工作电源

电压（V）

CD4013AD CD4013AE CD4013CJ CD4013CN CD4013BD CD4013BE CD4013BF CD4013UBD CD4013UBE CD4013BCJ CD4013BCN 10

9.99

15.0

12.5

11.0

0.01

0.05

2.5

4.0

4.5

2.5

6.7

-55～+125

-40～+85

-55～+125

-40～+85

-55～+125

-40～+85

+10

+15

6.4、TTL74、ECL系列集成电路的一般特性

TTL电路工作速度高，驱动能力强，是目前应用最广泛的集成电路之一，它的缺

点是功耗大，集成度低。

6.4.1.工作电源电压范围TTL电路的工作电源电压范围很窄。

S、LS、F系列为5.0±5%；AS、ALS系列为5.0±10%；ECL10K（即ECL10000）系列为-5.2±5%；ECL100K（即ECL100000）系列为-4.2～5.7V。

6.4.2.频率特性TTL电路的工作频率比4000系列的高，比ECL系列的低。

标准的TTL电路的工作频率小于35MHz；LS系列TTL电路的工作频率小于40MHz；ALS 系列电路的工作频率小于70MHz；S系列电路的工作频率小于125MHz；AS系列电路的工作频率小于200MHz；ECL系列电路的工作频率为100～1000MHz。

6.4.3.TTL电路的电压输出特性

当工作电压为+5V时，逻辑“1”的输出电平大于 2.4V，逻辑“1”的输入电平大于2.0V；逻辑“0”的输出电平小于0.4V，逻辑“0”的输入电平小于0.8V。

6.4.4.最小输出驱动电流

（1）标准输出的TTL电路：标准TTL电路为16mA；LS-TTL电路为8mA；S-TTL电路为20mA；ALS-TTL电路为8mA；AS-TTL电路为20mA。

（2）大电流输出的TTL电路：标准TTL电路为48mA；LS-TTL电路为24mA；S-TTL 电路为64mA；ALS-TTL电路为24/48mA；AS-TTL电路为48/64mA。

6.4.5.扇出能力（以带动LS-TTL负载的个数为例）

（1）标准输出的TTL电路：标准TTL电路为40；LS-TTL电路为20；S-TTL电路为50；ALS-TTL电路为20；AS-TTL电路为50。

（2）大电流输出的TTL电路：标准TTL电路为120；LS-TTL电路为60；S-TTL电路为160；ALS-TTL电路为60/120；AS-TTL电路为120/160。

6.5数字集成电路的接口电路与使用注意事项

在数字电路的应用中，经常用到板、卡之间，不同类型器件之间相互连接问题，它们之间若逻辑电平、相位、时序等互不一致时，就需要使用接口电路来进行变换，使它们之间相互匹配，以达到正确接收和传递信息的目的。

TTL电路的接口电路

集电极开路输出（OC）的TTL，可直接与CMOS电路接口，但应加上拉电阻。R 的取值以10~220k?为宜，取值越大，功耗越低，但会降低工作速度。

下面介绍数字集成电路的使用注意事项。

（1）不允许在超过极限参数的条件下工作。电路在超过极性参数的条件下工作，就可能工作不正常，且容易引起损坏。TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5～5.5V之间，因此必须使用+5V稳压电源。CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽（如CD4000B/4500B：3～18V），有较大的选择余地；选择电源电压时除首先考虑到要避免超过极限电源电压外，还要注意到，电源电压的高低会影响电路的工作频率等性能。电源电压低，电路工作频率会下降或增加传输延迟时间。例如CMOS触发器，当V cc由+15V下降到+3V时，其最高工作频率将从10MHz下降到几十kHz。

（2）电源的电压的极性千万不能接反，电源正负极颠倒、接错，会因为过大电流而造成器件损坏。

（3）CMOS电路要求输入信号的幅度不能超过V DD~V SS，即满足V SS≤V I≤V DD。当CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于０V），或者电源电压突然变化时，电路电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。预

防可控硅效应的措施主要有：①输入端信号幅度不能大于V DD和小于0V；②消除电源上的干扰；③在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。如果电路工作频率比较低，用+5V电源供电最好；④对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。

（4）对多余输入端的处理。对于CMOS电路，多余的输入端不能悬空，否则，静电感应产生的高压，容易引起器件损坏，这些多余的输入端应该接V DD或V SS，或与其他正使用的输入端并联。这三种处置方法，应根据实际情况而定，若是或门/或非门电路，多余的输入端不能接V DD（整个门单元都不使用的除外），否则，不能执行正常的逻辑功能；同理，与门/与非门的多余输入端不能接V SS；多余输入端并联使用时，对电路的工作速度有一定影响，因此，这种方式，适用于工作速度不太高，功耗不太大的条件下。对于TTL电路，多余的输入端允许悬空，悬空时，该端的逻辑输入状态一般都作为“1”对待。但考虑到外界信号的干扰，最好不要悬空，可根据实际情况接V DD或通过电阻接V DD、V SS。

CMOS电路在特定条件下可以并联使用。当同一芯片上２个以上功能相同的器件并联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流和拉电流，从而增大驱动负载的能力，同样也提高了电路的工作速度。但器件的输出端并联，输入端也必须并联。

对于TTL集成电路的各个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。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响“与门、与非门”的逻辑关系，但悬空容易受干扰，有时会造成电路误动作。因此，多余输入端要根据实际需要作适当处理。例如“与门、与非门”的多余输入端可直接接到电源V cc上；也可将不同的输入端共用一个电阻连接到V cc上；或将多余的输入端并联使用。对于“或门、或非门”的多余输入端应直接接地。

（5）多余的输出端，应该悬空处理，决不允许直接接到V DD或V SS。否则会产生过大的短路电流而使器件损坏。不同逻辑功能的CMOS电路的输出端也不能直接连到一起，否则导通的P沟道MOS场效应管和导通的N沟道MOS场效应管形成低阻通路，造成电源短路而引起器件损坏；逻辑功能相同的门电路，它们的输入端并联时，输出端可以并联。因此除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路的输出端不允许并联使用。如果将几个“集电极开路门”电路的输出端并联,实现“线与”功能时，应在输出端与电源之间接入上拉电阻。

（6）由于CMOS电路输入阻抗高，容易受静电感应发生击穿，除电路内部设置保护电路外，在使用和存放时应注意静电屏蔽；焊接CMOS电路时，焊接工具应良好接地，焊接时间不宜过长，焊接温度不要太高。更不能在通电的情况下，拆卸，拨、插集成电路。

（7）很多型号的数字电路它们之间可以直接互换使用，如国产的CC4000系列。可与CD4000系列、MC14000系列直接互换使用。但有些引脚功能、封装形式相同的IC，电参数有一定差别，互换时应注意，如国产CC4000系列与C×××系列，前者的工作电源电压范围为3~18V，后者为7~15V，在+5V的电源条件下，不能用C×××代换CC4000系列的IC。

74C55系列有多种型号，其功能及管脚排列顺序均与TTL74系列保持一致。74C 55为普遍系列，此外还有CMOS74HC/HCT55系列和先进的CMOS74AC/ACT55系列，其中74HCT55系列和74ACT55系列可直接与TTL相兼容。

（8）注意设计工艺，增强抗干扰措施。在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止信号之间的窜扰和对信号传输的延迟。此外要把电源线设计得宽一些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。在CMOS逻辑系统设计中，应尽量

减少电容负载。电容负载会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。

6.6实验室常用数字逻辑集成电路

序号型号名称序号型号名称

S001SN74HC004个2输入与非门S038SN74S644/2/3/2输入与或非门

S002SN74LS004个2输入与非门S039HD74LS74A双D型正沿触发器预置清除S003DM74LS004个2输入与非门S040SN74LS74AN双上升沿D型触发浮点运算S00474LS004个2输入与非门S04174LS74A双上升沿D型触发浮点运算S005DM74004个2输入与非门S042SN74LS76AN双J-K负沿触发器（预置清除S006HD74HC00P4个2输入与非门S043S74LS76W双J-K负沿触发器（预置清除S007DM74S024个2输入或非门S044SN74LS78A双J-K负沿触发器（预置清除S008SN74HC02N4个2输入或非门S045DM74LS854位幅度比较器

S009HD74LS04P6反向器S046SN74LS85N4位幅度比较器

S010SN74LS04N6反向器S047SN74LS86N四2输入异或门

S011DM74076反向器S048DM74LS864个2输入或门

S012SN74LS0716进制缓冲/驱动S04974LS90十进制计数器

S013DM74LS084个2输入与门S050DM74LS90十进制计数器

S014DM74084个2输入与门S051SN74LS90十进制计数器

S015SN74LS08N4个2输入与门S052SN74LS918-BIT移位寄存器

S016DM74LS103个3输入与门S053SN74LS92十二/十进制计数器

S017SN74LS103个3输入与门S054SN74LS93二进制计数器

S01874HC103个3输入与门S055SN74121单稳态多谐振荡器

S019SN74HC113个3输入与门S056SN74LS123N双稳态多谐振荡器

S020DM74LS113个3输入与门S057DM74LS132双稳态多谐振荡器

S021SN74LS113个3输入与门S05874HC132双稳态多谐振荡器

S022SN74LS13双施密特触发16进制反相S059MC54/74HC132A双稳态多谐振荡器

S023SN74LS1416进制、施密特反向触发器S060DM74LS13313输入与门

S024HD74LS14P16进制、施密特反向触发器S061DM74S13313输入与门

S025SN74HC20双4输入与非门S062SN54/74LS13313输入与门

S02674LS20双4输入与非门S063SN74S13413输入与非门

S027CD54/74HC20双4输入与非门S06474S135PC4个或非门

S0287420双4输入与非门S065SN74S1354个或非门

S029SN74LS21双4输入与门S066SN74LS136N四2输入异或门（OC）

S030SN74LS273个3输入正或非门S067SN74LS1374个或非门

S03174LS308输入与非门S068SN54/74LS1374个或非门

S032SN74LS308输入正与非门S06974HC1374个或非门

S033SN74LS32N四2输入或门延时S070CD74HC1374个或非门

S034SN74LS47N BCD-7段码译码器/驱动器S071M74HC1374个或非门

S035DM74LS47BCD-7段码译码器/驱动器S072SN74S1383/8线解码器/多路输出选择S036SN74LS48BCD-7段码解码器/驱动器S07374LS1383/8线解码器/多路输出选择S037SN74LS51与或非门S07474HC1383/8线解码器/多路输出选择

S075CD54/74HC1383/8线解码器/多路输出选择S115DM74LS194A双向4-bit移位寄存器

S076DM74LS1383/8线解码器/多路输出选择S116SN74LS221N4-BIT双向通用移位寄存器S077DM74S1383/8线解码器/多路输出选择S117DM74LS221双单稳态多频振荡器

S078DM74S139双2-43-8线译码器/多路转换S118DM74LS224八总线3态输出缓冲器

S079CD54/74HC139双2-43-8线译码器/多路转换S119SN74LS244N八总线3态输出缓冲器

S080SN74HC139双2-43-8线译码器/多路转换S120SN74LS245N八总线收发器

S081IN74HC139A双2-43-8线译码器/多路转换S121SN74LS247M BCD到7段码译码器/驱动S082DM74LS139双2-43-8线译码器/多路转换S122DM74LS2574/2输入多路复用器三态输S083SN74LS145BCD十进制解码器、带驱动S123SN74LS257BN双2线-1线数据选择器/多S084SN74LS145N BCD十进制解码器、带驱动S124DM74LS2738进制D型触发器，带清零S085SN54/74LS145BCD十进制解码器、带驱动S12574LS3738进制D型触发器，带清零S086SN54/74LS14710线/4线/8线到3线编码器S126SN74LS2738进制D型触发器，带清零S087SN74LS14710线/4线/8线、3线编码器S127SN74LS273N8进制D型浮点运算

S088SN74LS14810线/4线或8线/3线编码器S128DM74LS2794个S-R锁存器

S089SN74LS148N10线/4线或8线/3线编码器S129SN74LS279A4个S-R锁存器

S090SN54/74LS14810线/4线或8线/3线编码器S130SN74LS280N9-bit奇偶发生器/校验器

S091SN74LS151N数据选择多路复用器S131SN74LS320晶体控制振荡器

S092DM74LS1544－16线多路分配器S132SN74LS321晶体控制振荡器

S09374LS1544－16线多路分配器S133SN74LS322A8-BIT移位寄存器

S094SN74LS157N四2选1数据选择器S134SN74LS3238-BIT通用移位寄存器

S095SN74LS160A同步4位计数器S135SN74LS367AN16进制总线驱动器

S096HD74LS161N4位二进制计数器S136DM74LS367A16进制总线驱动器

S097DM74LS161A4位二进制计数器S137SN74LS368AN六缓冲器/总线驱动器

S098SN74LS161AN4位二进制计数器S138SN74LS373N8D锁存器

S099SN54/74LS162A4位二进制计数器S139SN74LS374N8D触发器

S100SN74LS163AN4位二进制计数器S140DM74LS3748D触发器

S101DM74LS1648位串入并出移位寄存器S141DM74LS3778/16进制/4-BIT浮点运算S102SN74LS164N8位串入并出移位寄存器S14274LS390双十进制计数器

S10374LS1648位串入并出移位寄存器S143DM74LS393双十进制计数器

S104DM74LS1668-BIT移位寄存器S144SN74LS393N双4级2进制计数器

S105SN74LS166N8-BIT移位寄存器S145SN74LS541N8进制缓冲和线性驱动

S106DM74LS1754个16进制D型浮点运算S146SN74LS670N4-by-4寄存器，三态输出S107SN74LS175N4个16进制D型浮点运算S147SN74LS293十进制4-BIT二进制计数器S108SN74LS190同步双向十进制计数器S148SN74LS147N10线-4线或8线-3线编码S109DM74LS191同步双向计数器带+/-控制S149SN74LS161AN同步4BIT计数器

S110SN74LS191同步双向计数器带+/-控制S150SN74LS194AN4-BIT双向移位寄存器

S111SN54/74LS192同步双向十进制计数器

S112SN74LS193N同步4-BIT双向计数器

S113DM74LS193同步双向4-bit2进制计数

S114SN74LS194AN双向4-bit移位寄存器

S151HEF4001B四2输入端或非门S179CD4052BE双4选1模拟开关

S152MC14007UBD双互补对加反相器S180MC14052B双4选1模拟开关

S153CD4010C六缓冲器/转换－正相S181CD4053BC三组二路模拟开关

S154LTC4010六缓冲器/转换－正相S182MC14053B模拟复用器多路输出选择器S155CD4011BC四2输入与非门S183CD406014级二进制串行计数分频器S156CD4011四2输入与非门S184MC14060B14位二进制计数振荡器

S157MC14012B双4输入与非门S185CD4066BC四传输门

S158CD4012BMS双4输入与非门S186MC14066BCP四个模拟开关/四个转换器S159CD4013置/复位双D型触发器S187CD4067B16选1模拟开关

S160MC14013BCP置/复位双D型触发器S188MC14067B模拟复用器多路输出选择器S161MC14016B双向模拟数字开关S189CD4069UBC六反相器

S162CD4016BC双向模拟数字开关S190MC14069UB六反相器

S163MC14017B10译码输出十进制计数器S191LTC4069六反相器

S164CD401710译码输出十进制计数器S192CD4073B三3输入端与门

S165MC14020B14位二进制计数器S193MC14073B B后缀系列CMOS门

S166CD4023BC三3输入与非门S194CD4078B8输入端或非门/或门

S167MC14023B三3输入与非门S195MC14078B8输入端或非门/或门

S168MC14027B置位/复位主从触发器S196CD4081BC四2输入端与门

S169CD4027BC置位/复位主从触发器S197CD4093四2输入端施密特触发器

S170CD4041BE四原码/补码缓冲器S198CD4095BMS3输入端J-K触发器

S171MC14042B四时钟D型锁存器S199CD40106十六进制施密特触发器

S172CD4042B四时钟D型锁存器S200CD40175B四D型触发器

S173CD4046B锁相环S201CD40192BC BCD加减计数器（双时钟）S174MC74HC4046A锁相环S202CD4511BE BCD7段锁存译码驱动器S175CD4049UB六反相缓冲/变换器S203CD4511BC BCD7段锁存译码驱动器S176MC14049B六反相缓冲/变换器S204CD4555B双二进制四选一解码

S177CD4051BCN八选一模拟开关S205MC14555B双二进元到1-of-4解码器S178MC14051BCP八选一模拟开关S206MC14093B四2-输入与非触发器