數字電路及其應用(三)

2.CMOS門電路的應用　

　　門電路是一種基本邏輯部件，用它們可以構成組合邏輯和時序邏輯電路。CMOS門電路產品種類很多，均可從相應的手冊上查到，但歸納起來有八類：反相器、與非門、或非門、與門、或門、緩沖/電平變換器、組合邏輯和具有三態輸出的邏輯門等。熟悉門電路的特性和應用，可為學習各種數字設備（包括PC機硬件）的工作原理打下良好的基礎。
　　
　　（1）環形振蕩器。CD4069是六反相器集成電路（IC），采用雙列式塑封裝（14引腳），如圖6所示。該IC內含六個獨立的反相器。每個反相器均可執行邏輯的反相操作。用它還可構成振蕩器、脈沖整形和小信號的電壓放大等。圖7是用奇數級（3）的反相器串聯，并首尾相接構成的環形振蕩器電路，它的輸出波形如圖8所示。振蕩器的工作是基于電平通過每個反相器時，需要一定的傳輸時間τ，即每個反相器均存在電平傳輸的延遲而形成的方波輸出。例如，當圖7電路加電時，其輸出端設定為“0”電平（也可設定為“1”電平），按圖的環形連接法，A點也為“0”電平。根據反相器求反邏輯，反相器Ⅰ的輸出為“1”電平，從Ⅰ的輸入到Ⅰ的輸出電平的傳輸延時為τ。同理電平通過反相器Ⅱ和Ⅲ時，共需傳輸2τ的時間。“0”電平從A的輸入到Ⅲ的輸出端需傳輸3τ的時間。按反相器求反的功能，從Ⅰ的A點“0”電平經3τ后，Ⅲ的輸出端從原來的“0”電平轉為“1”電平。該“1”電平又到A點，再經3τ又到Ⅲ的輸出端使輸出又從“1”電平轉到“0”電平。結果，在Ⅲ的輸出端形成圖8的方波。從方波的形成過程可知，該方波的周期T=6τ。
　　
　　由于τ的時間很短，所以方波的頻率很高，只有用示波器才能把波形顯示出來。由于該電路簡單，所以工廠中批量用它時，常用圖7的電路并配上示波器以檢查CD4069產品的好壞，并從波形的周期上估算它們的傳輸特性。
　　
　　圖9是圖7方波發生器的改進電路，特點是輸出的方波頻率是可調的。圖9電路中，增加了附加的RC電路，使電平從反相器Ⅱ的輸入端到Ⅱ的輸出端，因RC的充放電時間常數遠大于反相器的傳輸時間，電平通過反相器Ⅱ時，延時大大增加，加之R是可調電阻，結果在Ⅲ的輸出端形成的方波，其頻率是可調的。輸出的方波周期可根據公式T=2RC估算，按圖的RC值，方波的頻率下限約1Hz。
　　
　　圖9的電路，因電路簡單，一裝即成，對頻率穩定度要求不高的場合是很適用的。若再配上圖10的LED驅動電路，并把R值取大些，可觀察到LED的發光閃動。利用該組合電路，無需配接示波器，就可批量、快速檢查CD4069產品的好壞。如果將驅動級管子BG換成9018，其集電極上插入電聲器件（LED、R2去掉），調整R值，使組合電路工作在音頻段，就可作訊響器。過去一些電碼練習器就是用了這種電路作訊響器的。　　　

湖北王紹華成都 遙約