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课时4　数字集成电路
任务　认识常用的数字集成电路
1.门电路
门电路是用晶体三极管或MOS管(金属氧化物半导体场效应管)构成的电路，现在都已集成化，是一种数字集成电路。在数字电路中，用电平的高和低来代表逻辑1和逻辑0。
2.晶体三极管的开关特性
晶体三极管存在________、________和________三种状态。在数字电路中，用到截止和饱和两种状态。截止相当于开关断开，饱和相当于开关闭合。
状态 条件 现象
饱和 输入信号足够大(高电平) 三极管流过的电流较大，而集电极与发射极之间的电压只有0.2 V左右
截止 输入信号足够小(低电平) 三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压相近
3.金属氧化物半导体场效应管(MOS管)
(1)结构
MOS管有三个极：源极S、栅极G和漏极D。
源极S相当于发射极，通常接地；
漏极D相当于集电极，通常通过电阻接电源；
栅极G相当于基极，用来控制漏极电流的大小。
(2)原理
普通晶体三极管是电流控制的器件，即基极必须注入电流才能使三极管导通，而MOS管属于电压控制器件，在其栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。
(3)MOS管在开关信号的作用下，也有导通和截止两种状态，因而也可做开关使用。
4.数字集成电路
(1)数字电路现在都已集成化。集成门电路属于小规模集成电路。由若干门电路组成，能完成某个逻辑功能，如编码、译码等功能的集成电路通常属于中规模集成电路。将数百、数千个门电路集成在一个硅片上的数字集成电路属于大规模、超大规模数字集成电路。
(2)数字集成电路有多种类型，最常用的有TTL和CMOS两种。
①TTL(晶体管－晶体管逻辑)是用普通晶体三极管构成的集成电路，______________，允许负载的________，消耗功率________。
②CMOS(互补MOS电路)用MOS管构成的集成电路，____________，允许负载的____________，消耗功率也小。易损坏，使用时注意保护，如电源的极性不能接反，焊接时最好将烙铁的电源切断等。
③TTL集成电路的标准直流电源电压为______，CMOS集成电路的直流电源电压可以在______________之间，通常不能在同一电路中使用，两者在同一电路中使用时要注意电位相等，须加上电平转换电路。
5.常用集成门电路的型号
集成逻辑门名称 TTL CMOS
四2输入与非门 CT74LS00 CC4011
双4输入与非门 CT74LS20 CC4012
四2输入或非门 CT74LS02 CC4001
双4输入或非门 CC4002
六反相器(非门) CT74LS04 CC4069
四2输入与门 CT74LS08 CC4081
双4输入与门 CT74LS21 CC4082
四2输入或门 CT74LS32 CC4071
双4输入或门 CC4072
重难点1　TTL与CMOS集成电路的比较
分类 TTL CMOS
工作电源 Vcc＝5 V VDD＝3－18 V
正极及接地名称 正极：Vcc 负极：GND 正极：VDD 负极：VSS
输入电压 高：2.4－5 V　低：0－0.8 V 高：3－5 V　低：0－2 V
特点 运行速度快，允许流过负载电流大，功耗大，集成度低 运行速度慢，允许流过负载电流小，功耗小，集成度高
多余管脚 多余输入 与周围管脚短接、或与正极或负极相连(不能影响原逻辑)
多余门 悬空 输入不能悬空，与非门接Vcc，或非门接地；输出悬空
例1 与TTL集成电路相比，CMOS门电路(　　)
A.速度更快
B.允许负载流过的电流更大
C.功耗更低
D.不适宜做成大规模集成电路
变式训练1 TTL集成电路的优点是(　　)
A.速度快
B.允许负载流过的电流较大
C.抗静电能力强
D.以上都是
重难点2　集成门电路引脚识别
1.集成逻辑门引脚判断规律
如图所示的集成逻辑门引脚图，图上有一个半圆凹槽。管脚朝下，半圆凹槽向上，则半圆凹槽左侧第1个引脚为引脚1，按逆时针方向依次增加。此规律可推广至大部分芯片，对于芯片上有半圆凹槽、整圆凹槽、小圆点等标志的芯片同样适用。若半圆凹槽、整圆凹槽都存在，则以半圆凹槽为主。
2.部分常用集成逻辑门引脚图
例2 如图所示型号为74LS00的芯片及部分管脚说明，关于该芯片的说法中，正确的是(　　)
A.A为1脚，B为8脚
B.该芯片单元逻辑门的逻辑关系为有0出1，全1出0
C.要使该芯片正常工作，所有脚必须接在电路中
D.该芯片不能实现二输入与门、二输入或门的功能
变式训练2 如图所示为某集成门电路的实物图及逻辑门引脚图。关于该类型的集成电路，下列说法不正确的是(　　)
A.该集成门电路的工作电压一般是5 V
B.1、2脚为低电平时，3脚为低电平
C.该集成电路为双4输入或门
D.该集成电路是TTL型电路
1.下列关于TTL与CMOS集成电路的描述，不正确的是(　　)
A.TTL集成电路由三极管构成，运动速度快
B.CMOS集成电路由MOS管构成，运动速度慢
C.TTL与CMOS集成电路不能用在同一数字电路中
D.相对CMOS而言，TTL集成电路消耗功率大
2.下列不是CMOS电路特点的是(　　)
A.集成度高　　　　　　　　 B.功耗低
C.允许负载流过的电流小 D.运行速度快
3.如图所示，现需要找到芯片管脚3脚，下列选项中说法正确的是(　　)
A.上排第三管脚 B.下排第三管脚
C.上排第二管脚 D.下排第二管脚
4.如图所示是CC4001集成芯片引脚图，该芯片的名称是(　　)
A.四2输入或非门 B.双4输入或非门
C.四2输入与非门 D.双4输入与非门
5.如图所示为四2输入与非集成芯片HD74LS00P，用它搭接电路时，应该(　　)
A.将b脚接地，将d脚接电源正极
B.将d脚接地，将b脚接电源正极
C.将a脚接地，将c脚接电源正极
D.将c脚接地，将a脚接电源正极
6.如图所示是数字集成电路74LS00引脚排列及功能图，下列说法中不正确的是(　　)
A.如果电路中只需用一个与非门，可任选其中一个
B.把其中一个与非门的两个输入端并接后，可以实现非门的功能
C.当需要一个非门时，也可以只用与非门的一个输入端，另一个输入端接低电平
D.把该集成块中的与非门加以组合，可以实现或门的功能
7.如图所示为74LS02集成芯片和某真值表，用该芯片实现真值表内的逻辑功能，则连线正确的是(　　)
课时4　数字集成电路
任务清单与知识构建
任务
2．放大　截止　饱和
4．(2)①速度快　电流大　功率也大　②速度慢　电流小　③5 V　3 V～18 V
案例导学厘清重难点
例1　C　[CMOS电路由MOS管构成，其特点是功耗低，但缺点是工作速度较TTL低，允许负载流过的电流较TTL小，容易损坏，使用时要注意保护。]
变式训练1　D　[TTL电路由普通三极管构成，其特点是速度快、允许负载流过的电流较大、抗静电能力强。]
例2　B　[根据芯片识读的方法，芯片缺口朝左，管脚逆时针依次标号，A为14脚，B为7脚。74LS00为四2输入与非门。要使芯片正常工作，并不需要所有脚接电路中。芯片能实现二输入与非门。]
变式训练2　C　[集成电路为四2输入或门。]
随堂达标检测
1．C　[TTL与CMOS电路的技术参数，如电压、电流等不同，可以用在同一数字电路中，但是需要电平转换电路。]
2．D　[CMOS电路由MOS管构成，其特点是功耗低，但缺点是工作速度较TTL低，允许负载流过的电流较TTL小，容易损坏，使用时要注意保护。]
3．B　[小圆孔朝左，管脚朝下，管脚序号从左下方起逆时针分别为1、2、3、4、5、6、7、8。]
4．A
5．A　[b脚是7脚，接地；d脚是14脚，接电源正极。]
6．C　[该集成芯片是与非门，其逻辑关系为有0出1，全1出0。若一个输入端接入低电平时，则该输出便始终为1，故C错误。]
7．D　[由真值表可知F＝AB，现需要用或非门来实现该逻辑功能，可将其展开为F＝。](共49张PPT)
课时4　数字集成电路
第三章　电子控制系统的信号处理
目 录
CONTENTS
任务清单与知识构建
01
案例导学厘清重难点
02
随堂达标检测
03
课时分层训练
04
任务清单与知识构建
1
任务　认识常用的数字集成电路
1.门电路
门电路是用晶体三极管或MOS管(金属氧化物半导体场效应管)构成的电路，现在都已集成化，是一种数字集成电路。在数字电路中，用电平的高和低来代表逻辑1和逻辑0。
2.晶体三极管的开关特性
晶体三极管存在______、______和______三种状态。在数字电路中，用到截止和饱和两种状态。截止相当于开关断开，饱和相当于开关闭合。
放大
截止
饱和
状态 条件 现象
饱和 输入信号足够大(高电平) 三极管流过的电流较大，而集电极与发射极之间的电压只有0.2 V左右
截止 输入信号足够小(低电平) 三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压相近
3.金属氧化物半导体场效应管(MOS管)
(1)结构
MOS管有三个极：源极S、栅极G和漏极D。
源极S相当于发射极，通常接地；
漏极D相当于集电极，通常通过电阻接电源；
栅极G相当于基极，用来控制漏极电流的大小。
(2)原理
普通晶体三极管是电流控制的器件，即基极必须注入电流才能使三极管导通，而MOS管属于电压控制器件，在其栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。
(3)MOS管在开关信号的作用下，也有导通和截止两种状态，因而也可做开关使用。
4.数字集成电路
(1)数字电路现在都已集成化。集成门电路属于小规模集成电路。由若干门电路组成，能完成某个逻辑功能，如编码、译码等功能的集成电路通常属于中规模集成电路。将数百、数千个门电路集成在一个硅片上的数字集成电路属于大规模、超大规模数字集成电路。
(2)数字集成电路有多种类型，最常用的有TTL和CMOS两种。
①TTL(晶体管－晶体管逻辑)是用普通晶体三极管构成的集成电路，_______，允许负载的________，消耗__________。
速度快
电流大
功率也大
②CMOS(互补MOS电路)用MOS管构成的集成电路，________，允许负载的________，消耗功率也小。易损坏，使用时注意保护，如电源的极性不能接反，焊接时最好将烙铁的电源切断等。
③TTL集成电路的标准直流电源电压为________，CMOS集成电路的直流电源电压可以在__________________之间，通常不能在同一电路中使用，两者在同一电路中使用时要注意电位相等，须加上电平转换电路。
速度慢
电流小
5 V
3 V～18 V
5.常用集成门电路的型号
集成逻辑门名称 TTL CMOS
四2输入与非门 CT74LS00 CC4011
双4输入与非门 CT74LS20 CC4012
四2输入或非门 CT74LS02 CC4001
双4输入或非门 CC4002
六反相器(非门) CT74LS04 CC4069
集成逻辑门名称 TTL CMOS
四2输入与门 CT74LS08 CC4081
双4输入与门 CT74LS21 CC4082
四2输入或门 CT74LS32 CC4071
双4输入或门 CC4072
案例导学厘清重难点
2
重难点1　TTL与CMOS集成电路的比较
分类 TTL CMOS
工作电源 Vcc＝5 V VDD＝3－18 V
正极及接地名称 正极：Vcc 负极：GND 正极：VDD 负极：VSS
输入电压 高：2.4－5 V 低：0－0.8 V 高：3－5 V
低：0－2 V
特点 运行速度快，允许流过负载电流大，功耗大，集成度低 运行速度慢，允许流过负载电流小，功耗小，集成度高
例1 与TTL集成电路相比，CMOS门电路(　　)
A.速度更快 B.允许负载流过的电流更大
C.功耗更低 D.不适宜做成大规模集成电路
解析　CMOS电路由MOS管构成，其特点是功耗低，但缺点是工作速度较TTL低，允许负载流过的电流较TTL小，容易损坏，使用时要注意保护。
C
变式训练1 TTL集成电路的优点是(　　)
A.速度快　　　　　 B.允许负载流过的电流较大
C.抗静电能力强 D.以上都是
解析　TTL电路由普通三极管构成，其特点是速度快、允许负载流过的电流较大、抗静电能力强。
D
重难点2　集成门电路引脚识别
1.集成逻辑门引脚判断规律
如图所示的集成逻辑门引脚图，图上有一个半圆凹槽。管脚朝下，半圆凹槽向上，则半圆凹槽左侧第1个引脚为引脚1，按逆时针方向依次增加。此规律可推广至大部分芯片，对于芯片上有半圆凹槽、整圆凹槽、小圆点等标志的芯片同样适用。若半圆凹槽、整圆凹槽都存在，则以半圆凹槽为主。
2.部分常用集成逻辑门引脚图
例2 如图所示型号为74LS00的芯片及部分管脚说明，关于该芯片的说法中，正确的是(　　)
A.A为1脚，B为8脚
B.该芯片单元逻辑门的逻辑关系为有0出1，全1出0
C.要使该芯片正常工作，所有脚必须接在电路中
D.该芯片不能实现二输入与门、二输入或门的功能
解析　根据芯片识读的方法，芯片缺口朝左，管脚逆时针依次标号，A为14脚，B为7脚。74LS00为四2输入与非门。要使芯片正常工作，并不需要所有脚接电路中。芯片能实现二输入与非门。
B
解析　集成电路为四2输入或门。
B
随堂达标检测
3
C
解析　TTL与CMOS电路的技术参数，如电压、电流等不同，可以用在同一数字电路中，但是需要电平转换电路。
D
解析　CMOS电路由MOS管构成，其特点是功耗低，但缺点是工作速度较TTL低，允许负载流过的电流较TTL小，容易损坏，使用时要注意保护。
3.如图所示，现需要找到芯片管脚3脚，下列选项中说法正确的是(　　)
A.上排第三管脚 B.下排第三管脚
C.上排第二管脚 D.下排第二管脚
B
解析　小圆孔朝左，管脚朝下，管脚序号从左下方起逆时针分别为1、2、3、4、5、6、7、8。
4.如图所示是CC4001集成芯片引脚图，该芯片的名称是(　　)
A.四2输入或非门 B.双4输入或非门
C.四2输入与非门 D.双4输入与非门
A
5.如图所示为四2输入与非集成芯片HD74LS00P，用它搭接电路时，应该(　　)
A.将b脚接地，将d脚接电源正极
B.将d脚接地，将b脚接电源正极
C.将a脚接地，将c脚接电源正极
D.将c脚接地，将a脚接电源正极
A
解析　b脚是7脚，接地；d脚是14脚，接电源正极。
C
解析　该集成芯片是与非门，其逻辑关系为有0出1，全1出0。若一个输入端接入低电平时，则该输出便始终为1，故C错误。
7.如图所示为74LS02集成芯片和某真值表，用该芯片实现真值表内的逻辑功能，则连线正确的是(　　)
D
4
课时分层训练
基础巩固篇
素养提升篇
C
解析　CMOS管同样工作在截止或导通两种状态，它有三个极：源极S、栅极G和漏极D。源极S相当于发射极，通常接地；漏极D相当于集电极，通常通过电阻接电源；栅极G相当于基极，用来控制导通与截止。
D
解析　一般情况下，TTL功耗比较大。
3.下列有关如图所示的数字集成电路芯片的说法中，正确的是(　　)
D
解析　CMOS型电路工作电压一般为3 V～18 V。
A.该芯片的名称是双4输入与门
B.7脚接电源正极，14脚接地
C.该芯片能实现或逻辑关系
D.如果工作的电压为12 V，则该芯片为
CMOS型电路
4.如图所示是CT74LSO4集成芯片引脚图，共有________个门电路，每个门电路有________个输入端、________个输出端。横线上分别应该填(　　)
A.6、6、6 B.6、1、1
C.1、6、6 D.1、1、1
B
解析　由题图可知，CT74LSO4集成芯片为六反相器(非门)，共有6个门电路，每个门电路有1个输入端和1个输出端。
5.晶体管电路如图所示，请完成以下任务：
(1)三极管型号是________(在①NPN型；②PNP型中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)将开关断开，LED1和LED2分别为________和________(在①熄灭； ②点亮中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；将开关闭合，LED1和LED2分别为________和________(在①熄灭； ②点亮中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)开关闭合时，三极管基极和发射极之间的电压为______ V，三极管处于________状态(在①饱和；②截止中选择合适的选项，将序号填写在“______”处)；集电极和发射极之间________(在①导通；②截止中选择合适的选项，将序号填写在“______”处)，LED2被________(在①短路；②开路中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
答案　(1)①　(2)①　②　②　① (3)0.7 V　①　①　①
A
解析　集成电路CC4001为CMOS类型。
D
解析　该集成电路属于TTL类型的CT74LS00，名称为四2输入与非门，共有四个与非门，每个与非门各有两个输入端，每个与非门作用相同。故D选项符合题意。
3.如图a所示为小明设计的湿度警示实验电路，RS为负系数湿敏电阻，电路中所用芯片为四2输入与非门74LS00。请完成以下任务：
(1)开始时湿度很大，现逐渐减小湿度，VD的状态应该为________(在A.不亮到逐渐变亮，最后亮度不变；B.亮度不变到逐渐减小，最后不亮；C.不亮到突然变亮且亮度不变；D.亮度不变到突然不亮中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)调试时发现芯片74LS00已经损坏，则下列芯片中可以替代74LS00以实现电路原有功能的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)小明准备在该实验电路的基础上增加加热除湿功能，请你帮助小明选择合适的三极管(NPN或PNP型)，在图b虚线框中画出你所选择的三极管，并采用共发射极接法完成电路的连接以实现该功能；
答案　(1)D 　(2)C (3)如图所示
4.如图所示是一个简易报警电路，当负温度系数热敏电阻检测到温度高于设定值或者压力传感器检测到压力高于设定值时，蜂鸣器发出报警声。其中压力传感器由滑动变阻器和弹簧组成，当压力较小时，弹簧压缩量较小，滑片指在滑动变阻器上方，当压力变大时，弹簧压缩量增加，滑片向下滑动。请完成以下任务：
(1)测试电路时发现温度已到达设定值，但是蜂鸣器仍未报警，以下调节措施中合理的是________(在A.增大R2的阻值；B.减小R2的阻值；C.增大R3的阻值；D.减小R3的阻值中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
(2)当温度和压力都低于设定值时，需增加灯光提示功能，现有一个绿色发光二极管和一个电阻，请你在虚线框内选择合适的端子连接电路。
(3)现需要改变装置功能，设计为负温度系数热敏电阻检测到温度高于设定值并且压力传感器检测到压力高于设定值时，蜂鸣器发出报警声。请你使用一个集成芯片实现该功能，以下合适的芯片是______________(在A.CT74LS02；B.CT74LS20；C.CT74LS04中选择一个选项，将序号填写在“________”处)。
答案　(1)C　
(2)参考电路：
(3)A
解析　(1)温度已达到设定值，但是蜂鸣器仍未报警，说明热敏电阻和R3构成的分压电路的输入电位不够低，所以可以增大R3的阻值。
(2)电路连线：当温度和压力都在设定范围时，蜂鸣器不报警，所以基极电位为低电位，需增加灯光提示功能，所以应将发光二极管和电阻串联后连接电源端口和R4连接端口。
(3)改变装置功能，设计为负温度系数热敏电阻检测到温度高于设定值并且压力传感器检测到压力高于设定值时，蜂鸣器发出报警声，逻辑关系从有0出1，变为全0出1，所以门电路为或非门。

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