门电路的应用

门电路的应用 1振荡器 振荡器电路如图2所示。“非”门1和“非”门2组成最简单的脉冲振荡器。为显示直观，将振荡频率选得较低，并增加三极管驱动发光二极管LED闪光，以准确判断出振荡状态。图 2电路中的振荡频率 f= 1 2RC。当电阻 R的单位用“欧姆”、电容C 的单位用“法拉”时，所得频率f的单位为“赫兹”。由此，图2电路的振荡频率f= 05HZ。接在“非”门1 输入端的电阻RS为补偿电阻，主要用于改善由于电源电压变化而引起的振荡频率不稳定。一般取RS2R。 改变图2中的R或C的数值，振荡频率会相应地发生变化。读者可多替换几组RC，以加深印象。应注意：当振荡频率高于20HZ时，发光二极管LED的闪动就不明显了，这是由于人眼的惰性所致；此时可以用扬声器代替发光二极管，电路如图3所示改变电阻R的数值，可明显听出扬声器音调的变化 图2、3中的“非”门可使用CD4069，使用其中的任意两个“非”门即可要注意电源输入VDD、VSS一定要接上，虽然图中未画，但电源是必不可少的电源可使用各种电池或直流稳压电源，一般选69V。 除了利用“非”门组成振荡器之外，利用“与非”门和“或非”门也同样可以组成相同的振荡器。实际上把“与非”门和“或非”门的各功人端并接在一起就成了“非”门，就可以如图2、3一样组成脉冲振荡器而且利用其中的某个输入端，还可组成“可控振荡器”，如图4 在图4（a）中，两个“与非”门组成振荡器，但仅当“与非”门1的输入A为高电平时，电路才振荡；当A为低电平时，电路停报所以，A点输入电平的高低可控制振荡器的工作与否在图4（b）中，两个“或非”门组成振荡器，但只有当“或非”门1的输入A 为低电平时，电路才能振荡；当A为高电平时电路停振，所以也组成一个可控振荡器。 另外，当A点输入的是另外一个频率较低的脉冲振荡信号时，就形成了低频振荡信号对高频振荡信号的调制，如图5（a）所示波形见图5（b）图5（a）电路可作为警报声源，听起来是断续的“嘟、嘟、”声，要比连续的“嘟-”声更易引起人们注意此外，图5（a）电路还可以用作红外线波发射电路，当然，R、c的数值要改变，高频振荡器振荡频率要在38kHZ左右，低频振荡信号作为数据去调制38kHz振荡信号 利用“非”门的晶体振荡电咱如图6所示 需要着重说明的是，利用CMOS门电路做振荡器或模拟放大器使用时，其工作电压不应低于45V，否则电路有停振的可能。 2放大器 利用CMOS“非”门的电压转移特性中间部分存在一个“线性放大区”，利用这个特性可组成模拟信号放大器。 模拟放大器的线路如图7所示。电阻RF为自给偏置电阻，使CMOS反相器工作在线性放大区。这种放大器的特点是电路简单，免调试，放大倍数不易作得过大。如果电路主体采用CMOS数字电路，而且又有多余的“非”门的话，利用这种放大电路对一些小信号进行处理不失为一种两全其美之法当然这种电路不宜用来放大保真度高的信号 图8是某型号电力线载波电话机用作小信号放大的实际电路。电路由3级“非”门放大器串接而成。此放大器还受控于A点输入的电平当A点输入低电平时，电路起正常的放大作用；当A点输入高电平时，3个“非”门均输出低电平，电路失去放大作用 虽然单个CMOS“非”门输出的电流很小，不能用作功率放大器但若干个“非”门并接在一起，就有了一定的负载能力图9是4 个“非”门并接在一起推动扬声器直接放音的例子应注意此时的音源信号应是脉冲波形此种功放不能用作高保真放大。而且在此电路设计中，正好有几个“非”门闲置未用，才采用此电路若单纯为此而多增加一片CD4O69，则得不偿失，不如利用三极管做末级功放图9中的100k电阻为上拉电阻，静态时使各个“非”门输出为低，不致使门电路遭到损坏。 图10是利用门电路推动压电片发声的电路。压电片一定要有助声腔，而且脉冲振荡器的频率要与压电片的谐振频率相符才能得到较大的声音。当然，图10电路中的振荡器亦可是可控式、调制式等等。，读者可用图3中的一个管子驱动扬声器代替。 3“多余”和“欠缺”输入端的处理办法 在实际应用中经常碰到一些门电路的输入端“多余”或“欠缺”的情况。例如需要一个2输入“与非”门，而只有一个3输人“与非”门可以利用，这就是输入端“多余”；而需要一个3输入“与非”门，却只有一个2输入“与非”门可以利用，则为“欠缺”。 “多余”输入端的处理方法有两种。如果电路的工作速度不高、功耗也不需要特别考虑，可将多余的输入端与使用端并接使用。在图45中已有类似情况。另外一种办法是根据电路的功能分别处置。例如“与”门和“与非”门的多余输入端应接至VDD；而“或”门和“或非”门的多余输入端应接至VSS。 当电路中“欠缺”输入端时，可利用二极管的单向导电性进行扩展。图11是“与非”门扩展输入端的电路，对于“与”门也同样适用。扩展后逻辑表达式为：Y=ABCD，相当于变成了一个4 输人端的“与非”门。+ 图12是“或非”门扩展输入端的电路，对于“与”门也同样适用。扩展后逻辑表达式为 Y=A+B+C+D，相当于变成了一个4输入端的“或非”门。 这种扩展方法在一些小型电子产品设计中很有用，可以缩小体积、降低成本。 4短路、断路防盗报警器 短路、断路防盗报警器电路见图13。R1作为传感头,可密封或与磁控开关结合固定在被监控物品上。正常状态下,HF1的输入端电平均为（R2R3）(R1R2R3）VDD=35VDD12VDD，故HF1输出低电平，HF2的输入端电平约为R3(R1R2R3)VDD=25VDDl2VDD，故 HF2输出高电平，HF3输出低电平注意以上计算忽略了“或非”门的输入电流。由于HF4的两个输入端均为低电平，故HF4输出高电平，三极管VT1截止，报警片9561无工作电压不工作。读者可用发光二极管代替。 当R1短路时，HF2输出端电平变为R3(R2R3）VDD= 23VDD12VDD，故HF2输出低电平，HF3输出高电平，使HF4输出变低，VT1导通，报警片9561得电工作，扬声器发出警报声。当R1开路时，HF1输入端变为低电平，输出变为高电平，如前所述，使HF4输出变低，电路同样报警。 实际上，利用四2输入“与非”门CD40ll也可以组成和图13相似的短路、断路防盗报警器，如图14所示。详细工作原理请读者自行分析。 5晶体管在线测试仪、 晶体管在线测试仪电路见图5。“非”门1、2组成脉冲方波振荡器，振荡频率可在几十几百HZ之间选择。“非”门和“非”门2的输出方波信号相位正好相反，所以“非”门3、4输出端A和“非”门5、6输出端B也分别输出相位相反的方波信号。“非”门3、4和“非”门5、6输入、输出分别并接在一起，目的是增强输出能力，为被测晶体管提供足够的基极电流和集电极电流，使其强迫饱和。当未接被测管时，由于A、B两点分别输出相位正好相反的方波信号，故LED1、LED2交替闪光，因方波振荡频率较高，故人眼实际观看起来是两只发光管均点亮。当接入一个好的NPN型三极管时，在A点电平高、B点电平低状态下，三极管饱和导通，LED1两端的电压为三极管的炮和压降加上VDZ、VD4两只二极管的正向压降，总共约有l6V左右，而发光二极管点亮则至少需要18V电压。所以，LED1熄灭；当A点电平低、B点电平高时，三极管截止，LED2点亮，LED1由于加的是负偏压仍然熄灭。由此判定，当“LED1灭、LED2亮”时，表明被测管是一只好管且为NPN型管。同理，当接入一个好的PNP型三极管时，则是LED1亮、LED2灭。除此而外的其它任何显示都应视为被测管已损坏。例如：被测管ce结开路时，LED1、LED2均点亮；被测管ce结短路时，LED1、LED2均不亮等等。 由于电路中基极偏流电阻R3取得较小，故可以克服被测管各管脚之间的在线电阻而使被测管强迫饱和，这是晶体管在线测试仪的基本工作原理。二极管VD1VD4的作用是防止误判，若被测管be结或bc结短路，其另一个PN结就相当于一个二极管，若不设VD1VD4，必会造成某一LED熄灭，从而造成误判。设置VD1VD4后，三个二极管的压降足以使LED点亮，从而避免了误判。S1是三极管- 二极管转换开关：合上S1，可在线测试二极管。若二极管为好管，则LED1、LED2必为一亮一灭，否则判为坏管。其原理与上述类似。S1打开时可测试三极管。本仪器还可在线测试VMOS管、场效应管、单双向可控硅等，读者可自行分析。若用此仪器判别未焊接在板子上的二、三极管等，可靠性就更高。 元器件选择及制作要点；6个“非”门使用一片CD4069，二极管VD1VD4使用IN4148或2CK型。发光二极管LED1、LED2最好采用一红一绿，S1、S2使用拨动开关或扭子开关。电阻使用14W或18W均可。电源采用6V或9V送层电池一个，亦可用四节5号电池。仪器的三根测试线应配以不同颜色，e极接一小鳄鱼夹，其它两根可使用一般测试表笔。 6水位指示器图16是某型号电热水器的水位指示电路，