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= 0．5HZ。接在“非”门1 输入端的

电阻R S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R S>2R。

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V DD、V SS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6～9V。

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4．5V，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4．5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V DD；而“或”门和“或非”门的多余输入端应接至V SS。

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。R 1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［（R 2＋R 3）／(R 1＋R 2＋R 3）]V DD =3／5V DD ＞1／2·V DD ，故HF1输出低电平，HF2的输入端电平约为[R 3／(R 1＋R 2＋R 3)]V DD =2／5·V DD

当R1短路时，HF2输出端电平变为［R3／(R2＋R3）]·V DD = 2／3·V DD ＞1／2·V DD ，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l·6V左右，而发光二极管点亮则至少需要1·8V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VD1～VD4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VD1～VD4，必会造成某一LED 熄灭，从而造成误判。设置VD1～VD4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VD1～VD4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1／4W或1／8W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，核心器件是一片CMOS六“非”门CD4069。当水箱中无水时，六个“非”门均由330k电阻偏置至高电平，所以输出均为低电平，发光二极管LED1～LED6均不亮。当水位高于“非”门1的输入探针时，由于水的导电作用（自来水的电阻一般在50～100k之间），使“非”门1输入变为低电平，所以其输出变为高电平，驱动LED1点亮。依次类推，当水位逐渐升高时，LED1～LED6依次点亮，指示出水位的高低。