Bài giảng Kỹ thuật số - Chương 6: Giới thiệu về IC - Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức

hiên mật độ tích hợp của 
CMOS thì nhỏ hơn hai loại này. Dù sao so với họ TTL thì mật độ tích hợp của họ MOS nói chung lớn hơn rất 
nhiều, do đó họ MOS rất thích hợp để chế tạo dưới dạng LSI và VLSI. 
Các loạt CMOS 
CMOS có hai ký hiệu: 4XXX do hảng RCA chế tạo và 14XXX của hảng
MOTOROLA, có hai loạt 4XXXA (14XXXA) và 4XXXB (14XXXB), loạt B ra đời
sau có cải thiện dòng ra. Ngoài ra còn có các loạt :
 74C : CMOS có cùng sơ đồ chân và chức năng với IC TTL nếu có cùng số. Thí
dụ IC 74C74 là IC gồm 2 FF D tác động bởi cạnh xung đồng hồ giống như IC
7474 của TTL. Hầu hết (nhưng không tất cả) các thông số của loạt 74C giống với
74 TTL nên ta có thể thay thế 2 loại này cho nhau được.
 74HC (High speed CMOS), 74HCT: Đây là loạt cải tiến của 74C, tốc độ giao
hoán có thể so sánh với 74LS, riêng 74HCT thì hoàn toàn tương thích với TTL kể
cả các mức logic. Đây là loạt IC CMOS được dùng rộng rãi.
 74AC và 74ACT (Advance CMOS) cải tiến của 74 HC và HCT về mặt nhiễu
bằng cách sắp xếp lại thứ tự các chân, do đó nó không tương thích với TTL về sơ
đồ chân.
GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ
Giao tiếp là thực hiện việc kết nối ngã ra của một mạch hay hệ thống 
với ngã vào của mạch hay hệ thống khác. Do tính chất về điện khác 
nhau giữa hai họ TTL và CMOS nên việc giao tiếp giữa chúng trong 
nhiều trường hợp không thể nối trực tiếp được mà phải nhờ một mạch 
trung gian nối giữa tầng thúc và tầng tải sao cho điện thế tín hiệu ra ở 
tầng thúc phù hợp với tín hiệu vào của tầng tải và dòng điện tầng thúc 
phải đủ cấp cho tầng tải.
GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ
Có thể nói điều kiện để thúc trực tiếp 
Khi dòng điện ra của tầng thúc lớn hơn hoặc bằng dòng điện vào của tầng tải ở cả hai 
trạng thái thấp và cao. 
Khi hiệu thế ngã ra của tầng thúc ở hai trạng thái thấp và cao phù hợp với điện thế 
vào của tầng tải. 
Như vậy, trước khi xét các trường hợp cụ thể ta xem qua bảng kê các thông số của 
hai họ IC 
TTL thúc CMOS 
 TTL thúc CMOS dùng điện thế thấp (VDD = 5V): 
Từ bảng 3.4 dòng điện vào của CMOS có trị rất nhỏ so với dòng ra
của các loạt TTL, vậy về dòng điện không có vấn đề
Tuy nhiên khi so sánh hiệu thế ra của TTL với hiệu thế vào của CMOS ta 
thấy VOH(max) của tất cả các loạt TTL đều khá thấp so với VIH(min) của 
TTL, như vậy phải có biện pháp nâng hiệu thế ra của TTL lên. Điều này 
thực hiện được bằng một điện trở kéo lên mắc ở ngã ra của IC TTL
TTL thúc CMOS 
 TTL thúc 74 HCT: 
Như đã nói trước đây, riêng loạt 74HCT là loạt CMOS được thiết kế
tương thích với TTL nên có thể thực hiện kết nối mà không cần điện trở
kéo lên.
TTL thúc CMOS 
 TTL thúc CMOS dùng nguồn cao (VDD = +10V) 
Ngay cả khi dùng điện trở kéo lên, điện thế ngã ra mức cao của TTL vẫn 
không đủ cấp cho ngã vào CMOS, người ta phải dùng một cổng đệm có 
ngã ra để hở có thể dùng nguồn cao (Thí dụ IC 7407) để thực hiện sự 
giao tiếp
CMOS thúc TTL 
 CMOS thúc TTL ở trạng thái cao:
Bảng 3.4 cho thấy điện thế ra và dòng điện ra mức cao của CMOS đủ
để cấp cho TTL . Vậy không có vấn đề ở trạng thái cao
CMOS thúc TTL 
 CMOS thúc TTL ở trạng thái thấp:
Dòng điện vào ở trạng thái thấp của TTL thay đổi trong khoảng từ 100 
μA đến 2 mA. Hai loạt 74HC và 74HCT có thể nhận dòng 4 mA . Vậy 
hai loạt này có thể giao tiếp với một IC TTL mà không có vấn đề. Tuy 
nhiên, với loạt 4000B, IOL rất nhỏ không đủ để giao tiếp với ngay cả một 
IC TTL, người ta phải dùng một cổng đệm để nâng dòng tải của loạt 
4000B trước khi thúc vài IC 74LS 
CMOS thúc TTL 
 CMOS dùng nguồn cao thúc TTL:
Có một số IC loạt 74LS được chế tạo đặc biệt có thể nhận điện thế ngã 
vào cao khoảng 15V có thể được thúc trực tiếp bởi CMOS dùng nguồn 
cao, tuy nhiên đa số IC TTL không có tính chất này, vậy để có thể giao 
tiếp với CMOS dùng nguồn cao, người ta phải dùng cổng đệm để hạ điện 
thế ra xuống cho phù hợp với IC TTL 
Giao tiếp giữa cổng logic với các thiết bị điện
1 Giao tiếp với công tắc cơ khí
Các công tắc thường sử dụng để đóng mở nguồn cấp tạo trạng 
thái logic cho cổng nhưng do làm dạng tiếp xúc cơ khí nên khi 
đóng mở sẽ sinh ra hiện tượng dội.
Với điện gia dụng như đèn quạt thì hiện tượng dội này không ảnh 
hưởng gì cả vì dội xảy ra rất ngắn chỉ khoảng vài ms, đèn quạt không kịp 
sáng tắt hay quay dừng hoặc nếu có đi thì mắt cũng không thể thấy 
được. Nhưng với các vi mạch điện tử, rất nhạy với những thay đổi rất 
nhỏ và rất nhanh như vậy. Hiện tượng dội nảy sinh là do khi ta đóng 
công tắc thì thật ra là đóng mở nhiều lần rồi mới đóng hẳn hay khi mở 
công tắc thì thực ra cũng là công tắc cũng bị hở và đóng nhiều lần trước 
khi hở hẳn.
1 Giao tiếp với công tắc cơ khí
Mạch kiểm tra hiện tượng dội của công tắc với mạch đếm bố
Ở đây dùng cổng schmitt trigger CMOS để chuyển mạch tín hiệu tạo bởi công tắc. Do khi nhấn công tắc, gây 
ra dội, công tắc chuyển qua lại giữa mass và Vccđưa vào cổng logic, Schmitt trigger rất nhạy khi áp vào lớn 
hơn hay nhỏ hơn áp ngưỡng của nó thì lập tức áp ra sẽ là mức cao hay mức thấp, mức này cung cấp cho 
mạch đếm và mạch hiển thị nếu được nối từ mạch đếm sẽ cho số đếm là số lần dội ở công tắc.
Hiện tượng này chỉ xảy ra vài chục ms nhưng với mạch logic đôi khi cũng là “nguy hiểm” rồi. Để chống dội ta 
có thể sử dụng phần cứng hay phần mềm. Chẳng hạn ở bàn phím máy tính đều là các công tắc cơ khí, 1 
phần mềm trong máy sẽ dò đọc công tắc đó chuyển tiếp trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 20ms, 
nếu thực sự công tắc được nhấn thì mức logic mới ấn ổn định sau khoảng thời gian dội ấy và phần mềm 
mới chấp nhận được trạng thái của công tắc. Còn ở đây trình bày cách chống dội bằng tụ và mạch chốt.
Giao tiếp với tải nhỏ 
Tải hiện nay được sử dụng rất phong phú, nó có thể là R hay có tính 
cảm kháng, tải tuyến tính hay phi tuyến, tải ở áp thấp, dòng thấp hay 
là cao, xoay chiều hay một chiều. Các cổng logic được chế tạo ra có 
thể giao tiếp với hầu hết các loại tải nhưng các cổng đều có dòng 
thấp, áp thấp thì chúng thúc tải như thế nào? Tải có ảnh hưởng gì 
trở lại cổng logic không?
Phần này sẽ trình bày một số khả năng của cổng logic khi giao tiếp 
với các loại tải khác nhau :
Led đơn rất hay được sử dụng để hiển thị ở các vi mạch điện tử, áp 
rơi trên nó dưới 2V, dòng qua khoảng vài mA do đó nhiều cổng logic 
loại TTL và CMOS 74HC/HCT có thể thúc trực tiếp led đơn
Tuy nhiên loại CMOS 4000, 14000 thì không thể do dòng vào ra mức 
cao và thấp đều rất nhỏ (dưới 1uA, và dưới 0,5mA) mặc dù chúng có 
thể hoạt động và cho áp lớn hơn loại 2 loại kia
Mạch giao tiếp với led 
R là điện trở giới hạn dòng cho led, cũng tuỳ loại cổng logic được sử dụng mà R 
cũng khác nhau thường chọn dưới 330 ohm (điện áp Vcc =5VDC) tuỳ theo việc 
lựa chọn độ sáng của led.
Ngoài led ra các cổng logic cũng có thể thúc trực tiếp các loại tải nhỏ khác như loa 
gốm áp điện (loa thạch anh) có dòng và áp hoạt động đều nhỏ, đây là loại loa có 
khả năng phát ra tần số cao. 
Mạch thúc cho loa gốm 
Lưu ý là loa gốm là tải có tính cảm kháng, khi cổng chuyển mạch có thể sinh 
dòng cảm ứng điện thế cao gây nguy hiểm cho transistor bên trong cổng vì 
vậy cần 1 diode mắc ngược với loa gốm để bảo vệ cổng.
Giao tiếp với tải lớn 
Do không đủ dòng áp để cổng logic thúc cho tải, mặt khác những 
thay đổi ở tải như khi ngắt dẫn độ ngột, khi khởi động đều có 
thể gây ra áp lớn, dòng lớn đổ về vượt quá sức chịu đựng của tải 
nên cần có các phần trung gian giao tiếp, nó có thể là transistor, 
thyristor, triac hay opto coupler tuy theo mạch.
Tải cần dòng lớn:
Do dòng lớn vượt quá khả năng của cổng 
nên có thể dùng thêm transistor khuếch 
đại lên, khi tác động mức thấp dùng 
transistor pnp còn khi tác động mức cao 
nên dùng transistor loại npn
Tải cần áp lớn
Khác với trường hợp tải cần dòng lớn, không thể dùng transistor làm 
tầng đệm vì cất cổng logic cấu tạo bởi các transistor bên trong rất nhạy, 
áp ngược chịu đựng của chúng không lớn lắm nên với áp tải lớn có thể 
làm chết chúng thậm chí làm chết luôn cả transistor đệm ở bên ngoài. 
Giải pháp trong trường hợp này là phải dùng thêm 1 transistor khác làm 
nhiệm vụ cách li áp cao từ tải với cổng logic, cũng có thể dùng cổng đệm 
thúc chịu áp cao như 7407
Ở hình trên transistor cách li điện thế Q1 hoạt động ở cùng điện thế như 
mạch TTL còn transistor thúc Q2 hoạt động ở điện áp theo yêu cầu của tải. Ở 
mức thấp Q1 dẫn để dòng vào Q2 làm nó dẫn và động cơ sẽ chạy. Trong 
mạch R1, R3 phân cực cho Q1, Q3 và quyết định dòng ra tải, còn R2, R4 
dùng để giảm dòng rỉ, diode D để bảo vệ transistor Q2 không bị quá dV/dt... 
Còn với cổng CMOS tác động mức thấp và cả mức cao khi thúc tải thì cũng 
tương tự. Transistor darlington được thay thế (như hình 1.86) nếu thấy cần 
phải dòng lớn cho tải.
Riêng với cổng TTL tác động mức cao thì có thể không cần transistor cách li 
cũng được nếu đủ dòng cho tải (do phân cực nghịch tiếp giáp BC). Tuy nhiên 
phải lưu ý rằng điện áp phân cực nghịch không được vượt quá giới hạn điện 
áp chịu đựng của mối nối BE (thông thường khoảng 60VDC).
Tải hoạt động ở áp xoay chiều
Áp xoay chiều ở đây là áp lưới 220V/50Hz hay dùng, với giá trị 
lớn như vậy nên cần cách li cổng logic với tải, một số linh kiện 
hay dùng để cách li là thyristor, triac, rờ le, ghép nối quang (opto 
coupler). Ở đây trình bày cách dùng thyristor và opto coupler. 
Cách dùng rờ le cũng giống như ở phần trước, với hai đầu cuộn 
dây rờ le ở bên transistor thúc còn chuyển mạch nằm bên tải.
Dùng triac:
Transistor dùng đệm đủ dòng cho triac, các điện trở phân cực và 
mắc thêm để giảm dòng rỉ tính toán giống như trước. Triac được 
dùng cần quan tâm đến dòng thuận tối đa và điện áp nghịch đỉnh 
luôn nằm dưới giá trị định mức
Dùng kết nối quang:
Cách này cách li hoàn toàn giữa mạch áp thấp và áp cao nhờ 1 
opto couple như hình vẽ. Cổng logic tác động ở mức thấp làm 
opto dẫn kéo theo SCR được kích để mở tải. Áp 20VDC nuôi opto 
được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều, và ổn áp bởi diode zener. 
Mạch tác động mức cao cũng tương tự.
THE END