Circuits inverseurs numériques pratiques
Les tampon numérique, les portes logiques et les IC logiques
L'inverseur numérique (ou porte NON) est le plus base de tous les éléments de logique numérique, et est parfois appelé tampon inverseur.
Si jamais vous avez besoin de seulement quelques inverseur simples, un moyen bon marché de les obtenir est de les fabriquer à partir de éléments de rechange TTL ou CMOS NAND ou NOR, connecté de la manière illustrée sur la figure, dans lequel les bornes d'entrée d'un système à deux entrées des portes NAND ou NOR sont court-circuitées ensemble pour accepter une seule entrée et en donner un seul (mais inversé) signal de sortie.
N'importe quelle porte NAND ou NOR peut être utilisée comme élément tampon inverseur.
Le tableau ci-dessous répertorie les détails de base de certains circuits intégrés d'inverseurs numériques populaires.
| IC | Type | Description |
| 7404 | TTL | Hex inverter |
| 74HC04 | CMOS | Hex inverter |
| 74HCU04 | CMOS | Unbuffered Hex inverter (Sans tampon) |
| 74LS04 | LSTTL | Hex inverter |
| 74LS05 | LSTTL | Hex inverter with open collector outputs (Avec des sorties avec collecteur ouvert) |
| 7406 | TTL | Hex inverter with open collector outputs (Avec des sorties avec collecteur ouvert) |
| 74LS14 | LSTTL | Hex Schmitt inverter |
| 74HC14 | CMOS | Hex Schmitt inverter |
| 74HC4049 | CMOS | Hex inverter |
| 74LS240 | LSTTL | Octal 3-state Schmitt inverter |
| 4049UB | CMOS | Unbuffered Hex inverter (Sans tampon) |
| 4069UB | CMOS | Unbuffered Hex inverter (Sans tampon) |
| 4502B | CMOS | Hex 3-state inverter |
| 40106B | CMOS | Hex Schmitt inverter |
Tableau Famille TTL
| Famille TTL | Sous-famille | Délai (nS) | Vcc (V) |
| Basic | 10 | 5 | |
| Low-power | L | 60 | 5 |
| Schottky | S | 20 | 5 |
| Low-power Schottky | LS | 15 | 5 |
| Advanced Schottky | AS | 4.5 | 5 |
| Advanced Low-Power Schottky | ALS | 11 | 5 |
| CMOS | C | 60 | 3-15 |
| High-Speed | H | 10 | 5 |
| High-Speed CMOS | HC | 15 | 2-6 |
| High-Speed CMOS | HCT | 15 | 5 |
|
Schmitt-Trigger Integrated
High-Speed CMOS |
HCS | 13 | 2-6 |
| Fast | F | 3.9 | 5 |
Tableau Famille 4000 CMOS
|
Conditions de fonctionnement
(+25°C) IC4011 Operating Conditions (+25°C) IC4011 |
||||||
| Symbole | Paramètre | Conditions | Minimum | Typique | Maximum | Unités |
| Vcc | Tension d'alimentation | 3 | 15 | V | ||
| VIH | Tension d'entrée de niveau élevé |
Vdd=5V,Vo= 0.5 V
Vdd=10V,Vo=1.0V Vdd= 15V, Vo= 1.5V |
3.5 7.0 11.0 |
3 6 9 |
V | |
| VlL | Tension d'entrée de niveau FAIBLE |
Vdd=5V, Vo=4.5V Vdd=10V,Vo=9.0 V Vdd=15V, Vo=13.5V |
2 4 6 |
1.5 3.0 4.0 |
V | |
| VOH | Tension de sortie de haut niveau |
Vdd=5 V
Vdd=10V Vdd= 15V |
4.95 9.95 14.95 |
5 10 15 |
||
| VOL | Tension de sortie de niveau FAIBLE |
Vdd =5V
Vdd=10V Vdd = 15V |
0 0 0 |
0.05 0.05 0.05 |
||
| IOH | Courant de sortie de haut niveau |
Vdd=5V,Vo=4.6V Vdd=10V,Vo=9.5 V Vdd= 15V, Vo=13.5V |
-0.44 -1.1 -3.0 |
-0.88 -2.25 -8.8 |
mA | |
| IOL | Courant de sortie de niveau FAIBLE |
Vdd=5V, Vo=0.4V Vdd=10V,Vo=0.5V Vdd=15V, Vo=1.5V |
0.44 1.1 3.0 |
0.88 2.25 8.8 |
mA | |
| TA |
Température de fonctionnement
à l'air libre |
-40 | 85 | °C | ||
Lors de l'utilisation de ces circuits intégrés, notez que tous les inverseurs inutilisés doivent être désactivés par reliant leurs entrées à l’une des lignes d’alimentation basse tension du circuit intégré (GND).
Dans les appareils CMOS, les entrées inutilisées peuvent être reliées directement à l'une ou l'autre ligne d'alimentation, mais dans les appareils TTL, il est préférable (pour une consommation de courant de repos la plus faible) de relier toutes les entrées inutilisées directement au rail 0 V.
Si l'inverseur inutilisé est de type à trois états, il doit (s'il dispose de commandes indépendantes) être mis en mode normal via son entrée de commande, afin de minimiser la consommation de courant.
Concernant maintenant les circuits intégrés d'inverseur individuels répertoriés dans le tableau ci-haut.
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel commun aux circuits intégrés d'inverseurs hexagonaux 7404, 74LS04, 74HC04, 74HCU04 et 4069UB populaires.
Parmi ceux-ci, le 7404 est un ancien circuit intégré TTL standard ; le 74LS04 est un type LS TTL moderne dans lequel chaque inverseur a une sortance de 10, le 74HC04 est un type CMOS rapide et les 74HCU04 et 4069UB sont des types CMOS sans tampon qui conviennent à une utilisation dans des applications linéaires.
La différence entre les versions HC et LS est que le 74HC04 prend en charge 2 V à 6 V, tandis que le 74LS04 ne prend en charge que 5 V.
Schéma fonctionnel du 7404, 74LS04, 74HC04, 74HCU04, ou 4069UB Hex inverter
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel commun aux inverseurs 74LS05 et 7406 Hex avec sorties à collecteur ouvert (OC).
Les sorties OC du 74LS05 peuvent gérer des sorties maximales de seulement 5,5 volts, mais celles du 7406 peuvent gérer jusqu'à un maximum de 30 volts.
Schéma fonctionnel du 74LS05 or 7406 Hex inverters Avec des sorties avec collecteur ouvert
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel commun à trois des circuits intégrés inverseurs hexagonaux les plus utiles : le 74LS14 TTL et les types 74HC14 et 40106B CMOS Schmitt.
Dans le 74LS14, la sortie de chaque inverseur Schmitt est à l'état logique 1 jusqu'à ce que l'entrée atteigne une valeur de seuil supérieure de 1,6 V, auquel cas la sortie passe à 0 logique et s'y verrouille jusqu'à ce que l'entrée soit réduite à un seuil inférieur. valeur de 0,8V.
À ce stade, la sortie bascule et se verrouille à nouveau dans l'état logique 1, et ainsi de suite.
Ainsi, un inverseur Schmitt 74LS14 peut fonctionner comme un convertisseur sinusoïdal en le connectant comme indiqué sur Le circuit ci-dessous, où RV1 est utilisé pour régler le circuit à son point de sensibilité maximum, auquel une tension de repos de 1,2 V est réglé sur l'entrée de l'inverseur.
Convertisseur Onde Sinusoïdal à Onde Carré (Square) avec un inverseur TTL Schmitt
RV1 est utilisé pour régler le circuit à son
point de sensibilité maximale, auquel
une tension de repos de 1,2 V est réglée sur
l’entrée de l’inverseur.
Les circuits ci-dessous ci-dessous montrent des applications plus simples du 74LS14.
Anti-rebond à interrupteur, avec sortie logique 1 fermée
Ce circuit est une version pratique d'un anti-rebond à contact et à interrupteur mécanique ; il peut être activé par un interrupteur à bouton-poussoir (BP1) ou à bascule (SW1), et possède une sortie qui passe au logique 1 lorsque l'interrupteur est fermé.
Ce circuit est une version pratique d'un anti-rebond à contact et à interrupteur mécanique ; il peut être activé par un interrupteur à bouton-poussoir (BP1) ou à bascule (SW1), et possède une sortie qui passe au logique 0 lorsque l'interrupteur est fermé.
Le circuit ci-dessous est encore une autre variante du circuit de base et génère une brève impulsion de sortie de mise sous tension logique 1 lorsque l'alimentation du circuit est connectée pour la première fois.
Générateur d'impulsions de mise sous tension avec alimentation TTL.
Alternativement, l'un ou l'autre des inverseurs CMOS Schmitt peut être utilisé comme générateur d'impulsions de mise sous tension (qui génère une brève impulsion de sortie de mise sous tension logique 1 lorsque l'alimentation du circuit est connectée pour la première fois) en le câblant comme indiqué sur la figure ci-dessous.
Notez dans ce circuit que la résistance R13 est utilisée pour donner à l'élément CMOS IC un degré raisonnable de protection contre les dommages causés par un courant de décharge C1 excessif si un court-circuit apparaît soudainement sur les deux lignes d'alimentation du circuit.
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel commun aux circuits intégrés inverseurs CMOS Hex 4049UB et 74HC4049.
Le 4049UB est un type sans tampon, adapté à une utilisation dans des applications linéaires, et le 74HC4049 est un périphérique polyvalent rapide et entièrement tamponné.
Schéma fonctionnel du circuit intégré inverseur hexagonal 4049UB (sans tampon) ou 74HC4049 (avec tampon).
La figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel et la table de vérité du 4502B.
Schéma fonctionnel et table de vérité de l'onduleur à trois états Hex 4502B avec contrôle INHIBIT.
| DISABLE | INHIBIT | A | Y |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | X | 0 |
| 1 | X | X | Hi-Z |
Il s'agit d'un onduleur hexagonal à trois états à usage spécial dans lequel les sorties des six onduleurs peuvent être réglées sur l'état logique 0 en plaçant la borne INHIBIT (broche 12) à l'état haut, ou peuvent être réglées sur l'état haute impédance en entraînant la borne DISABLE (broche 4) à un niveau haut.
Le circuit intégré peut être utilisé comme un onduleur Hex conventionnel en mettant à GND les broches INHIBIT et DISABLE, ou comme un onduleur normal à trois états en mettant à GND la broche INHIBIT et en appliquant le contrôle à trois états à la borne DISABLE.
Enfin, la figure ci-dessous montre le schéma fonctionnel et la table de vérité du circuit intégré tampon inverseur Schmitt à trois états octal 74LS240, dans lequel chaque tampon a une sortance de 30.
| C | A | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | Hi-Z |
| 1 | 1 | Hi-Z |
Ce circuit intégré est en fait un dispositif double quadruple, dans lequel les inverseurs 1 à 4 sont contrôlés via le terminal CA et les onduleurs 5 à 8 sont contrôlés via le terminal CB.
Chacun de ces quads peut être utilisé comme un ensemble d'onduleurs Schmitt normaux en mettant la borne de commande à la terre, ou comme un ensemble groupé d'onduleurs Schmitt à trois états en utilisant ses bornes de commande comme indiqué dans la table de vérité.
