普通門(mén)電路，對(duì)輸入信號(hào)是被動(dòng)傳輸?shù)摹６煽亻T(mén)電路，則有一定的主動(dòng)權(quán)，輸入信號(hào)到了“門(mén)口”，是放行（正常傳輸），還是阻止（處于阻斷狀態(tài)），則由開(kāi)、關(guān)門(mén)控制信號(hào)說(shuō)了算。說(shuō)白了，這種可控門(mén)，起碼有兩種狀態(tài)，“開(kāi)門(mén)”和“關(guān)門(mén)”狀態(tài)。相對(duì)于普通門(mén)，多一個(gè)“關(guān)門(mén)”狀態(tài)。

對(duì)此種數(shù)字電路的定義概念較多，如題目括號(hào)中所示。其輸出級(jí)電路具三態(tài)特性。何謂三態(tài)？需從數(shù)字電路芯片的輸出級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)談起。

圖1 數(shù)字門(mén)電路輸出級(jí)的三種結(jié)構(gòu)形式

普通數(shù)字門(mén)電路的輸出級(jí)電路，常用a電路形式，因內(nèi)部Q1、Q2僅工作于飽和和截止兩種工作狀態(tài)，電路實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一刀兩擲的高、低電平切換開(kāi)關(guān)，要求接通電阻越小越好（傳輸電壓信號(hào)時(shí)可忽略接通電阻/電壓降），無(wú)論輸出高、低電平，均為低阻狀態(tài)。

b電路形式（開(kāi)路集成極輸出），稱(chēng)為高電壓大電流器件，具備一定的功率驅(qū)動(dòng)能力，如可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器，典型器件如ULN2003A等，而外部負(fù)載電源可以另供為高電壓（如24V或48V），以適應(yīng)負(fù)載電源電壓要求。c電路形式，則除了高、低電平的低阻狀態(tài)，還存在第三種狀態(tài)：高阻態(tài)。如圖2所示。

圖2 三態(tài)式輸出級(jí)的三種工作狀態(tài)

其輸出級(jí)Q1、Q2基極輸入的是兩路獨(dú)立電平信號(hào)：

a態(tài)：當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于輸出端與+5V接通，輸出為高電平（低阻態(tài)1）；b態(tài)：Q2導(dǎo)通時(shí)，輸出端相當(dāng)于與供電地接通，輸出為低電平（低阻態(tài)2）；c態(tài)：當(dāng)控制信號(hào)俱為0時(shí)，Q1、Q2均處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)OUT輸出端相當(dāng)于“懸空”——高阻態(tài)（與內(nèi)部電路失掉聯(lián)系）。有兩個(gè)問(wèn)題：

1、處于高阻狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)OUT端應(yīng)該為什么電平？高阻態(tài)有何意義？

這與電路設(shè)計(jì)者的考慮——后級(jí)電路的輸入要求相關(guān)。處于高阻態(tài)時(shí)，其輸出電壓狀態(tài)的高、低完全由設(shè)計(jì)者決定——由接入偏置（上拉、或上拉電阻）電路來(lái)決定之。

圖3 三態(tài)式輸出級(jí)的三種工作狀態(tài)

a電路，在高阻態(tài)其輸出端取決于R1電路形式，為5V高電平。此高電平內(nèi)部電路無(wú)關(guān)；b電路，在高阻態(tài)則由R2的下拉作用，使輸出端為低電平，同樣與輸出級(jí)電路無(wú)關(guān)；c電路，為一個(gè)偏置電路實(shí)例，當(dāng)電路設(shè)計(jì)要求在靜態(tài)時(shí)，光電耦合器PC1處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的安全性能更有保障時(shí)，接入R1上接電阻，使電路靜態(tài)時(shí)，PC1無(wú)導(dǎo)通條件，顯然更為合理和可靠。

因而電路的第三態(tài)——高阻態(tài)的出現(xiàn)，其意義如下：

1）可由設(shè)計(jì)者任意決定輸出的高、低電平狀態(tài)（與輸出信號(hào)無(wú)關(guān)）；

2）當(dāng)多組器件輸出端需要并聯(lián)（如信號(hào)總線(xiàn)模式）時(shí)，只有“需要?jiǎng)幼鳌钡钠骷ぷ髂Ｊ綖楦?、低電平（指低阻）態(tài)，而“閑置”電路，則處于高阻態(tài)，從而不會(huì)影響總線(xiàn)電平，不會(huì)影響有用信號(hào)。

2、什么情況下輸出端會(huì)進(jìn)入高阻態(tài)？三態(tài)門(mén)與普通門(mén)的區(qū)別？

以74HC240電路（八反相緩沖器/線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/線(xiàn)接收器）為例加以說(shuō)明。

圖4 三態(tài)式輸出級(jí)的三種工作狀態(tài)

從上圖可看出，芯片內(nèi)含8路反相器電路，與普通反相器電路相比較，每路反相器除輸入、輸出端外，多出一個(gè)OE控制端。當(dāng)OE端為低電平時(shí)，電路處于“開(kāi)門(mén)”即通態(tài)，相當(dāng)于普通反相器的功能；當(dāng)OE端為高電平時(shí)，傳輸狀態(tài)被阻斷，輸出端處于高阻狀態(tài)。

顯然，與普通門(mén)電路相比，可控門(mén)（為反相器或同相器）電路，多出一個(gè)OE控制端——“開(kāi)、關(guān)門(mén)”信號(hào)輸入端。信號(hào)的傳輸不但與輸入信號(hào)狀態(tài)相關(guān)，而且與OE控制端的狀態(tài)相關(guān)。以74HC240為例，當(dāng)信號(hào)傳輸異常時(shí)，對(duì)可控門(mén)的故障檢修需注意：輸入信號(hào)無(wú)，查前級(jí)電路；控制端是否有“關(guān)門(mén)”信號(hào)存在，即1、19腳是否變?yōu)楦唠娖?？是，查OE端控制信號(hào)來(lái)源；芯片本身?yè)p壞。當(dāng)輸入信號(hào)與控制端電平狀態(tài)都正常時(shí)，落實(shí)至芯片本身。

常見(jiàn)三態(tài)同相/反相可控門(mén)電路型號(hào)為74HC240（八反相可控門(mén)）、74HC244（八同相可控門(mén)）、74HC365（六同相可控門(mén)）、75HC366（六反相可控門(mén)）。以74HC240為例：該器件斜對(duì)角10、20腳為電源引腳，除信號(hào)輸入、輸出引腳外，尚有兩個(gè)OE控制端（1、19腳），每個(gè)OE端分別控制四路反相器電路的開(kāi)、關(guān)門(mén)。

通常，普通門(mén)與三態(tài)門(mén)為基本邏輯電路，在些基礎(chǔ)上，將普通門(mén)電路進(jìn)行有序搭接，可組成復(fù)雜的組合型邏輯電路。近年來(lái)，MCU、DSP、PIC和JTAG等器件技術(shù)的完善，在一定程度上取代了組合邏輯電路（完成同一邏輯功能，采用MCU更為簡(jiǎn)潔，用軟件方法即可完成——用程序行來(lái)代替了大片的硬件數(shù)字信號(hào)處理電路）。