实验十四--TTL、CMOS门电路参数及逻辑特性的测试

下载后可任意编辑 实验十四 TTL、CMOS门电路参数及逻辑特性的测试 厦门大学 通信工程系 林XX 一.实验目的 1、掌握TTL、CMOS与非门参数的测量方法； 2、掌握TTL、CMOS与非门逻辑特性的测量方法； 3、掌握TTL与CMOS门电路接口设计方法。 二.实验原理 一TTL门电路 TTL门电路是标准的集成数字电路，其输入、输出端均采纳双极型三极管结构凡是TTL器件特性均与TTL门电路具有相同特性，故需了解TTL门电路的主要参数。 7400是TTL型中速二输入端四与非门。图1是它的内部电路原理图和管脚排列图。 1、TTL与非门的主要参数 （1）输入短路电流IIS 与非门某输入端接地时，该输入端接入地的电流。 （2）输入高电平电流 IIH 与非门某输入端接VCC（5V），其他输入端悬空或接VCC时，流入该输入端的电流。 TTL与非门特性如图2所示 （3）开门电平VON 使输出端维持低电平VOL所需的最小输入高电平，通常以VO0.4V时的Vi定义。 （4）关门电平VOFF 使输出端保持高电平VOH所允许的最大输入低电平，通常以Vo0.9VOH时的Vi定义。 阀值电平VTVTVOFFVON/2 （5）开门电阻RON 某输入端对地接入电阻（其他悬空），使输出端维持低电平（通常以VO0.4V）所需的最小电阻值。 （6）关门电阻ROFF 某输入端对地接入电阻（其他悬空），使输出端保持高电平VOH（通常以VO0.9VOH所允许的最大电阻值）。 TTL与非门输入端的电阻负载特性曲线如图3所示。 （7）输出低电平负载电流IOL输出保持低电平VO0.4V时允许的最大灌流（如图4）； （8）输出高电平负载电流IOH输出保持高电平VO0.9VOH时允许的最大拉流； （9）平均传输延迟时间tpd 开通延迟时间tOFF输入正跳变上升到1.5V相对输出负跳变下降到1.5V的时间间隔； 关闭延迟时间tON输入负跳变上升到1.5V相对输出正跳变下降到1.5V的时间间隔； 平均传输延迟时间开通延迟时间与关闭延迟时间的算术平均值。tpd（tONtOFF）/2 TTL与非门平均传输延迟时间示意图如图6所示。 2、TTL与非门的电压传输特性 TTL与非门的电压传输特性是描述输出电压VO随输入电压Vi变化的曲线，如图7所示。从ViVo曲线中，形象地显示出VOH,VOL,VON,VOFF,VT之间的关系。 二CMOS门电路 COMS门电路是另一类常用的标准数字集成电路，其输入、输出结构均采纳单极型三极管结构，凡COMS电路特性均具有CMOS门电路形同的特性。C4011是CMOS二输入端四与非门。 下图是内部电路原理图和管脚排列图。 1、 CMOS门电路的主要参数 （1）由于CMOS门电路输入端具有保护电路和输入缓冲，而输入缓冲为CMOS反相器，为电压控制器件，故当输入信号介于0Vdd时，Ii0；多余输入端不允许悬空； （2）输出低电平Iol 使输出保持电平Vo0.05 V时允许的最大灌流； （3）输出高电平负载电流Ioh 使输出保持高电平Vo0.9Voh时的最大拉流； （4）平均传输延迟时间Ty 同TTl门电路定义。 2、 CMOS门电路的电压传输特性 3、 与非门的逻辑特性 输入有低，输出就高；输入全高，输出就低。 （三） TTL电路与CMOS电路的接口设计（图见书上） Voh（min）V1hmin VolmaxVilmax IonmaxnIihmax IolmaxmIilmax 三、 实验仪器 示波器，函数信号发生器，“四位半”数字多用表，多功能电路实验箱 四、 实验内容 1、TTL、CMOS与非门主要参数的测量 （1）IIS、VOH、IIH、VOL 实验电路如图，将输入端2串接电流表“A”到地，此时电流表指示值为IIS。电压表指示值为VOH。实验电路如图13所示，将输入端2串接电流表“A”到电源，此时电流表指示值为IIH，电压表指示值为VOL（测量VOH时应接模拟负载电阻2K，测量VOL时应接入模拟灌流电阻390欧姆）。 （2） TTL、CMOS与非门灌流负载能力测试 实验电路如图13所示。电流表量程置200mA。将Rw组建缩小，当输出电压上升到0.4v（CMOS）为0.5V时，电流表测量值为IOL。 （3） TTL、CMOS与非门拉流负载能力测试 实验电路如图14所示。电流表量程20mA，将Rw组建缩小，当输出电压下降到0.9VOH时，电流表测量值为IOH。 （4） TTL、CMOS与非门平均传输延迟时间的测量 测量电路如图15所示。三个与非门首尾相接便构成环形振荡器，用示波器观测输出震荡波形，并测出振荡周期T，计算出平均传输延迟时间TyT/6. （5） 将上述测量参数填入表一 表一 TTL参数 参数 IIS IIH VOH VOL IOH IOL tpd TTL 0.9534mA 9.942uA 3.456V 0.1837V 7.75ns CMOS 10.443V 0V 74.25ns 2、 TTL与非门传输特性的测量 测量如图16所示。输入正弦波信号Vi（f200Hz，Vip-p0-5V）示波器置X-Y扫描。观测并画出与非门电压性曲线，用示波器测量VOH，VOL。 3、 CMOS与非门电压传输特性的测量 按上述方法，观测并画出CMOS与非门电压传输特性曲线，并用示波器测量VOH，VOl，VT。 4、 将TTL、CMOS测量参数填入表二 表二 TTL、CMOS电压传输特性曲线参数 器件 TTL器件 CMOS器件 参数 VOH VOL VON VOFF VOH VOL VT 测量值 4.025V 20mV 1.375V 675mV 4.9V 0V 2.425V 5、 观测CMOS门电路带TTL门电路（当电源电压均为5V时）的情况 （1）当CMOS输出带一个TTL门时；当CMOS门输入端分别为高电平（5v）或低电平（0V）时，测量CMOS与非门输出端电平。 （2） 当CMOS输出带四个TTL门（四个TTL门输入并接）时如图17所示；在CMOS输入端分别输入高电平（5v）或低电平（0V）时，测量CMOS与非门输出端的相应电平。 6、 将测量数据填入表三 表三 接口电路测量参数 CMOS带一个TTL CMOS TTL CMOS带4个TTL CMOS TTL Vo Vo Vo Vo VIL 0V 4.953V