实验十四 TTL、CMOS门电路参数及逻辑特性的测试

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1、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、输出端均采用双极型三极管结构：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： 与非门某输入端接地时，该输入端

2、接入地的电流。（2）输入高电平电流 IIH：IH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V :ON使输出端维持低电平Vol所需的最小输入高电平，通常以V=0.4V时的Vi定义。（4）关门电平V :0LOFF使输出端保持高电平V所允许的最大输入低电平，通常以Vo=0.9V时的Vi定义。OHOH阀值电平V :V=（V +V ）/2T T OFF ON（5）开门电阻R :ON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Vo=0.4V）所需的 最小电阻值。（6）关门电阻R :OFF某输入端对地接入电阻

3、（其他悬空），使输出端保持高电平V （通常以V =0.9V所允OHOOH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1乱：输出保持低电平Vo=0.4V时允许的最大灌流（如图4）；（8）输出高电平负载电流：输出保持高电平V=0.9V时允许的最大拉流；OH O OH（9）平均传输延迟时间tpd：开通延迟时间t :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； FF关闭延迟时间tN: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= （t +t ） /2N

4、FFTTL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ViV o曲线中，形象地显示出V ,V ,V ,V ,V之间的关系。OH OL ON OFF T(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、输出结构均采用单极型三极管结 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CM

5、OS反相器，为 电压控制器件，故当输入信号介于0Vdd时，li=0；多余输入端不允许悬空；(2) 输出低电平lol :使输出保持电平Vo=0.05 V时允许的最大灌流；(3) 输出高电平负载电流loh :使输出保持高电平Vo=0.9Voh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)=V1h(min) Vol(max)=nlih(max) lol(max)=mlil(max)三、实验仪器示波器，函数信号发生器，

6、“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) llS、VOH、llH、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VH。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Vh时应接模拟负载电阻2K，测量Vl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) T

7、TL、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lH。图】2TIL试图 即再TTLilift负戦繼力测恆田图I*丁兀也气如；氐丄：冃T(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Ty=T6(b) CMOS平均传愉时间瀏图(5)将上述测量参数填入表 表一 TTL参数参数IISIihVOHVOLIOHIOLtpdTTL0.9534m A9.942uA3.456V0.1837V

8、7.75nsCMOS10.443V0V74.25ns2、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 (f=200Hz, Vip-p: 0-5V)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，VOI,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VOHVOLVONVOFFVOHVOLVt测量值4.025V20mV1375V675mV4.9V0V2.425V5、观测C

9、MOS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 TTLCMOSTTLCMOS 带 4 个 TTLCMOSTTLVoVoVoVoVil0V4.953V62 19mV0V5.017V59 81mVVlh5V2459mV3868V5V1.

10、132V3.857V7、观测TTL门电路带CMOS门电路（当电源电压分别为5V, 12V）的情况测量电路如图18,在A端加入TTL信号（f=10KHz）用示波器观察记录A B D点的波形, 试说明此电路有何问题？试在B C之间利用三极管设计一接口电路（9011三极管参数：B =100, Icm=30mA）使输出D的波形与输入A反相。电路设计：反相电路设计如下图：（注意串接大小为10K的电阻）玄 FGL小宀S _TLT74t506N4091 BP WR1 :4C4-设计电路:8、若要D与A相同，最简电路应如何设计。 实验图像：（A, B点的）同相波形：反相波形:O scil loscope-XSC1实验总结：通过此次实验，我从中复习数字电路中关于TTL、CMOS的相关知 识。此次实验的实验原理都比较简单，属于验证性实验，但需要验证 的内容比较多，且我的操作不是很熟练，所以做起来操作时间长，但 是总的来说过程还是比较顺利的。我在连接1个CMOS带4个TTL时, 四个TTL并联一开始没接好，导致测得数据错误，后经自己检査发现 了问题，电路没能一次性接好说明我的连接电路能力还有待提高。