门电路

实验一门电路的电特性

一、实验目的

1、在理解 CMOS 门电路的工作原理和电特性基础上，学习并掌握其电特性主要参数的测试方法。

2、在理解 TTL 门电路的工作原理和电特性基础上，学习并掌握其电特性主要参数的测试方法。

3、学习查阅集成电路芯片数据手册。

4、学习并掌握数字集成电路的正确使用方法。

二、预习任务

1. 回顾上学期的“常用电子仪器使用”以及实验中用到的测试方法。回答下列问题：

（1）如何调整函数信号发生器，使其输出100Hz、0~5V的锯齿波（三角波）信号？

答：首先调输出模式至三角波,再调节幅度调节按钮，使显示屏幅值处显示为

5Vp-p，为了保证输出的三角波是0~5V，则还需设置偏置电压，调节偏置/最小值按钮，将最小值设置为0V，这样就可以输出0~5V的三角波；按频率范围选择按钮，将屏幕上频率调为读数为100Hz。若需要输出锯齿波，则要调节占空比，以获得想要的波形。

（2）用示波器观测到如图1所示的a、b两个信号，假设此时示波器的垂直定标（灵敏度）旋钮位置分别为1V/格和2V/格，请写出它们的最高值和最低值。

答：第一幅图最高值为 2V，最低值为-2V；

第二幅图最高值为 4V，最低值为 0。

（3）电压传输特性曲线是指输出电压随输入电压变化的曲线。示波器默认的时基模式为“标准（YT）模式”显示的是电压随时间变化的波形，若要观测电压传输特性曲线，需改变示波器上哪些菜单或旋钮？

答：为观测电压传输特性曲线，需要将两相关的信号输入示波器的两个输入端，并将模式调为Y-X模式。本次实验须将输入电压信号与输出电压信号分别作为X与Y，即可观测电压传输特性曲线。在Y-X工作模式下，示波器上显示的图样为以通道一的测量值（输入电压）为横坐标，通道二的测量值（输出电压）为

纵坐标的曲线，即为电压传输特性曲线。

（4） 用示波器观测两路信号时，如何调整示波器使波形稳定的显示在屏幕上？

答：<1>调节触发模式（电平、边沿、宽度），一般可使用边沿触发；可以旋转 “trigger ”旋钮进行调节，使信号不再左右移动；

<2>检查SOURSE 触发源是否选择在当前信号输入通道挡，若不是就调节到该挡；

<3>检查COUPPING 触发耦合方式开关是否选择在DC 档。若不是就调节到该挡。这样就确定采用内触发直流耦合，若是交流耦合则会虑去其中的直流分量，对结果造成影响。

<4>调节LEVER 触发电平调节钮，并调节频率旋钮是使示波器的发生频率与信号频率匹配的功能，粗调和微调两种旋钮，先调整粗调，再调整微调旋钮， 使图像不再上下翻滚为止。使波形稳定；

<5>若信号毛刺较多，可以加上噪声抑制和频率抑制；

<6>若手动调节无法达到目的，可以尝试使用“autoset ”按钮自动调节。 2.仔细阅读《数字电子技术基础》第三章相关内容，并结合各项任务完成以下内容。

（1）查阅数字集成电路74HC00和74LS00的数据手册，并画出引脚图。

74HC00 74LS00

（2）写出各测试电路中门电路的工作电压。

（3

（4

（5）根据必做任务4内容分析图6电路，试着给出取样电阻R的取值范围R大概在1k以内即可

三、实验任务

（一）、必做实验

1、CMOS 与非门 CD4011 的电压传输特性

2、测试 CMOS 与非门 CD4011 输出低电平负载特性

3、CMOS 与非门 CD4011 的传输延迟时间 t

PHL 、t

plh

4、观察 CMOS 与非门 CD4011 的动态功耗

（二）、选作实验

1、CMOS 与非门 74HC00 的噪声容限

2、测量 TTL 与非门 74LS00 的输入端负载特性

四、实验原理

1、CMOS 与非门 CD4011 的电压传输特性

电压传输特性是指输出电压与输入电压之间的关系，根据电压传输特性曲线可以得到电路的状态和参数，高低电平、阈值电压、噪声容限均可以通过电压传

输特性曲线得到。

（1）输出高电平 V OH ：是指与非门有一个或几个输入端接地或接低电平时的输出电平。

（2）输出低电平 V OL ：是指与非门的所有输入端都接高电平时的输出电平。

（3）高电平噪声容限电压 V NH ：V NH =V OHmin -V ON ，表示输入为高电平时所允许噪声电压的最大值。

（4）低电平噪声容限电压 V NL ：V NH =V OFF -V OLmax ，表示输入为低电平时所允许噪声电压的最大值。

（5）阈值电压 V TH ：指电压传输特性转折区中点所对应的输入电压。测量电路如下

输入信号为 100Hz 、0~5V 的锯齿波，利用示波器的 Y-X 模式观测电压传输特性曲线并记录，读取并标注阈值电压 V TH 、输入噪声容限 V NH 和 V NL 。 2、

测试 CMOS 与非门 CD4011 输出低电平负载特性

电路图如右

（1）改变 R

L

阻值，用逐点法画出 CMOS 与非门低电平输出特性曲线，参考取值如下

（2）估算当 V

DD 为 5V 时的导通电阻 R

ON

3、CMOS 与非门 CD4011 的传输延迟时间 t

PHL 、t

PLH

测试电路如下，输入信号为 20Khz 的方波信号，记录输入、输出波形和传输延迟时间

4、观察 CMOS 与非门 CD4011 的动态功耗

静态时，由于 CMOS 内部只有 N 沟道或 P 沟道导通，流过 MOS 管的电流近似为零，故静态功耗接近零。但是在输出高电压与输出低电压的转换过程中，两个沟道会同时导通，会有瞬时电流，导致动态功耗不能忽略。