实验一 门电路的特性

实验一门电路的特性

预习报告

一．实验目的

1.在理解CMOS门电路和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。

2.学习查阅集成电路芯片数据手册

3.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“常用电子一仪器使用”，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？

选择三角波输出选项，通过“50Ω”输出端连接示波器观察波形，通

过调节函数信号发生器的频率旋钮，调节频率至100Hz,Vp-p为5V，

将示波器的参考电平位置设置在三角波的最低值处，得到0-5V的三

角波，用示波器进行实际测量，判断调节是否正确应该以示波器的测

量结果为准。

(2)图(a)中最高值为2V，最低值为-2V

图(b)中最高值为4V，最低值为0V

(3)若要观测电压传输特性曲线，应该改变示波器上哪些菜单或旋钮？

示波器默认的时基模式为“标准（YT）模式”，若要观察电压传输特性，应该

将时基模式调节为XY模式。具体调节方法如下：按下【Horiz】按钮，在“水

平设置菜单”中，按下时间模式，然后改变时基模式由原来的“标准”变为“XY 模式”。

(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?

应该合理设置触发源和触发电平使得波形稳定，调节【Trigger】旋钮

2.数字集成电路电路74HC00和74LS00的引脚图

74HC00各项参数如下

引脚图如下

74LS00各项参数如下

引脚图如下

三．实验任务

1. CMOS与非门CD4011的电压传输特性

CD4011引脚图如下

Vi 输出100Hz,0-5V 的锯齿波，因此工作电压DD V =5V ，SS V 接地

实验步骤：

（1） 连接电路，注意芯片的放置方式以及引脚的位置

（2） 利用示波器观察函数信号发生器产生的波形符合要求后，再将信号接到输入端 （3） 将示波器调到XY 工作方式，CH1接输入，CH2接输出 （4） 观察电压传输特性，记录数据

2.观测CMOS 电路的直流噪声容限与电源电压的关系

改变任务一中的DD V 为12V ，V1输出100Hz,0-12V 的锯齿波。记录电压传输曲线和输入噪声容限，与（1）中进行对比 实验操作步骤同任务一

实验数据记录表格

3.测试CMOS 与非门CD4011输出低电平负载特性 测试电路如下

V=5V 时改变RL的阻值，用逐点法画出CMOS与非门低电平输出特性曲线，并以此估计

DD t

的导通电阻

PLH

输入端接高电平，该电路的电路可以等效为

本实验中工作电压VDD取5V，输入信号为高电平直流信号，直接接在VDD上即可

实验步骤

(1)电路连接完毕后，将变阻器调到最大位置，再开始进行实验

V

(2)逐点改变RL的阻值，测量输出电压，并以此计算出输出电流

TH

*注意事项

每次在改变变阻器阻值时，都要断电后再进行电阻的测量，而且计算时电阻的取值以实际测量值为准

实验数据记录表如下

RL(Ω) Vo(V) IoL(mA)

实验后可以绘制Vo 与IoL 的关系图像，二者的比值应该是常数，该常数就是DD V =5V 时的导通电阻DD V

4. CMOS 与非门CD4011的传输延迟时间PHL t ,PLH t 测试电路如下

该实验的输入Vi 是频率为20kHz 的方波信号，记录输入，输出波形和传输延迟时间PHL t ，

PLH t *注意事项：

要注意传输延迟时间的定义，是以输入，输出的幅值的一半对应的时间点为基准进行计算的

PHL t (ns)

PLH t (ns)

5. 观察CMOS 与非门CD4011的动态功耗 测试电路如下

输入信号为

100Hz ，0-5V 的三

角波，取样电阻是用来将电流转换为电压，以观察瞬时到导通电流的变化情况

电阻R 的取值范围的确定：

得到R 上的瞬时电压变化曲线后，可以从图上读出TH V 以及输入输出噪声容限等数据

三． 选做任务

1. CMOS 与非门74HCOO 的噪声容限

测试方法和步骤都与任务一相同，得到曲线后可以将两组曲线进行对比 阈值电压TH V

输入噪声容限NH V

输出噪声容限LH V

2. 测量TTL 与非门74LS00的输入端负载特性 测试电路如下

由于是TTL 电路，因此工作电压选择5V 。 设计改变电阻Rp,记录Vi 与Vo 变化的几组典型数据，表格设计如下

由TTL 电路的参数计算可以得到，在Rp 大于2K Ω时，输入基本就被锁定在了1.4V ，因此在2k Ω之前密集取点

RL(Ω) Vi(V) Vo(V)

根据数据表格绘出74LS00输入端负载特性曲线.