数字电路实验报告实验三

VCC=5V 高 态 VOHmin=2.7V 不 常 态 正 状 0 低 态 VIhmin=2 .0V VILmax=0.8V VOLmax=0.5V 低 直 噪 容 态 流 声 限 高 直 噪 容 态 流 声 限
门的输出电压V 随输入电压V 而变化的曲线V 门的输出电压 O 随输入电压 i 而变化的曲线 O＝f(Vi) 称为门的电压传输特性。 称为门的电压传输特性。 VOUT
实验三 常用数字逻辑门输入输出特 性测试
一、实验目的 1．掌握CMOS 和TTL 集成门的逻辑功能 和主要参数的测试方法 2．掌握CMOS 和TTL 器件的使用规则
二、实验原理
1．数字逻辑门的逻辑电平。 ．数字逻辑门的逻辑电平。 • 数字逻辑门的输出高低电平不是一个值，而是一 数字逻辑门的输出高低电平不是一个值， 个范围。 个范围。 • 数字逻辑门输入高低电平与输出高低电平的电压 范围不同，即它的输入信号允许一定的容差，称 范围不同，即它的输入信号允许一定的容差， 为噪声容限。 为噪声容限。
3.负载电容对输出的影响测试
• 按图3.3.7连接电路，输 入加入1KHz TTL信号， 测试输出波形的上升时 间（trise）。在输出和地 之间加入0.01µ电容， 测试此时输出波形的上 升时间（trise）。比较两 次测量结果有何不同并 加以分析。
2.扇出系数NO
• 扇出系数 O 是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡 扇出系数N 是指门电路能驱动同类门的个数， 量门电路负载能力的一个参数， 量门电路负载能力的一个参数， • CMOS门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉 门有两种不同性质的负载， 门有两种不同性质的负载 电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数 电流负载，因此有两种扇出系数， NOL和高电平扇出系数NOH。总扇出 in[NOL，NOH]。 总扇出=M 和高电平扇出系数 。
VTH
• 当负载电路所需驱动电流增大时， 5.0 当负载电路所需驱动电流增大时， 输出特性就不像理论值那样理想 了，逻辑门的输出电压值与规定 值之间有较明显的差异。 值之间有较明显的差异。 • 当负载电路所需驱动电流过大时， 当负载电路所需驱动电流过大时， 逻辑门的输出电压值就会落在逻 辑电平未定义区域。 辑电平未定义区域。造成电路工 作不正常。 作不正常。 1.5 3.5 5.0 VIN
五、实验任务
1．反相器电压传输特性的测试 1）用示波器实测电源电压VDD 【测试提示】：
用数字示波器测试直流信号电压值时，应选择参数平 均值（Vavg），而不是峰峰值（Vpp）或幅值（Vamp），否则 测到的只是直流的纹波。 示波器垂直因数不宜过大或过小。垂直因数过大可能 影响测试精度，垂直因数过小当电压值变化时波形容易超出 屏幕显示范围，不便观察。一般设置为（1V—2V）/div较为 适宜。
2.负载变化对输出的影响测试。
1）输出为高电平时
• 按图3.3.6连接电路，输入低电平， 调节电位器RW从大到小得到五个 不同的电阻值R1、R2、 R3、R4、 R5，其中R5=0，对应不同阻值测 输出数据填入表3.3.3并对数据进 行分析。
2.负载变化对输出的影响测试。
2）输出为低电平时
• 按图3.3.6连接电路，输入高电 平，调节电位器RW从大到小得 到五个不同的电阻值R1、R2、 R3、R4、R5，其中R5=0，对 应不同阻值测输出数据填入表 3.3.4并对数据进行分析。
N OL
I oLmax = I iL
N OH
I oHmax = I iH
3.速度
• 影响 TTL门电路工作速度的主要因素是电路内部管子的开 关特性、电路结构及内部的各电阻阻数值。电阻数值越大， 工作速度越低。管子的开关时间越长，门的工作速度越低。 • 影响CMOS电路工作速度的主要因素在于电路的外部，即 负载电容CL。CL是主要影响器件工作速度的原因，由CL 所决定的影响CMOS门的传输延时约为几十纳秒。
• 典型CMOS逻辑系列（HC系列）的规格如 图所示。
VCC 高 态 0.7VCC 不 常 态 正 状 0.3VCC 低 态 0 VOLmax VILmax 低 直 噪 容 态 流 声 限 VIHmin VOHmin 高 直 噪 容 态 流 声 限
TTL逻辑系列（74LS、74SCMOS非门电压传输特性
VTH=VDD/2
实际电路能接多大的电阻负载是以逻辑 门的输出电流的形式给出的： 门的输出电流的形式给出的： • IOLMAX：输出低态且仍能维持输出电压不大 输出端能吸收的最大电流。 于VOLMAX时，输出端能吸收的最大电流。 • IOHMAX：输出高态且仍能维持输出电压不小 输出端可提供的最大电流。 于VOHMIN时，输出端可提供的最大电流。
1．反相器电压传输特性的测试 2）采用逐点测试法， 即调节RW，使Vi从VO向高电 平变化，用示波器逐点测 得Vi及VO，记入表3.3.2 中，然后绘成曲线。
实测电路连接方式
电位器
实测时，由于电源的影响 以及每个具体器件的具体参数 可能有差异，需对表格调整。 当输出显著变化时，两个输入 之间的间隔电压应设置较小， 例如：间隔0.04V或者更小。