门电路的传输特性

门电路的传输特性

王旭电24 2012010990

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量方法；

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量方法；

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量方法。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：首先检查函数发生器的电源的连接，并打开函数发生器的开关；选择输出波形为三角波；再按频率范围选择按钮，调到X100档，旋转频率调节旋钮，使得显示屏频率处读数为100Hz；旋转幅度调节按钮，使显示屏幅值处显示为2.5Vp-p；接入示波器探头，调节直流偏置旋钮，使信号最低点为0；调节占空比，使波形满足要求。

（2）用示波器观测到如下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，写出他们的最高值和最低值。

答：（a）中最大值为2V，最小值为-2V；（b）中最大值为4V，最小值为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：在菜单栏中将通道的时基模式从“YT模式”改为“XY模式”，则示波器上显示的图形变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：可以调节触发模式（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；可以调节扫描范围，并上下、左右平移波形，以使波形完整地出现在屏幕上；若信号毛刺较多，可以加上噪声抑制和频率抑制；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，完成以下内容：

（1）写出各测试电路中门电路的工作电压。

（2）写出各测试电路输入信号的类型、频率、电压值。

（3）写出各项任务的测量方法及步骤。

答：

必做实验1 CMOS与非门CD4011的电压传输特性

测试电路如下图所示：

1）如图连接电路；

2）调节函数发生器输出为100Hz 、0~5V 的锯齿波；

3）调节示波器为XY 时基模式，将通道一连接输入端，通道二连接输出端； 4）接通集成电路电源，接入输入信号，观察示波器上显示的波形； 5）记录曲线，读取并标注阈值电压TH V 、输入噪声容限NH V 和NL V 。

必做实验2 观测CMOS 电路的直流噪声容限与电源电压的关系

1）改变图2电路中芯片的电源电压为12V ，调节函数发生器输出为100Hz 、0~12V 的锯齿波，其余不变；

2）记录电压传输特性曲线和输入噪声容限；

3）在同一坐标系中绘制1、2的特性曲线，并将曲线和数据与1中进行对比。

必做实验3 测试CMOS 与非门CD4011输出低电平负载特性 测试电路如下图所示：

1）如图搭建电路；

2）改变L R 阻值，记录电压O V 和电流OL I ；

3）用逐点法画出CMOS 与非门低电平输出特性曲线；

4）估算当DD V 为5V 时的ON R 。

必做实验4 CMOS 与非门CD4011的传输延迟时间PHL t 、PLH t 测试电路如下图所示：

1）如图搭建电路；

2）调节函数发生器，使输入信号为20kHz 的方波信号； 3）记录输入、输出波形和传输延迟时间PHL t 、PLH t 。

必做实验5 观察CMOS 与非门CD4011的动态功耗 测试电路如下图所示：

1）如图搭建电路；

2）调节函数发生器使其输出100Hz ，0~5V 的三角波； 3）记录输入、输出波形。

其中门电路SS V 和地之间接入了一个小的电流取样电阻，电阻上的电压波形就反应了在输出状态转换过程中瞬时导通电流的变化。

选做实验1 CMOS 与非门74HC00的噪声容限

1）按照必做实验1的要求搭建电路并进行测量；

2）观察74HC00的电压传输特性曲线并记录输入噪声容限NH V 和NL V ； 3）对实验现象做出分析。

选做实验2 测量TTL 与非门74LS00的输入端负载特性 测量电路如下图所示：

1）如图搭建电路；

2）调节电阻P R 并通过示波器观察输入输出波形的变化； 3）记录数据并根据数据画出输入端负载特性曲线。

（4）列出各项任务记录数据的表格。 答：

必做实验1 CMOS 与非门CD4011的电压传输特性 传输特性曲线：

记录表格：

必做实验2 观测CMOS 电路的直流噪声容限与电源电压的关系 传输特性曲线：

必做实验3 测试CMOS 与非门CD4011输出低电平负载特性

DD V =5V

时，ON R =

逐点法画出CMOS 与非门低电平输出特性曲线：

必做实验4 CMOS 与非门CD4011的传输延迟时间PHL t 、PLH t 输入、输出波形：

必做实验5 观察CMOS 与非门CD4011的动态功耗 输入、输出波形：

选做实验1 CMOS 与非门74HC00的噪声容限 电压传输特性曲线：

选做实验2测量TTL与非门74LS00的输入端负载特性

V IL = V

IH

=

V OL = V

OH

=

输入端负载特性曲线：

(5)根据必做任务5内容分析图6电路，试着给出取样电阻R的阻值范围。

由于示波器无法直接显示电流的波形，因此在图6中地端前外接一个小电阻，通过显示其上电压的变化间接地显示流过其的电流的波形。这个电阻阻值不宜过大，由于输入的电压是5V,测量值预估为几百mV，所以R取值不宜过大，取