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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：Iis：与非门某输入端接地时，该输入端接入地的电流2） 输入高电平电流I ：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VO=0.4V时的Vi定义4） 关门电平V : 0L °OFF使输出端保持高电平VOH所允许的最大输入低电平，通常以Vo=0.9VOH时的Vi定义阀值电平 Vt：Vt=（Voff+Von）/2（5） 开门电阻R ：国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（其他悬空），使输出端保持高电平Voh （通常以Vo=0.9Voh所允 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Iol: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I；；:输出保持高电平V；=0.9Voh时允许的最大拉流；（9） 平均传输延迟时间tpd：&开通延迟时间toFF: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；©关闭延迟时间toN: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；③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=（toN+toFF）/2TTL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vi~vo曲线中，形象地显示出voh,vol,von,voff,v之间的关系二）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CMOS反相器，为 电压控制器件，故当输入信号介于0~Vdd时，肚0；多余输入端不允许悬空；（2） 输出低电平Iol :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Ioh :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）＜=Vil（max）Ion（max）＞=nIih（max） Iol（max）＜=mIil（max）三、 实验仪器示波器，函数信号发生器，“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） Iis＞ Voh、品、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Voh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Voh时应接模拟负载电阻2K，测量V°l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IOL3） TTL、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IOH图以 丁几参数濯试国 图巧TTLil流负戮酷力测fit图 愣I， 口L牡严负土旧成］(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=T石.(b) CMOS平均传输时间测房图(5)将上述测量参数填入表表一 TTL参数参数IISIihVOHVOLIOHIOLtpdTTL0.9534m A9.942uA3.456V0.1837V7.75nsCMOS10.443V0V74.25ns2、 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，VOl，VT4、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4.025V20mV1.375V675mV4.9V0V2.425V5、观测CMOS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n6、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 TTLCMOSTTLVoVoVoVoVil0V4.953V62.19mV0V5.017V59.81mVVlh5V245.9mV3.868V5V1.132V3.857V7、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）"王 FGL44 …_TLT74t506NR1 .I001BP 5V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:Oscilio scope -XSC20 sei II oscope-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，后经自己检查发现 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。