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1、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。数字逻辑门的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。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，称为噪声容限。,典型CMOS逻辑系列（HC系列）的规格如图所示。,TTL逻辑系列（74LS、74S、74ALS、74AS、74F）的逻辑电平和噪声容限,门的输出电压VO 随输入电压Vi 而变化的曲线VOf(Vi) 称为门的电压传输特性。,当负载电路所需驱动电流增大时，输
2、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。 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。造成电路工作不正常。,VTH=VDD/2,5V电源下 CMOS非门电压传输特性,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：IOLMAX：输出低态且仍能维持输出电压不大于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于VOHMIN时，输出端可提供的最大电流。,2.扇出系数NO,扇出系数NO 是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡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
3、灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数NOH。总扇出=MinNOL，NOH。,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。,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
4、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（1V2V）/div较为适宜。,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。,2.负载变化对输出的影响测试。,1）
5、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。,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0.01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。,
