数字电路基础实验

集成逻辑门测试（含4个实验项目）

一、实验目的

（1）深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。

（2）熟悉TTL与非门和CMOS或非门主要参数的测试方法，并通过功能测试判断器件好坏。

二、实验设备与器件

本实验设备与器件分别是：

实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表及工具；

实验器件：74LS20两片，CC4001一片，500?左右电表1-1 与非门功能测试表 阻和10k?左右电阻各一只。 输 入 输 出 三、实验项目

1．TTL与非门逻辑功能测试

按表1-1的要求测74LS20逻辑功能，将测试结果填入与非门功能测试表中（测试F=1、0时，VOH与VOL的值）。

2．TTL与非门直流参数的测试

A B C D 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 F 测试时取电源电压VCC=5V；注意电流表档次，所选量程应大于器件电参数规范值。 （1）导通电源电流ICCL。测试条件：输入端均悬空，输出端空载。测试电路按图1-1（a）连接。

（2）低电平输入电流IiL。测试条件：被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载。测试电路按图1-1（b）连接。

（3）高电平输入电流IiH。测试条件：被测输入端通过电流表接电源（电压VCC），其余输入端均接地，输出空载。测试电路按图1-1（c）连接。

（4）电压传输特性。测试电路按图1-2连接。按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量，各输入电压值通过调节电位器W取得。将测试结果在表1-2中记录，并根据实测数据，做出电压传输特性曲线。然后，从曲线上读出VOH，VOL，Von，Voff和VT，并计算VNH，VNL等参数。

图1-1 ICCL，IiL和IiH测试电路 图1-2 电压传输特性测试电路

表1-2

Vi（V） V0（V） 0 0.4 0.8 1.1 与非门电压传输特性测试表

1.2 1.3 1.35 1.4 1.5 2.0 2.4 2.7 3.0 （5）扇出系数NO。测试条件：所有输入端悬空，负载RL为可变电阻。测试电路按图1-3连接。调节RL，使输出电压VOL=0.4V，测出此时的IOL，再按下式：

NO=IOl/IiL

求得NO。

3．平均延迟时间tpd的测试

现一般采用环形振荡器法测tpd，测试原理电路及波形如

图1-3 扇出系数测试电路

图1-4（a）和（b）所示。图1-4（a）中与非门1、与非门2为标准门的tpd1和tpd2是已知的（可预先在高精度的双踪示波器上测出），与非门（3）是被测门。三个与非门构成一个环形振荡电路。点（3）和点（3?）的波形是同一波形，由图1-4（b）可知，振荡波形的周期为：

图1-4 平均延迟时间测试电路及波形

T=tPHL1+tPHL2+tPHL3+tPLH1+tPLH2+tPLH3=2tpd1+2tpd2+2tpd3 （在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时）

从数字频率计上可以读出振荡频率f（也可用示波器测出周期T），即可算出被测门的平均延时时间为：

T=1/f=2(tpd1+tpd2)+2tpd3 tpd3=1/2f－(tpd1+tpd2)

或者 tpd3=T/2－(tpd1+tpd2)

4．CMOS或非门电路的测试（注意CMOS器件使用规则）

（1）传输特性测量

图1-5 CMOS门传输特性测试电路图

① 调节电位器W，选择若干个输入电压值，测量相应的输出电压值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中求得VoH、VoL、Von和VoFF等参数值。注意，测量输出端的电压时，要选用高阻抗的直流电压表，最好用直流数字电压表。通常取Von为0.1VoH时对应的输入电平值，VoFF为0.9VOH对应的输入电平值。

② 将两个输入端并联在一起，重复上述测试，比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。

③ 测试电源电压的影响：将VDD依次调节至5V和15V，观察电路的逻辑功能以及输出高电平VoH值。

（2）逻辑功能测试

选CC4001按图1-5电路接线。断开与电位器W连接的输入端和接地输入端，在两个输入端分别送入表1-3中所列出的输入状态，测试其输出相对应的逻辑值。

表1-3 或非门功能测试表

输 入 输 出

A B F

0 0

0 1

1 0 1 1

五、预习要求

（1）阅读TTL与非门主要参数的含义及CMOS门电路的特点。

（2）熟悉CMOS电路和TTL电路的使用规则。 （3）设计实验电路，提出器件清单。 （4）拟定实验方案和调测步骤。

三态门、OC门的功能测试及其应用（含2个实验项目）

一、实验目的

（1）熟悉OC门和三态门的功能及应用。 （2）掌握OC门负载电阻选择方法。 二、实验设备与器件

本实验的实验设备和器件为：

实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表及工具；

实验器件：74LS20，74LS00，74LS01，74LS05，CC4011，CC4069和电阻若干。

三、实验项目 1．OC门实验

（1）OC门“线与”电路功能测试：将两个OC门进行“线与”连接，以驱动三个TTL与非门，如图2-1所示。EC=+5V，要求VOH=3.6V，VOL=0.3V，工作速度无严格要求。试在负载电阻允许值范围，选取RL值接入电路，并测试其逻辑功能，列表记录测试结果。

（2）用实验方法确定RLmax和RLmin，要求VOH=3.6V，VOL=0.3V。实验电路按图2-2连接，加+5V电源后，调节电位器W，先使电路输出为高电平（即F=3.6V），测得此时的RL值为RLmax。再使电路输出为低电平（即F=0.3V），测得此时的RL值为RLmin。

（3）用OC电路实现TTL与非门驱动CMOS与非门（CC4011）的电平转换电路。取VDD=10V，确定电阻值接入电路，然后在输入端加一个方波信号（fi=1kHz），用示波器观察A点、B点、C点的波形幅度值的变化。

图2-1 OC门“线与”功能测试电路

四、预习要求

（1） 阅读OC门和三态门的工作原理，根据任务要求计算RL的取值范围（即RLmax与RLmin）。

（2）设计实验电路，提出器件清单。 （3）拟定实验方案和调测步骤。