28Multisim数电仿真)集成逻辑门的应用.doc

实验3.3 集成逻辑门的应用 一、实验目的： 1. 通过CMOS门电路的应用实例，加深对门电路的理解。 2．掌握用门电路构成应用电路的仿真方法。 3．利用门电路学会制作简单实用的电子电路。 二、实验准备： 集成逻辑门可以组成许多应用电路，本实验介绍利用逻辑门组成简单多谐振荡器、用施密特触发器构成的脉冲占空比可调多谐振荡器、时钟脉冲源电路等电路的工作原理，并通过电子仿真实验和实验室操作实验，使我们对集成逻辑门电路有更深的了解。它们都具电路简单、性能稳定、功耗低等优点，颇具实用价值。 1．多谐振荡器： 用CMOS门电路组成的多谐振荡器具有电路简单、工作稳定可靠等优点。如图3.3.1是它的组成工作原理图。它利用2个反相器和两只电阻电容组成。 (注：以下所述许多电路原理理论知识虽然目前还没有学到，但并影响仿真实验的进行，故这里只对它们作简单介绍，并不需要大家透彻理解和掌握原理理论知识，主要目的是通过进行仿真实验和实验室操作实验，使大家对逻辑门电路的广泛应用产生兴趣，待以后学了相关知识，再加深对它们工作原理的理解。) 图3.3.1 两个非门工作在电压转输特性的转折区或线性放大区，则它们将工作在放大状态且状态不稳定。只要或的输入电压有极微小的扰动，就会被正反馈回路放大而引起振荡。 假定由于某种原因(例如电源波动或外界干扰)使有微小的正跳变，则必 然会引起如下的正反馈过程： ↑ ↓ ↓ ↑ 使迅速跳变为低电平、迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。同时电容开始充电而开始放电。因为同时经和两条支路充电，所以充电速度较快，首先上升到的阈值电压，并引起如下的正反馈过程： ↑ ↓ ↓ ↑ 从而使迅速跳变至低电平而迅速跳变至高电乎，电路进入第二个暂稳态。 同时，开始充电而开始放电。由于电路的对称性，这一过程和上面所述充电、放电的过程完全对应，当上升到时电路又将迅速地返回为低电平而为高电平的第一个暂稳态。因此，电路便不停地在两个暂稳态之间往复振荡，在输出端产生矩形输出脉冲。 2．用施密特触发器构成的脉冲占空比可调多谐振荡器： 施密特触发器最突出的特点是它的电压传输特性有一个滞回区。由此我们想到，倘若能使它的输入电压在与之间不停地往复变化，那么在输出端就可以得到矩形脉冲波了。 实现上述设想的方法很简单，只要将施密特触发器的反相输出端经积分电路接回输入端即可，如图3.3.2所示。 图3.3.2 当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻只向电容充电。当充到输入电压为时，输出跳变为低电平， 电容又经过电阻开始放电。 当放电至时，输出电位又跳变成高电平，电容重新开始充电，如此周而复始，电路便不停地振荡。和的电压波形如图3.3.3所示。 图3.3.3 在这个电路基础上稍作修改就能实现对输出脉冲占空比的调节，电路接法如图3.3.4所示。在这个电路中，因为电容的充电和放电分别经过两个电阻和， 所以只要改变和的比值，就能改变占空比。 图3.3.4 3．时钟脉冲源电路： 时钟脉冲源电路工作原理如图3.3.5所示。 图3.3.5 它利用与非门构成时钟脉冲源，其中，晶体管接成射极跟随器，可使输出级与前级隔离，电位器变化几十K也不会影响电路的工作状态。因此，该电路具有输出频率范围宽、输出波形好、带负载能力强的优点。 电路的输出频率可由下式计算： .......................………………............3.3.1 式中：为门电路内部等效电阻，一般为几百欧姆(约500欧姆)。输出频率可从几赫兹到几兆赫兹变化，改变电容实现频率粗调，调节实现频率细调。输出波形如图3.3.5右下角所示。 三、计算机仿真实验内容： 1．用CMOS电路组成多谐振荡器： (1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“CMOS”按钮如图3.3.6所示。从弹出的对话框“Family”栏选取“CMOS_5V”，再在“Component”栏选取“4069BD_5V”如图3.3.7所示，最后点击右上角“OK”按钮，将反相器调出放置在电子平台上，共放置2个。 图3.3.6 图3.3.7 (2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Basic”按钮，从中调出“10k”电阻和“100nF”电容各两个，将它们调出放置在电子平台上。 (3). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧右列虚拟元件工具条的“Show Measurement Componences”按钮，见图3.3.8(左图)；从弹出的虚拟元件列表框中分别选取蓝