33320145704911-马珊珊-实验三.docx

实验三??CMOS门电路测试及TTL与CMOS接口设计一、实验目的?了解CMOS门电路参数的物理意义。?????掌握CMOS门电路参数的测试方法。?学会CMOS门电路外特性的测试。?比较CMOS门与TTL门的特点及接口电路设计二、实验原理?CD4011是CMOS二输入端四与非门。以下是它的内部电路原理图和管脚排列图。?1、CMOS门电路的主要参数?（1）CMOS门电路的逻辑高、低电平值，高电平VOH为VDD，低电平VOL为0V。?（2）CMOS门电路输入端有保护电路和输入缓冲，所以多余输入端不允许悬空。（3）平均传输延迟时间tpd：tpd=（tOFF+tON）/2。与TTL相同（4）输出低电平负载电流IoL:使输出保持低电平Vo=0.05V时允许的最大灌流。（5）输出高电平负载电流IoH:使输出保持高电平Vo=0.9VOH时允许的最大拉流。２、CMOS门电路的电压传输特性：?CMOS与非门的电压传输特性是描述输出电压Ｖｏ随输入电压Ｖｉ的变化的曲线。（如图）由图可知VOH,VOL,VT之间的关系３、TTL电路与CMOS电路接口设计：由于TTL与CMOS电路均有门类齐全的标准集成电路。但由于CMOS电路具有静态功耗低、电源电压范围宽而TTL电路具有输出带载能力强、工作速度快等优点；因而在数字系统设计中，经常采用核心逻辑用CMOS而在输出中采用TTL电路，显然，在设计中，不可避免地存在TTL与CMOS电路之间的接口问题，接口电路示意图如图所示：１）接口条件：?驱动门???????负载门?ＶＯＨ（ｍｉｎ）＞＝ＶＩＨ（ｍｉｎ）?ＶＯＬ（ｍａｘ）＜＝ＶＩＬ（ｍａｘ）?ＩＯＨ（ｍａｘ）＞＝ｎＩＩＨ（ｍａｘ）?ＩＯＬ（ｍａｘ）＝ｍＩＩＬ（ｍａｘ）?２）接口电路示意图?３）接口电路设计方法：?接口电路设计应根据实际要求，选择上拉电阻、三极管驱动等方法。三、实验仪器?１）示波器１台?２）多功能电路实验箱１台?３）数字万用表１台四、实验内容1.测量CD4011逻辑功能：?1）按图搭接电路；2）测量输出Y；结果列出真值表（CMOS多余端不允许悬空）2.平均传输延迟时间的测量按图搭接电路;三个与非门首尾相接构成环形振荡器，用示波器观测输出震荡波形，测出周期T，计算出平均传输延迟时间tpd=T/6.3.示波器电压传输特性曲线：示波器测量方法：输入正弦信号Vi（f=200Hz,Vip-p=5V,VIL=0V）,示波器置X-Y扫描。同时X(CH1)、Y(CH2)置DC耦合，观测并定量画出与非门电压传输特性曲线，用示波器比较法测量VOH，VOL。4.观测CMOS门电路（CD4011）带TTL门电路（74LS00）负载（电源电压均为5V时）情况１）当CMOS门带一个ＴＴＬ门时；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门带四个ＴＴＬ门时；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。5.观察TTL门电路（74LS00）带CMOS门电路(CD4011)负载（当电源电压分别为5v,12v）的情况：测量电路如图，A端加入TTL信号(f=10kHZ),用示波器观察记录A,B,D各点的波形，试说明此电路有何问题？试在B,C间利用三极管设计一接口电路，使输出D的波形与输入A反相。（三极管9011参数：=100、VBES=0.7V,VCES=0.2V,ICM=30mA）.6.若要使D与A同相，最简电路设计。五、实验数据1.测量CD4011逻辑功能，测出Y，并列出真值表2. 平均传输延迟时间的测量表一 CMOS参数参数VOH(v)VOL(v)Tpd(ns)测量值5.0700.00719.2其中：T=115.0ns;tpd=T/6=19.2ns真值表：示波器电压传输特性曲线：表三电压传输特性曲线参数参数VOH（v）VOL(V)VT(V)测量值5.0200.06252.5024.观测CMOS带TTL表四接口电路测量参数CMOS带1个TTLCMOSTTLCMOS带4个TTLCMOSTTLVO(V)VO(V)VO(V)VO(V)VIL0V5.0700.018VIL0V5.0750.013VIH5V0.0144.851VIH5V0.1203.428分析：由表知，CMOS带1个或者是4个TTL均满足接口条件，但因实验时用的TTL不是74LS系列，所以在测量结果上可能有误差。观测TTL带CMOS在用TTL(74LS00)带CMOS门电路（CD4011）时，通过观察A,B,D点的波形都无法得到结果。分析：由表知，TTL(74LS00)带CMOS时即表中黄色底纹部分，所以在测量时无法观察到正确波形。改进：实验要求利用三极管设计并使输出波形与A反相。而在实验中我们采用了在B,C间与CMOS电压源