實(shí)驗(yàn)三集成邏輯門電路的功能和參數(shù)測試

2015~2016秋冬322023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試熟悉基本邏輯門電路的功能、外部電氣特性和邏輯功能的特殊用途熟悉TTL與非門和MOS或非門的封裝及管腳功能掌握主要參數(shù)和靜態(tài)特性的測試方法，加深對各參數(shù)意義的理解進(jìn)一步建立信號傳輸有時(shí)間延時(shí)的概念進(jìn)一步熟悉示波器、函數(shù)發(fā)生器等儀器的使用32023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)字示波器RIGOLDS1062E-EDU 1臺(tái)三用表 1只低頻信號發(fā)生器YB1638 1臺(tái)邏揖電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)實(shí)驗(yàn)材料（在實(shí)驗(yàn)箱上）兩輸入與非門74LS00 1片兩輸入或非門CD4001 1片電阻4.7KΩ電位器 1只100Ω/1KW 1只42023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試驗(yàn)證集成電路74LS00“與非”門的邏輯功能驗(yàn)證集成電路CD4001“或非”門的邏輯功能測量集成電路74LS00邏輯門的傳輸延遲時(shí)間tpd測量集成電路CD4001邏輯門的傳輸延遲時(shí)間tpd測量集成電路74LS00傳輸特性與開關(guān)門電平VON和VOFF52023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試數(shù)字集成電路的基本參數(shù)：62023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試扇出系數(shù)是數(shù)字邏輯器件用來衡量其輸出負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù)，表征器件的額定輸出能力。邏輯器件是二值量化器件，其輸出負(fù)載能力可折算成驅(qū)動(dòng)多少個(gè)同類型邏輯門的數(shù)目。在額定輸出電壓范圍內(nèi)，器件能帶動(dòng)的同型號門的數(shù)目稱為扇出系數(shù)。74LS00與非門輸入電路輸入A和B為高電平時(shí)，T1截止，驅(qū)動(dòng)電流很小輸入A或B為低電平時(shí)，T1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電流較大72023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試TTL的扇出驅(qū)動(dòng)只要測量輸出端為額定低電平時(shí)，輸出端能吸收多少電流。一般在輸出端電壓達(dá)到最大允許值（≤

0.4V）時(shí)測量這個(gè)電流，它也稱作最大灌入電流IoLmax。將這個(gè)電流與低電平輸入電流IiL

相除即可獲得TTL的扇出系數(shù)No

:No=IoLmax∕

IiL最大灌電流IoLmax測量：將輸入端A,B懸空或接高電平，調(diào)節(jié)W使電壓表讀數(shù)為0.4V時(shí)，電流表上讀數(shù)即是IoLmax；也可通過公式IoLmax=(VCC?0.4)∕(R+RW

)計(jì)算然后代入上面的公式計(jì)算扇出系數(shù)NoA,B是高電位，F(xiàn)輸出低電位（≤

0.4V時(shí)低電位臨點(diǎn)

）82023/2/6基本開關(guān)電路邏輯電平VCC/VVOH/VVOL/VVIH/VVIL/V說明TTL5.0≥2.4≤0.4≥2.0≤0.8輸入腳懸空時(shí)默認(rèn)為高電平LVTTL3.3≥2.4≤0.4≥2.0≤0.8LVTTL2.5≥2.0≤0.2≥1.7≤0.7COMS5.0≥4.45≤0.5≥3.5≤1.5輸入阻抗非常之大LVCOMS3.3≥3.2≤0.1≥2.0V≤0.7LVCOMS2.5≥2.0≤0.1≥1.7≤0.7RS232±12~15?3~?153~15?3~?153~15負(fù)邏輯本課程使用的芯片電平主要是TTL和COMS92023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試輸出高電平VoH是指當(dāng)輸出端為高電平時(shí)的電壓，一般大于2.4V，它可衡量輸出端高電平負(fù)載特性74LS00的VoH是指在輸入端接地或低電平時(shí)，輸出端為高電平并輸出400μA電流時(shí)測量的輸出電平102023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試輸出低電平VoL是指當(dāng)輸出端為低電平時(shí)的輸出電壓，一般小于0.4V，可衡量輸出端低電平負(fù)載特性74LS00的VoL是指在輸入端接高電平時(shí)，輸出端為低電平并灌入4mA電流時(shí)測量的輸出電平112023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試電壓傳輸特性是指輸出電壓隨輸入電壓而變化的關(guān)系特性。它可以充分顯示出門輸入輸出的邏輯特征，可以反應(yīng)出二值量化及門開關(guān)躍遷是一個(gè)連續(xù)過渡的過程。74LS00的電壓傳輸特性曲線如右圖，圖中標(biāo)有四個(gè)開關(guān)參數(shù)輸出高電平VoH輸出低電平VoL開門電平VON關(guān)門電平VOFF

iinputooutputnnoisessourceHHighLLow122023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試關(guān)門電平VOFF指使輸出電壓剛好達(dá)到輸出轉(zhuǎn)折至額定電平值時(shí)的最高輸入低電平電壓74LS00的VOFF是當(dāng)輸入電壓由零逐漸上升、輸出電壓逐漸下降，當(dāng)輸出電壓剛好降到額定最低高電平2.4V時(shí)的最高輸入低電平電壓。Voff:Vout=2.4時(shí)的Vi的電壓值iinputooutputnnoisessourceHHighLLow132023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試開門電平VON指使輸出電壓剛好達(dá)到輸出轉(zhuǎn)折躍遷至另一狀態(tài)額定電平值時(shí)的最低輸入高電平電壓在74LS00中是當(dāng)輸入電壓由VOFF繼續(xù)上升，輸出電壓急劇下降，當(dāng)輸出電壓剛好降到額定低電平0.4V時(shí)的最低輸入高電平電壓稱VON

Von:Vout=0.4時(shí)的Vi的電壓值iinputooutputnnoisessourceHHighLLow142023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試噪音容限是指加到正常輸入值上、且不會(huì)在電路的輸出產(chǎn)生不可預(yù)料變化的最大外部噪音電壓。設(shè)額定輸入高電平值為VsH，額定輸入低電平值為VsL，則低電平電平噪聲容限VnL=VOFF－VsL

=VOFF－0.4(VOL≤0.4)高電平電平噪聲容限VnH=VsH－VON=2.4－VON(VOH≥2.4)152023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試傳輸時(shí)間是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，是晶體管PN節(jié)電容、分布寄生電容、負(fù)載電容等充放電時(shí)間引起的輸出信號滯后于輸入信號一定時(shí)間的參數(shù)平均傳輸時(shí)間tpd由兩部分構(gòu)成從高電平躍遷到低電平滯后時(shí)間tPHL從低電平躍遷到高電平滯后時(shí)間tPLH162023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試平均延遲時(shí)間一般把電壓的最大和最小值的中間50％點(diǎn)作為時(shí)間參考點(diǎn)，測出tPHL

和tPLH后求其平均值：tpd＝(tPHL＋tPLH)／2為提高測量精度，采用環(huán)形振蕩器測量傳輸延遲時(shí)間：假設(shè)每個(gè)與非門延遲時(shí)間相同，則振蕩器周期T＝6tpd一個(gè)邏輯門的延遲時(shí)間為T/6172023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試低電平輸入電流IiL指輸入端接地時(shí)流過此輸入端的電流，也稱為輸入短路電流，可衡量低電平輸入電阻特性在74LS00中是指一個(gè)輸入端接地，另一個(gè)輸入端懸空時(shí)輸入端流出的電流182023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試高電平輸入電流IiH指輸入端接高電平時(shí)流過此輸入端的電流，可衡量高電平輸入電阻特性在74LS00中是指一個(gè)輸入端高電平，另一個(gè)輸入端懸空時(shí)流入輸入端的電流192023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試空載導(dǎo)通功耗PON是指輸出端為低電平且不接負(fù)載時(shí)的器件功耗，用于衡量器件輸出導(dǎo)通時(shí)的器件功耗在74LS00中是指輸入端均接高電平時(shí)，輸出端為低電平且不接負(fù)載時(shí)的器件功耗202023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試空載截止功耗POFF是指輸出端為高電平且不接負(fù)載時(shí)的器件功耗，用于衡量器件輸出截止時(shí)的器件功耗在74LS00中是指輸入端均接低電平時(shí)，輸出端為高電平且不接負(fù)載時(shí)的器件功耗212023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試驗(yàn)證集成電路74LS00“與非”門的邏輯功能驗(yàn)證集成電路CD4001“或非”門的邏輯功能測量集成電路74LS00邏輯門的傳輸延遲時(shí)間tpd測量集成電路CD4001邏輯門的傳輸延遲時(shí)間tpd測量集成電路74LS00傳輸特性與開關(guān)門電平VON和VOFF222023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試將芯片插入實(shí)驗(yàn)箱的IC插座中，注意芯片的方向按右圖連接電路，VCC接電壓5V，地端接地線高低電平通過S14/S15/S16/S17撥位開關(guān)產(chǎn)生，以真值表順序遍歷輸入A,B所有組合，測量A,B及輸出F電壓并記入右表VB(V)VA(V)VF(V)232023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試將芯片插入實(shí)驗(yàn)箱的IC插座中按右圖連接電路，VCC接直流5V電壓，地端接地線高低電平通過S14/S15/S16/S17撥位開關(guān)產(chǎn)生，以真值表順序遍歷輸入A,B所有組合，測量輸入端A,B及輸出端F電壓值，記錄右表重復(fù)步驟3~4，測量其他3個(gè)門的邏輯關(guān)系并判斷門的好壞VB(V)VA(V)VF(V)242023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試將芯片插入實(shí)驗(yàn)箱的IC插座，注意芯片方向按圖連接電路，VCC接5V電源，地端接地線將示波器接到振蕩器的任何一個(gè)輸入或輸出端調(diào)節(jié)頻率旋鈕，測量Vo的波形，讀出周期T并計(jì)算傳輸延遲時(shí)間接線要點(diǎn)：74LS00每個(gè)與非門的其中一個(gè)引腳接高，其它引腳串聯(lián)。252023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試將芯片插入實(shí)驗(yàn)箱的IC插座，注意芯片方向按圖連接電路，VCC接5V電源，地端接地線將示波器接入到振蕩器的輸入或輸出端調(diào)節(jié)頻率旋鈕，測量Vo的波形，讀出周期T并計(jì)算傳輸延遲時(shí)間接線要點(diǎn)：CD4001每個(gè)或非門的其中一個(gè)引腳接地，其它引腳串聯(lián)即可。262023/2/6集成邏輯門電路的功能及參數(shù)測試將芯片插入實(shí)驗(yàn)箱的IC插座按圖連接電路（見下頁）將直流電表分別接入A端和與非門的輸出2Y端從b端往a端緩慢調(diào)節(jié)電位器W，觀察Vi,Vo

兩電壓表的讀數(shù)，并記錄