厦大数电 实验三 - 图文

实验三 CMOS门电路测试及TTL与CMOS接口设计

一、实验目的

1.了解CMOS门电路参数的物理意义； 2.掌握CMOS门电路功能测试方法； 3.学会CMOS门电路电路外特性的测试；

4.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。 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2）。

3、TTL电路与CMOS电路接口设计： 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.函数信号发生器 1台

3.数字万用表 1台 4.多功能电路实验箱 1台

四、实验内容

1.测量CD4011逻辑功能：

在A、B两端加不同的逻辑电平，用电压表测量对应的输出端Y，将结果列成真值表。

表1 A、B与Y真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 1 1 1 Vo 5.026 5.024 5.024 -0.000 2.平均传输延迟时间的测量：

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.

测得T=128.5ns；tpd=T/6=21.42ns

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。

表2 电压传输特性曲线

参数 测量值 VOH 4.525V VOL -410mV VT 2.4825V 作出与非门电压传输特性曲线如图：

4.观测CMOS门电路（CD4011）带一个TTL门电路（74LS00）负载情况：

（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。

表3 接口电路测量参数 CMOS CMOS带1个TTL Vo VIL VIH 0V 5V 5.010V 0.193V Vo 0.056V 5.025V VIL VIH 0V 5V TTL CMOS带4个TTL Vo 5.010V 0.450V Vo 0.051V 3.516V CMOS TTL 5、若要使D与A同相，最简电路设计。

由

VCC-VOL?IOL；IOL=16mA；推出R=10kΩ时成立。 R方法为加一个上拉电阻。从示波器上输入一个方波（f=200Hz,Vip-p=5V,VIL=0V），在示波器上观察得输入和输出信号同相，说明电阻取值合理，设计成立。

五、思考题

1.CMOS电路多余输入端在使用时不允许悬空，其理由是什么？

答：因为CMOS门电路里面都是场效管，因为悬空的输入端输入电位不定，会破坏电路的正常逻辑关系，另外悬空时输入的阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路误动作，而且也极易使用权栅极感应静电，造成击穿。 2.一般的CMOS门电路能否进行“线与”？为什么？若要将CMOS门的输出进行逻辑与，你认为采用什么办法？

答：一般的不行，需找漏极开路的，再上拉个电阻才行。要将CMOS门的输出进行逻辑与，可以直接搭成与非门，如果要搭建与门则需要在与非门后再加个反相器。

3.若考虑用一个TTL门直接推动一个CMOS门，或者用一个CMOS门直接推动一个TTL门，试问能否政才工作？

答：在同样5V电源电压情况下，CMOS电路可以直接驱动TTL，因为CMOS的输出高电平大于2.0V,输出低电平小于0.8V；而TTL电路则不能直接驱动CMOS电路，TTL的输出高电平为大于2.4V，如果落在2.4V～3.5V之间，则CMOS电路就不能检测到高电平，低电平小于0.4V满足要求，所以在TTL电路驱动CMOS电路时需要加上拉电阻。若CMOS为12V，则只能CMOS驱动TTL。

六、实验小结

通过这次实验，我了解了CMOS门电路参数的测量方法，对于实验原理还不甚了解，整个实验的过程比较不顺利。在做实验五的验证时，一开始一直不能在示波器上得到同相的波形，重拆线路仍不行，后来换了台仪器才成功。在测量电阻的时候一点要记得断开电源，否则测得的数据是不准确的。用示波器输出信号时应该注意到最低电平是0，所以要给输出信号一个2.5V的直流偏置，CH1、CH2都要采用DC耦合的方式。

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