数字电子技术实验 教案

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1、平顶山学院教案2012~~2013学年第1学期承担系部电气信息工程学院课程名称数字电子技术实验授课对象11电气、电子、测控授课教师张晓朋职称讲师教材版本电工电子实验与计算机仿真教程参考书2012年9月3日平顶山学院数字电子技术实验教案数字电子技术基础实验实验一集成逻辑门电路的参数测试[实验目的]1、掌握TTL型和CMOS型集成与非门主要参数的测试方法。2、熟悉数字电路实验装置的结构、基本功能和使用方法。[仪器设备]1、+5V直流电源；2、逻辑电平开关；3、逻辑电平显示器；4、直流数字电压表；5、直流毫安表；6、74LS20、1K、10K

2、电位器，200Ω电阻器(0.5W)；CC4011[实验原理]1、本实验采用四输入双与非门74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图1-1(a)、(b)、(c)所示。图1-174LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列2、TTL与非门的主要参数(1)低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为PCCL=UCC·ICCL。ICCL和ICCH测试电路如图1-2(a)、(b)所示。(2)低电平输入电流IiL和高电平输入电

3、流IiH。在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数。在多级门电路中，IiH相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。1平顶山学院数字电子技术实验教案IiL与IiH的测试电路如图1-2(c)、(d)所示。图1-2TTL与非门静态参数测试电路图(3)扇出系数N0扇出系数N0是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数，门电路有两种不同性质的负载，

4、即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数N0L和高电平扇出系数N0H。通常IiH＜IiL，则N0H＞N0L，故常以N0L作为门的扇出系数。N0L的测试电路如图1-3所示，调节RL使U0L=0.4V，此时的I0L就是允许灌入的最大负载电流，即IOLN，通常N0L≥8OLIiL(4)电压传输特性门的输出电压u0随输入电压ui而变化的曲线u0=f(ui)称为门的电压传输特性。测试电路如图1-4所示，调节RW，逐点测得Ui及U0，然后绘成曲线。图1-3扇出系数测试电路图1-4传输特性测试电路(5)平均传输延迟时间tpd2

5、平顶山学院数字电子技术实验教案tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边沿0.5Um点的时间间隔，如图1-5所示。(a)传输延迟特性(b)tpd的测试电路图1-5传输延迟特性图1-5(a)中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间，平均传输延迟时间为1t(tt)(1-2)pdpdLpdH2tpd的测试电路如图1-5(b)所示，由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。其工作原理是：假设电路

6、在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1”，通过三级门的延迟后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延迟后，A点电平又重新回到逻辑“1”。电路中其它各点电平也跟随变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为Tt(1-3)pd6TTL电路的tpd一般在10ns~40ns之间。3、CMOS与非门的主要参数CMOS与非门主要参数的定义及测试方法与TTL电路相仿，从略。[实验过程]1、74LS20主要参数的测试(1)分别按图1-2、1-3、1-5(b)接线并进行测试,将测试结果记入

7、表1-1中。(2)按图1-4接线，调节电位器RW，使ui从0V向高电平变化，逐点测量ui和uo的对应值，记入表1-2中。2、CMOS与非门CC4011参数测试(方法与TTL门电路相同)(1)测试CC4011一个门的ICCL、ICCH、IiL、IiH。(2)测试CC4011一个门的传输特性(一个输入端作信号输入，另一个输入端接逻辑高电平)。(3)将CC4011的三个门串接成环形振荡器，用示波器观测输入、输出波形，并3平顶山学院数字电子技术实验教案计算出tpd值。[原始纪录]表1-1ICCL(mA)ICCH(mA)IiL(mA)I0L(mA

8、)N0=IOL/IiLTpd=T/6(ns)表1-2Ui(V)00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.53.0Uo(v)Ui(V)3.54.04.55.0Uo(v)[数据处理]1、