实验十四 TTL 、CMOS 门电路参数及逻辑特性的测试
厦门大学 通信工程系 林 XX
一. 实验目的：
1、 掌握 TTL 、 CMOS 与非门参数的测量方法；
2、 掌握 TTL 、 CMOS 与非门逻辑特性的测量方法；
3、 掌握TTL 与CMOS 门电路接口设计方法。

二. 实验原理：
(一 )TTL 门电路：
TTL 门电路是标准的集成数字电路， 其输入、 输出端均采用双极型三极管结构： 凡是 TTL 器件特性均与TTL 门电路具有相同特性，故需了解 TTL 门电路的主要参数。

7400是TTL 型中速二输入端四与非门。

图 1是它的内部电路原理图和管脚排列图。

1、TTL 与非门的主要参数：
(1 )输入短路电流： I IS ： 与非门某输入端接地时，该输入端接入地的电流。

(2) 输入高电平电流 I IH ：
与非门某输入端接 V CC ( 5V),其他输入端悬空或接 V cc 时，流入该输入端的电流。

TTL 与非门
特性如图
3 所示。

I OL ：输出保持低电平 V O =0.4V 时允许的最大灌流(如图 4); 1。

比输出保持高电平 V O =0.9V OH 时允许的最大拉流；
2 所示：
(3) 开门电平 V ON : 使输出
端维持低电平 (4) 关门电平 V OFF ： 使输
出端保持高电平 阀值电平
V T :V T =(V OFF +V ON )/2
(5) 开门电阻 R ON ： 某输入端对地接入电阻 最小电阻值。

( 6)关门电阻 R OFF ： 某输入端对地接入电阻 许的最大
V O L 所需的最小输入高电平，通常以 V O =0.4V 时的Vi 定义。

V O H 所允许的最大输入低电平，通常以 Vo=0.9V OH 时的Vi 定义。

其他悬空)
其他悬空) ，使输出端维持低电平(通常以 V O =0.4V )所需的
，使输出端保持高电平 V O H (通常以V=0.9V OH 所允
TTL 与非门输入端的电阻负载特性曲线如图 输
出低电平负载电流 输出高电平负载电流 7) 8)
9) 平均传输延迟时间 tpd ： ①开通延迟时间t 0FF ：输入正跳变上升到 1.5V 相对输出负跳变下降到 1.5V 的时间间隔； ②关闭延迟时间t °N ：输入负跳变上升到
1.5V 相对输出正跳变下降到
1.5V 的时间间隔； ◎平均传输延迟时间：开通延迟时间与关闭延迟时间的算术平均值。

tpd= (t ON +t OFF ) /2
TTL 与非门平均传输延迟时间示意图如图 6 所示。

2、TTL 与非门的电压传输特性：
TTL 与非门的电压传输特性是描述输出电压V O 随输入电压 Vi 变化的曲线，如图 7 所示。

从 Vi~Vo 曲线中，形象地显示出 V OH,V OL,V ON,V OFF,V T 之间的关系。

（二）CMOS门电路：
COMS门电路是另一类常用的标准数字集成电路，其输入、输出结构均采用单极型三极管结构，凡COMS电路特性均具有CMOS门电路形同的特性。

C4011是CMOS二输入端四与非门。

下图是内部电路原理图和管脚排列图。

1、CMOS门电路的主要参数：
（1）由于CMOS门电路输入端具有保护电路和输入缓冲，而输入缓冲为CMOS反相器，为
电压控制器件，故当输入信号介于0~Vdd时，li=0;多余输入端不允许悬空；
（2）输出低电平lol :使输出保持电平 Vo=0.05 V时允许的最大灌流；
（ 3）输出高电平负载电流 loh ：使输出保持高电平 Vo=0.9Voh 时的最大拉流；
（ 4）平均传输延迟时间 Ty ：同 TTl 门电路定义。

2、CMOS门电路的电压传输特性
3、与非门的逻辑特性输入有低，输出就高；输入全高，输出就低。

（三）TTL电路与CMOS电路的接口设计：（图见书上）
Voh（ min ）＞=V1h（min） Vol（max）＜=Vil（max）
lon（max）＞=nlih（max） lol（max）＜=mlil（max）
三、实验仪器
示波器，函数信号发生器，“四位半”数字多用表，多功能电路实验箱
四、实验内容
1、TTL、CMOS与非门主要参数的测量
（ 1 ） l lS、 V OH、 l lH、 V OL：
实验电路如图，将输入端 2串接电流表“ A”到地，此时电流表指示值为l IS。

电压表指
示值为V OH。

实验电路如图13所示，将输入端2串接电流表“ A”到电源，此时电流表指示值为IIH，电压表指示值为 V OL（测量V OH时应接模拟负载电阻 2K,测量V OL时应接入模拟灌流电阻 390 欧姆）。

（2）TTL、CMOS与非门灌流负载能力测试：
实验电路如图13所示。

电流表量程置200mA。

将Rw组建缩小，当输出电压上升到0.4v （CMOS）为0.5V 时，电流表测量值为 I OL。

（3）TTL、CMOS与非门拉流负载能力测试
实验电路如图14所示。

电流表量程 20mA,将Rw组建缩小，当输出电压下降到0.9V OH
时，电流表测量值为I OH。

朋12 图卩力崗国图图口丁TL垃・；上
(4)TTL、CMOS与非门平均传输延迟时间的测量：
测量电路如图15所示。

三个与非门首尾相接便构成环形振荡器，用示波器观测输出震荡波形，并测出振荡周期 T,计算出平均传输延迟时间Ty=T6.
(5)将上述测量参数填入表表一T T L参数
2、TTL与非门传输特性的测量
测量如图16所示。

输入正弦波信号 Vi(f=200Hz, Vip-p : 0-5V)示波器置X-Y扫描。

观测并画出与非门电压性曲线，用示波器测量VOH, VOL
3、CMOS与非门电压传输特性的测量
按上述方法，观测并画出CMOS与非门电压传输特性曲线，并用示波器测量VOH, VOl，
VT。

4、将TTL、CMOS测量参数填入表二：
5、观测CMOS门电路带TTL门电路（当电源电压均为 5V时）的情况：
（1）当CMOS输出带一个TTL门时；当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输出带四个TTL门（四个TTL门输入并接）时如图17所示；在CMOS输入端分别输入高电平（5v）或低电平（0V）时，测量CMOS与非门输出端的相应电平。

6、将测量数据填入表三
测量电路如图18，在A端加入TTL信号（f=10KHz）用示波器观察记录 A B D点的波形, 试说明此电路有何问题？试在 B C之间利用三极管设计一接口电路（ 9011三极管参数：B =100, lcm=30mA）使输出D的波形与输入 A反相。

电路设计：
反相电路设计如下图：（注意串接大小为10K的电阻）
&若要D与A相同，最简电路应如何设计。

实验图像：（ A， B 点的）
设计电路：
同相波形：反相波形：
实验总结：
通过此次实验，我从中复习数字电路中关于TTL、CMO的相关知识。

此次实
验的实验原理都比较简单，属于验证性实验，但需要验证的内容比较多，且我的操作不是很熟练，所以做起来操作时间长，但是总的来说过程还是比较顺利的。

我在连接1个CMO带4个TTL时, 四个TTL并联一开始没接好，导致测得数据错误，后经自己检查发现了问题，电路没能一次性接好说明我的连接电路能力还有待提高。