应用电子学实验讲义(II)
TTL和CMOS逻辑闸
零件
74LS00 CD4011 电阻 1k 二枚; 二枚; 五枚.
目的
研习TTL和CMOS逻辑闸之基本特性.
相关知识
1. TTL和CMOS逻辑闸线路结构及基本输入输出特性. 2. 组合逻辑. 3. TTL NAND闸74LS00及CMOS NAND闸CD4011B 的接脚请参考附录一. 实验前请阅读TTL和CMOS相关之补充资料.
预习问题
1. 请参考补充资料画出TTL和CMOS的输出—输入特性曲线. 2. 以NAND闸为基本元件,组合设计出一个AND闸和一个OR闸. 3. 用NAND闸为基本单元,设计一个XOR(exclusive or). 其真值表如下: 输入 输出 A B Q 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 4. 一个由n个NOT闸接成的环振荡器,每个闸的delay time为tp,试证明其中任一 NOT闸输出电压的振荡周期T=2ntp. 5. 请参考元件资料画出74LS00和CD4011的接脚图,并查出两元件的延迟时间.
程序
本实验中除非特别说明,第14脚均接5V电源(请先用数位电表量过).
NAND闸之基本操作
这是同学第一次玩数位IC,很简单吧!接好电源就可以开始工作.不过请同学将IC插入 面包板时格外小心,看清楚洞和脚的位置,有时你可能要调一下脚的位置,Be gentle to these tiny ICs!
TTL 和 CMOS 逻辑闸之1
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1.用74LS00的一个NAND闸,检试一下是不是依 NAND闸操作,写出它的真值表,并记录下输出 Q在1和0时之电压值. 2.改用CD4011B,重复上面步骤.
NAND GATE
A (1) B (2)
Q (3)
TTL和CMOS闸的输入输出特性曲线
1.将74LS00中的一个NAND闸的其中一个输 5V 入接到5V(其间要串接一1k之电阻以保护 1k Q A Q IC 线 路 ) , 形 成 一 个 "NOT" 闸 ( 或 称 反 A 闸).(你可由上面所得之真值表看出.) 2.输入一个1kHz的正弦波(振荡的范围在 0~5V)到"NOT"闸,用示波器的X-Y模式观 察输入(X)和输出(Y)的关系,并记下曲线上转折点的电压值及VOH和VOL(即输出 为逻辑1和0之电压值).频率改为100kHz及1MHz,输入输出关系曲线有何变化 3.用CD4011B的一个NAND闸,重复步骤1和2.比较TTL和CMOS之特性.
NAND 当作基本闸
NAND(或NOR)可当作最基本的逻辑闸,用来组合成任何其他逻辑闸.这里请同 学只用NAND闸,组合成AND及OR闸. 利用7400或4011接出AND闸和OR闸,并测试它们是不是果然不出所料如期工作, 假如有问题,请修正到正确为止.
一个简单的记忆体
假如将两个"NOT闸"如右图般头尾串接起 来,此电路只有两个可能稳定状态,可当做记忆体 (Only for one bit!). 1.将74LS00闭NAND闸依程序2接成NOT闸,将两个 NOT闸头尾串接起来如右图中之电路,测A点和B点 的电压.将A点接地一下(利用一条导线一端接到A 点,另一端碰一下地线),记录这时的A,B的电 压;再将A点接到5V一下,再记录A,B点的电压. 2.用CD4011B重复步骤1.
One bit Memory
A
B
环振荡器(Ring Oscillator)
程序4中的电路可推广到任偶数个NOT闸头尾串联起来所得的电路均只有两 个可能的稳定状态,当然若只是要当1bit的记忆体,两个NOT闸可以做到的事,没 有人会用4个或10个来做.假如我们将奇数NOT闸头尾串联起来呢 此电路没有稳 态,振荡起来了!我们称此振荡器叫环振荡器(Ring Oscillator).半导体工业界 常用它来测闸的速度或延迟时 间 ( Propagation Delay Time Ring Oscillator
TTL 和 CMOS 逻辑闸之2
n(奇数)个 NOT
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tp).延迟时间是指一个闸的输入变化时,它的输出反应所需时间.此振荡器的周 期T刚好是2ntp,n是NOT闸的数目. 1.利用74LS00(两个)接出一个 n=5 的环振荡器,测出它的振荡周期T,计算tp. 2.开始改变电源供应器的电压VCC (第14只脚),观察对T的影响,记录T对VCC (0~10V)的关系.VCC多小时,振荡器不再工作 3.改用CD4011B重复步骤1和2,这时直流电源叫VDD.记录VDD由0到15V,T的变 化.

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