数字电路使用手册.docx

数字电路使用手册.docx

《数字电路使用手册.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路使用手册.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字电路使用手册

数字电路使用手册

1.信号源：

面板上有五个频率输出点，分别为1MHzlOOKHz1OKHz、1KHz、1HZ可用作信号源。

2.指示灯：

LO—L11十二个指示灯可作为输出指示，当输出为高电平时红灯亮，当输出为低电平时

绿灯亮。

3.数码管：

板上共有数码管六个，其对应的输入为8421码的数据线，分别为Dx、Cx、Bx、Ax下标分别对应六个数码管，数码管为共阴极，对应的公共端为LEDx,将LEDx接地对应的数

码管点亮，用Dx、Cx、Bx、Ax进行编码，得到从"09”的显示

4.单脉冲：

板上有单脉冲输出端分别为P+、P-,当按下相应按键时P+由低变高，P-由高变低。

5.电源：

除+5v电源外，在箱子的正上方有两个可调电源输出端口。

分别在+5~+15及-5~-15

范围内可调。

6.开关：

在箱子的右下方有kO—k11十二个拨动开关。

拨下输出低电平，拨上输出高电平。

实验一晶体管开关特性、限幅器与钳位器

、实验目的

1.观察晶体二极管、三极管的开关特性，熟知外电路参数变化对晶体管开关特性的影响。

2．掌握限幅器和钳位器的基本工作原理。

二、实验原理

1．晶体二极管的开关特性

由于晶体二极管具有单向导电性，故其开关特性表现在正向导通与反向截止这两种不同状态的转换过程。

如图1—1电路输入端，施加一方波激励信号Vi,由于二极管结电容的存在，因而有充电、放电和存贮电荷的建立与消散的过程。

因此当加在二极管上的电压突然由正向偏置（+Vi）变

为反向偏置（-V2）时，二极管并不立即截止，而是出现一个较大的反向电流-V2/R，并维持一

段时间ts（称为存储时间）后电流才开始减小，再经tf（称为下降时间）后，反向电流才等于静态特性上的反向电流IO，将trr=ts+tf叫做反向恢复时间。

trr与二极管的结构有关，PN结面积小，结电容就少，存储电荷就少，ts就短。

同时也与

正向导通电流和反向电流有关。

当管子选定后,减小正向导通电流和增大反向驱动电流,可加速电路的转换过程。

2．晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性是指它从截止到饱和导通,或从饱和导通到截止的转换过程,而且这种转换都需要一定的时间才能完成。

如图1—2所示的电路，施加一个足够幅度（在-V2和+Vi之间变化）的矩形脉冲电压Vi激励信号，就能使晶体管从截止状态进入饱和导通，再从饱和进入截止。

可见晶体管T的集电极

电流ic和输出电压Vo的波形已不是一个理想的矩形波,其起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,其上升沿和下降沿都变得缓慢了,如图1—2所示。

图中的td为延迟时间，tr为上升时间，ts为存贮时间，tf为下降时间，通常称ton=td十tr为三极管开关的“接通时间”，toff=ts+tf为三极管开关的“断开时间”。

形成上述

开关特性的主要原因乃是晶体管结电容之故。

改善晶体管开关特性的方法是采用加速电容Cb

和在晶体管的集电极加二极管D嵌位，如图1—3所示。

G是一个近百PF的小电容，当V1正跃变期间，由于Q的存在，R4目当于被短路，M几乎全部加到基极上，使T迅速进入饱和，td和tr大大缩短。

当V1负跃变时，R>l再次被短路，使T迅速截止，也大大缩短了ts和tf，可见Cb仅在瞬态过程中才起作用，稳态时相当于开路，对电路没有影响。

Cb既加速了晶体管的接通过程又加速了断开过程，故称之为加速电容，这是一种经济有效的方法,在脉冲电路中得到广泛应用。

图1—1晶体二极管的开关特性图1—2晶体三极管的开关特性

嵌位二极管D的作用是：

当管子T由饱和进入截止时，随着电源对分布电容和负载电容的充电，Vo逐渐上升。

因为Vcc>E,当Vo超过E后，二极管D导通，使Vo的最高值被嵌位在E,从而缩短Vo波形的上升边沿，而且上升边的起始部分又比较陡，所以大大缩短了输出波形的上升时

间tr。

3•利用二极管与三极管的非线性特性，可构成限幅器和嵌位器。

它们均是一种波形变换电路，在实际中均有广泛的应用。

二极管限幅器是利用二极管导通时和截止时呈现的阻抗不同来实现限幅，其限幅电平由外接偏压决定，三极管则利用其截止和饱和特性实现限幅。

嵌位的目的是将脉冲波形的顶部或底部嵌制在一定的电平上。

三、实验仪器与器件

请仔细查看数字电路实验箱的结构：

直流稳压电源、信号源、逻辑开关，电平显示，元器件位置的布局及其使用方法。

1.+5V直流电源2.双踪示波器

3•连续脉冲源4•音频信号源

5.直流数字电压表

6.2CP229013、3DK22AK2及RC元件若干

四、实验内容

在实验箱合适位置放置元件，然后接线。

1•二极管反向恢复时间的观察

按图1—4接线，E为偏置电压（0—2V可调）

（1）输入信号Vi为频率f=10KHz方波，E调至0V,用双踪示波器观察记录输入信号Vi和

输出信号Vo的波形，并读出存贮时间ts和下降时间Tf的值。

（2）改变偏值电压E（由0变到2V），观察输出波形Vo的ts和tf的变化规律，记录结果进行分析。

2

•三极管开关特性的观察

rT.2CP22R卄

1300£>|

-TLTL

图1—4二极管开关特性实验电路

图1—3改善三极管开关特性的电路按图1—5接线，输入V1为1KHz方波信号

（1）将B点接至负电源-Eb，使-Eb在0—-4V内变化。

观察并记录输出信号Vc波形的td、tr、ts和tr的变化规律。

（2）将B点换接在接地点，在Rbl上并一30PF的加速电容Q,观察G对输出波形的影响，然

后将Cb更换成300PF,观察并记录输出波形的变化情况。

（3）去掉Q,在输出端接入负载电容C=30PF,观察并记录输出波形的变化情况。

（4）在输出端再并接一负载电阻RL=1KQ，观察并记录输出波形的变化情况。

（5）去掉R_,接入限幅二极管D（2AK2），观察并记录输出波形的变化情况。

3•二极管限幅器

HII

图1—6二极管限幅器

图1—5三极管开关特性实验电路

按图1—6接线，输入V1为f=10KHz,Vpp=4V的正弦波，令E=2V,1V,OV-1V，观察输出波形，并列表记录。

4•二极管嵌位器

按图1—7接线，V为f=10KHz的方波信号，令E=1V,0V,-1V,-3V，观察输出波形，并列表记录。

5•三极管限幅器

按图1—8接线，V为正弦波，f=lOKHz,VPp在0—5V范围连续可调

Vi1

tltV

0

0

图1—7二极管嵌位器

Vi

E21

4.n[]

hi

C■»—

5,IK

R3

lk

在不同的输入幅度下，观察输出波形

K4

Ik

\T

图1—8三极管限幅器

Vo的变化，并列表记录。

五、实验报告

1•将实验观测到的波形画在方格坐标纸上，并对它们进行分析和讨论。

2•总结外电路元件参数对二、三极管开关特性的影响。

六、预习要求与思考

1.如何由+5V和-5V直流稳压电源获得+3V〜-3V连续可调的电源。

2•熟知二极管、三极管开关特性的表现及提高开关速度的方法。

3.在二极管嵌位器和限幅器中，若将二极管的极性及偏压的极性反接，输出波形会出现什么变化？

实验二TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试

一、实验目的

1•掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法

2.掌握TTL器件的使用规则

3.进一步熟悉数字电路实验箱的结构，基本功能和使用方法

二、实验原理

本实验采用4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。

其逻辑符号及引脚排列如图

2—1（a）、（b）、（c）所示。

（a）

（b）

（c）

原电子工业部标准（

SJ）

国家标准（GB

74LS20

引脚排列

1•与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是:

图2—174LS20逻辑符号及引脚排列

当输入端中有一个或一个以上是低电平时,

输出端为高电平；只

有当输入端全部为高电平时,

输出端才是低电平（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。

）

其逻辑表达式为Y=AB。

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,

与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。

IccL是指所有输入端悬空，输

出端空载时，电源提供器件的电流。

Icc是指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接

地，电源提供给器件的电流。

通常IccL>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=VccIccL手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。

IccL和Icc测试电路如图2—2（a）、（b）所示。

［注意］:

TTL电路对电源电压要求较严，电源电压Vc只允许在+5V土10%的范围内工作,

超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。

+Vcc

1

图2—2TTL与非门静态参数测试电路

⑵低电平输入电流IiL和高电平输入电流liH

IiL是指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流值。

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，因此希望IiL大些。

IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，流入被测输入端的电流值。

在多级门

电路中，它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，希望liH小些。

由于liH较小，难以测量，一般免于测试。

liL与liH的测试电路如图2—2（c）、（d）所示。

（3）扇出系数No

No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，TTL与非门

有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数见NO和高电平扇出系数NOH通常liHvliL，所以NOH>NOL故常以NO作为门的扇出系数。

NOL的测试电路如图2—3所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL,调节RL

使loL增大，VO随之增高，当VO达到VOLM手册中规定低电平规范值0.4V）时的loL就是允许灌入的最大负载电流，则

loL

NOL=通常NOL>8

liL

（4）电压传输特性

门的输出电压uo随输入电压Ui而变化的曲线Uo=f（Vi）称为门的电压传输特性，通

过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平VOI输出低电平UOL关门电平Uoff、开门

电平UON阀值电平UT及抗干扰容限UNLUNH^值。

测试电路如图2—4所示，采用逐点测

试法，即调节Rw逐点到得Ui及Uo,然后绘成曲线。

2000

图2—3扇出系数测试电路

图2—4传输特性测试电路

（5）平均传输延迟时间tpd

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2—5所示。

0.5Um

Um

（a）传输延迟特性（b）tpd

图2—5

的测试电路

图2—5（a）中的tpdL为导通延迟时间,

tpdH为截止延迟时间，平均传输延时时间为

tpd=1/2（tpdL+tpdH）

tpd的测试电路如图2—5所示，由于TTL门电路的延迟时闻较小，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：

假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1”，经

过三级门的延时后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延时后，A

点电平又重新回到逻辑“1”。

电路的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级门的延迟时同。

因此平均传输延迟时间为tpd=T/6

三、实验设备与器件

1.5V直流电源2.逻辑电平开关

3.0—1指示器4.直流数字电压表

6.直流毫安表6.直流微安表

7.74LS20X2,WS-30—1k、10K电位器，200Q电阻器（0.5W）

四、实验内容

在合适的位置选取一个14P插座，并接好线，如图2—6所示。

1.验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能

门的四个输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑

“1”，向下为逻辑“0”。

门的输出端接由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口，LED亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。

按表2—1的真值表逐个测试集成块中两个与非门的逻辑功能。

V

74LS20

&B1

&A1

6

1D1

1G0

输

A

输出

An

Bn

Cn

Dn

Y1

Y2

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

表2—1

图2—6与非门逻辑功能测试电路

2.74LS20主要参数的测试

（1）分别按图2—2,2—3,2—5（b）接线，将测试结果记入表2—2中。

LCCL（mA）

LCCH（mA）

LiL（卩A）

IOL（卩A）

No=loL/liL

Tpb=T/6

（2）按图2-4接线，调节电位器Rw使Ui从0V向高电平变化，逐点测量Ui和U（的对应值，记入表2—3中。

表2一3

Ui（V）

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Uo（V）

五、实验报告

1•记录、整理实验结果，并对结果进行分析。

2•画出实测的电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值。

六、TTL集成电路使用规则

1.接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。

2.电源电压使用范围为+4.5V一+5.5V之间，实验中要求使用Ucc=+5V。

电源极性绝对不允许接错。

3•闲置输入端处理方法

（1）悬空，相当于正逻辑“1”，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬

空处理。

但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。

因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入

电路，不允许悬空。

（2）直接接电源电压Vcc。

（也可以串入一只1—10KQ的固定电阻）或接至某一固定电压（+2.4VVV+4.5V）的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。

⑶若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。

4.输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。

当R<680Q时，输

入端相当于逻辑“0”；当R>47KQ时，输入端相当于逻辑“1”。

对于不同系列的器件，要求的阻值不同。

5.输出端不允许并联使用（集电极开路门（OC）和三态输出门电路（3S）除外）。

否则不仅会使电路逻辑功能混乱，而且会导致器件损坏。

6•输出端不允许直接接地或直接接十5V电源，否则将损坏器件，有时为了使后级电路

获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至Vcc,—般取R=3—5.1KQ。