实验一 集成“与非门”参数测试

一、实验目的

1、熟悉数字电路实验台；

2、熟悉TTL和CMOS集成电路的特点及其使用方法； 3、理解TTL和CMOS集成门参数的测试原理；

4、掌握TTL和CMOS集成门参数和逻辑功能的测试方法。

二、TTL与非门静态参数测试原理

1、空载导通电源电流ICCL(或对应的空载导通功耗PON) ICCL是指输入端全部悬空（或输入端全部接高电平），与非门处于导通状态时，电源提供的电流。将空载导通电流ICCL乘以电源电压就得到空载导通功率PON，即

PON＝ICCL*VCC 测试电路，如图1-1所示。

测试条件：输入端悬空或接高电平，输出空载，VCC=5V。 通常对74LS系列每个与非门要求小于3mW。注意：所测电流为芯片中所有与非门的总电流。

2、空载截止电源电流ICCH(或对应的空载截止功耗POFF)

ICCH是指与非门至少有一个输入端接低电平，输出端开路时电源提供的电流。空载截止功耗POFF为空载截止时电源电流ICCH与电源电压之积，即

POFF＝ICCH*VCC

测试电路如图1－2所示。注意，被测量芯片的所有门均要有一个输入端接地。 测试条件：输入端接低电平（或接地），输出空载，VCC=5V。 通常对74LS系列每个与非门要求小于1mW。注意：所测电流为芯片中所有与非门的总电流。

mA VCC mA VCC

＆ ICCL

＆ ICCH

图1-1 ICCL测试电路

图1-2ICCH测试电路

3、低电平输入电流IIL

与非门的低电平输入电流IIL是指被测输入端接低电平，其余输入端悬空或接VCC，输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。因为门电路的输入电流通常就是前级门电路的负载电流，其大小直接影响前级电路驱动负载的个数，所以这一参数非常重要。必要时要对门的每个输入端进行测试。

测试电路如图1-3所示。 测试条件：被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空或接VCC，输出空载，VCC=5V。74LS系列低电平输入电流IIL典型值为0.4mA。

VCC

＆ IiL mA 图1-3 IIL测试电路

4、电压传输特性

电压传输特性是指门电路输出电压Vo随输入电压Vi而变化的曲线。

电压传输特性的测试电路如图1-4所示，调节Rw，使Vi从0v至5v变化，逐点测出Vo和Vi，填入表1-1中，再根据实测数据绘出电压传输特性曲线，从曲线上读出VOH(标准输出高电平)、VOL(标准输出低电平)、VIL(MAX)和VIH(MIN)。

● ● VCC=5V

＆

VO RW

1K Vi

●

图1-4 电压传输特性测试 表1-1 VI(V) VO(V) 0.3 0.5 1.0 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 2.4 通常对74LS系列要求VOH>2.4V，VOL<0.4V，VIL(MAX)>0.8V, VIH(MIN)<2V。

5、扇出系数NO

扇出系数NO是指输出端最多能带同类门的个数，它反映了与非门的最大负载能力。NO＝IOL（MAX）/IIL,其中IOL（MAX）为VOL<0.3V时允许灌入的最大负载电流，IIL为低电平输入电流。

测试电路如图1-5所示。其电路所有输入端悬空，负载RL可用一固定电阻和一个1K?电位器串接实现，串接固定电阻的目的主要是防止调整过程中电流过大而损坏器件。

测试方法：按图1-5接好电路，调整RL值，使输出电压VOL=0.3V，测出此时的负载电流IOL（MAX），它就是允许灌入的最大负载电流，根据上面NO的公式即可算出扇出系数。一般，NO>8。

VCC=5V ● 270? ● ＆ ● + 1K? mA

- ● + V - 图1-5 NO测试电路

三、CMOS与非门参数测试原理

1、输出高电平VOH和输出低电平VOL

一般CMOS门电路的供电电源可为3~18V（HCMOS的供电电源可为2～6V），因此CMOS门的高低电平和TTL门电路的高低电平（固定）不一样,它随供电电源而变。一般输出电平为：VOH＝0.9VDD,VOL=0.1 VDD。

测试电路如图1-6所示。

VDD ＆ + - V 图1-6 VOL、VOH测试电路

测试方法：（1）供电电源VDD取5V，将与非门的两个输入端并接，并将其与VDD连接，测量其输出电压，即为VOL。注意：为保证输出开路，测量用的电压表的内阻要足够大，最好用数字电压表；（2）供电电源VDD取5V，将与非门的两个输入端并接，并将其与地连接，测量其输出电压，即为VOH；(3) 供电电源VDD取3V，重复步骤（1）、（2）测量，并将测量结果填入表1-2中。3V电源可由5V通过电阻分压取得。

表1-2 VDD(V) 5 3 VOL VOH

2、电压传输特性

测试电路参考图1-4。测试方法与TTL与非门测试相同。 3、CMOS门的静态功耗测试电路和方法及其它主要参数的测试与TTL与非门测试相同，所不同的是TTL与非门的多余端允许悬空，而CMOS门则不允许。另外、CMOS门是微功耗器件，其电流值要小得多，实验室给定的仪器难以测出。

四、实验内容

1、逻辑功能测试；

2、TTL与非门主要参数测试（ICCL、ICCH、IIL、电压传输特性及扇出系数NO）；