数字电路实验基础教材（完整）

### 数字电路实验基础知识点详解 #### 一、实验一：集成电路外特性测量 ##### 1. 集成电路的电气性能与特点 - **导通电源电流(ICCL)**：当所有门输出处于低电平时，从电源吸收的电流。此参数用于计算**导通功耗(PON)**，计算公式为：\[ PON = V_{CC} \times I_{CCL} \]。了解ICCL有助于评估电路在工作状态下的功耗。 - **截止电源电流(ICCH)**：所有门输出处于高电平时，从电源吸收的电流。用于计算**截止功耗(POFF)**，计算公式为：\[ POFF = V_{CC} \times I_{CCH} \]。ICCH帮助评估电路在非活动状态下的能量消耗。 - **低电平输入电流(IIL)**：当输入端电压为0.4V(前级门输出低电平)，流过该输入端的电流。IIL的大小影响前级门能驱动的负载数量。 - **高电平输入电流(IIH)**：输入端电压为2.7V(前级门输出高电平)时，流入该输入端的电流。IIH反映电路在接收高电平信号时的电流需求。 - **输出高电平电压(VOH)**：当输入为低电平，输出管截止时的输出电压。测试条件：VCC=4.75V，VIL=0.8V，IOH=-400µA。 - **输出低电平电压(VOL)**：输入为最小高电平时，输出管的饱和电压。测试条件：VCC=4.75V，VIH=2V，IOL=4mA。 ##### 2. 主要交流参数 - **平均延迟时间(tpd)**：通过串联奇数个非门形成闭合回路，产生振荡，测量振荡周期T0，计算平均延迟时间\[ tpd = T_0 / (2N) \]，其中N为门的数量。这反映了信号在门间传递所需的时间。 ##### 3. 电压传输特性 将周期变化的锯齿波信号同时加到门电路输入端和示波器的X轴，门电路输出电压作为示波器Y轴输入，从而观察到门电路的电压传输特性。这有助于理解信号从低到高或从高到低转变时的电压行为。 ##### 4. 带负载能力测量 通过设计电路测量电路能够承受的最大负载。这涉及评估电路在驱动外部负载时的性能，确保电路稳定性和可靠性。 ##### 5. EWB模拟 利用EWB软件绘制74LS00集成电路内部结构，构建74LS00子电路，使用特定二极管(SB350)和三极管(ZTX694B)。通过仿真，深入理解电路的静态和动态特性。 #### 二、实验二：TTL集成逻辑门的测试 ##### 1. TTL与非门(74LS00)的主要参数 - **导通电源电流(ICCL)**和**截止电源电流(ICCH)**：这两个参数分别表示门电路在不同输出状态下对电源的影响。 - **低电平输入电流(IIL)**和**高电平输入电流(IIH)**：这些参数涉及电路在接收不同电平信号时的电流行为，对电路设计中的信号完整性至关重要。 ##### 2. 实验仪器 - 双踪示波器：用于观察电路中信号的时间域特征。 - 信号发生器：提供各种频率和幅度的信号。 - 直流稳压电源：为电路提供稳定的直流电源。 - 数字万用表：用于测量电压、电流和电阻等基本电气参数。 ##### 3. 实验原理 实验不仅测试了TTL门电路的静态和动态特性，还让学习者熟悉了如何使用专业仪器进行电路测试。通过实验，学生能够直观地理解实际门电路与理想模型之间的差异，为未来电路设计打下坚实的基础。 #### 思考题解析 1. **TTL和CMOS门的输出端是否可以直接接电源或地？** 不建议直接连接，因为这可能导致电路损坏或不稳定。输出端通常设计为高阻抗状态，直接短接到电源或地可能超过门电路的电流限制。 2. **CMOS门的输入端是否可以悬空？** CMOS门的输入端不应悬空，因为这会使其容易受到噪声影响，导致电路工作不稳定。应始终将输入端连接到高电平或低电平。 3. **TTL和CMOS门的开门、关门电平是什么？** 开门电平是指确保门输出高电平的最低输入电压；关门电平是确保门输出低电平的最高输入电压。这些电平取决于具体电路的设计和标准。 4. **为什么实验中的部分测量需要自行画出74LS00内部电路图？** 这是为了更准确地理解和测量电路的真实行为。通过构建电路模型，可以更精确地控制和分析电路特性，尤其是对于那些复杂或不常见的参数。 5. **74LS00子电路与教材电路图有何差异？** 教材中的电路图可能是简化的，而子电路图可能包含更多细节，如具体的组件型号和参数。这种差异反映了理论与实践之间的转换，有助于加深对电路实际工作原理的理解。 通过这些实验，学习者不仅掌握了数字电路的基础知识，还学会了如何运用理论知识解决实际问题，为未来在电子学科领域的深入学习和研究奠定了坚实的基础。