实验二十七、电压传输特性的测量

该博客介绍利用Multisim测试电路电压传输特性。阐述了仿真注意事项,如采用虚拟电压比较器、选择合适限流电阻、输入特定电压等,还说明了测量电压传输特性的方法。最后展示了仿真电路及结果,针对滞回比较器给出调整参数以获较陡曲线的建议。

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一、题目

利用 Multisim 测试图1 所示各电路的电压传输特性。

在这里插入图片描述图1  电压比较器图1\,\,电压比较器1电压比较器

二、仿真注意事项

(1)仿真电路所有的 A\textrm AA 均采用虚拟电压比较器。合理选择稳压管的限流电阻,使其既稳压又不至于损坏。
(2)由于电压传输特性是静态特性,测试时应在电压比较器的输入端输入频率尽可能低、线性度好、幅值足够大的电压,如 10 Hz10\,\textrm{Hz}10Hz、峰值为 10 V10\,\textrm V10V 的三角波电压,可从函数发生器获得。
(3)将输入电压 uIu_{\scriptscriptstyle I}uI 接入示波器的 A\textrm AA 通道,将输出电压 uOu_{\scriptscriptstyle O}uO 计入 B\textrm BB 通道,利用 Y/T\textrm{Y/T}Y/T 扫描,即可测得 uOu_{\scriptscriptstyle O}uOuIu_{\scriptscriptstyle I}uI 的关系曲线。
(4)仿真函数发生器可以用一个交流电压源取代,然后对电压源进行 “直流扫描分析”,测得输出电压,即为电压传输特性,为了保证测量的电压传输特性的曲线较陡,DC Sweep\textrm{DC Sweep}DC Sweep 处的 Increment\textrm{Increment}Increment 可以调的小一些,例如图1(a)的 DC Sweep\textrm{DC Sweep}DC Sweep 的配置如图2所示。

在这里插入图片描述图2  图1(a)中 DC Sweep 的配置图2\,\, 图1(a)中\, \textrm{DC Sweep} \,的配置21(a)DC Sweep的配置

三、仿真电路及结果

其仿真电路及电压传输特性如图3所示,分别对应图1(a)~(e)的电路。

在这里插入图片描述(a)(a)(a)在这里插入图片描述(b)(b)(b)图(c)和图(d)仿真电路为滞回比较器,通过仪器测试的方法可以得到电压传输特性,为了得到较陡的电压传输特性曲线,虚拟电压比较器的 sourcing resistance\textrm{sourcing resistance}sourcing resistancesinking resistance\textrm{sinking resistance}sinking resistance 均需改小,此处均设为 1.05 Ω\textrm {1.05}\,Ω1.05Ω

在这里插入图片描述(c)(c)(c)在这里插入图片描述(d)(d)(d)在这里插入图片描述(e)(e)(e)图3 图3\,3

### TTL与非门电压传输特性测试方法 TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路的核心在于其能够将输入信号转化为标准化的输出信号,而这一过程中的电压传输特性尤为重要。为了验证TTL与非门的性能是否满足设计需求,通常会采用特定的实验设置来测量电压传输曲线。 #### 实验电路配置 在测试过程中,需搭建如图1所示的实验电路[^1]。该电路的主要功能是模拟不同输入电压条件下的输出响应情况。具体而言: - **输入端控制**:通过调节可变电阻或其他方式改变施加于输入端的电压值。 - **输出端监测**:利用万用表或示波器记录对应的输出电压变化。 #### 数据采集流程 当调整输入电压时,应仔细观察并记录每一步骤下所得到的结果数据。以下是基于典型TTL与非门的一些关键点位及其对应状态描述[^2]: - 当 A 和 B 均为低电平时 (即 0),由于基极电流不足以开启后续级联的三极管 T2 及 T5,则最终输出 F 将维持在一个较高的水平约等于电源电压减去若干固定压降后的数值 (~3.6V)[^2]。 - 而如果两者皆处于高态 (定义为接近供电轨顶端附近某阈值范围内, 如 ~3.6V 对于此类器件来说已算作有效‘1’), 那么此时内部结构允许更多电流流入从而使关联节点上的实际测得读数显著下降至近似零伏特区域内的某个小范围区间内 (~0.1~0.3V). 这些实测所得的数据构成了完整的 VTC 曲线图表的一部分内容. ```python import matplotlib.pyplot as plt # Example data points based on typical behavior of a TTL NAND gate. input_voltages = [0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5] output_voltages = [3.6, 3.6, 3.6, 3.6, 3.6, 3.6, 3.6, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2] plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.plot(input_voltages, output_voltages, marker='o') plt.title('Voltage Transfer Characteristic Curve for TTL NAND Gate', fontsize=14) plt.xlabel('Input Voltage (Volts)', fontsize=12) plt.ylabel('Output Voltage (Volts)', fontsize=12) plt.grid(True) plt.show() ``` 此代码片段展示了如何绘制一条简单的电压转移特征曲线(Voltage Transfer Characteristic,VTC)用于表示上述提到的现象。
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