实验一_TTL集成逻辑与非门参数的测试

实验九 TTL集成逻辑与非门 参数的测试实验 实验目的实验原理 实验参考电路

实验注意事项TTL使用注意事项 实验设备与器材

实验预习要求实验内容和步骤

实验思考题实验报告要求

一 实验目的了解TTL与非门各参数的意义。掌握TTL集成与非门主要参数的测试 方法。 掌握TTL器件的使用规则。

二 实验原理随着现代电子技术的飞速发展，集成电路具 有体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功 耗小、成本低和工作速度快等优点，因此它 在数字电路领域中，几乎取代所有分立元件 电路。集成逻辑门是构成各种数字电路的基 本逻辑单元，而TTL与非门是目前使用较普 遍的一种基本逻辑门电路。与非门主要参数 的测量是选择器件与设计逻辑电路时必须掌 握的。

本实验采用74系列双列直插式四-2输 入TTL与非门74LS00集成芯片进行参数测 试，其外形引脚排列及逻辑符号如图2-1-1 所示。

图2-1-1 74LS00外形引脚排列和TTL与非门逻辑符号

(1)平均功耗P TTL与非门工作于开态(输出低电平)和关态(输出高电平)时，电 源电流值是不同的。电路处于稳定开态时的空载功耗称为空载导通功耗 PL: PL =IEL ×VCC 式中，IEL —— 空载导通电源电流； VCC —— 电源电压。 测试条件：与非门的输入端悬空，输出空载，VCC=5V。 电路处于稳定关态时的空载功耗称为空载截止功耗PH:

式中，IEH —— 空载截止电源电流； VCC —— 电源电压。 测试条件：与非门的输入端至少有一个接地，输出空载，VCC=5V。 平均功耗：P为电路空载导通功耗PL与空载截止功耗PH的平均值。 即：P= PL PH 2

PH =IEH×VCC

P=

PL PH 2

(2) 输入短路电流IIS 输入短路电流是在输入端接地时流经输入 端的电流IIS。由于输入端接地，因此又称它 为低电平输入电流，以IIL表示。它是与非门 的一个重要参数，因为入端电流就是前级门 电路的负载电流，其大小直接影响前级电路 带动负载的个数，因此IIL越小越好。 测试条件：被测某个输入端通过电流表接 地，其余各输入端悬空，输出空载， VCC=5V。

(3)电压传输特性 TTL 与非门电压传输特性是指输出电压UO随输入电压Ui变化的关系曲 线： UO =f(Ui ) 电压传输特性的测试方法可采用逐点测试法，即利用电位器调节被测输 入电压Ui,按表2–1–2 的要求逐点测出输出电压UO,将数据填入表 2–1–2 中 ，根据测量的结果画出电压传输特性曲线。 电压传输特性曲线可以反映出TTL与非门UOH ,UOL ,UON,UOFF等主要特 性参数。 ① 输出逻辑高电平UOH和输出逻辑低电平UOL 在电压传输特性曲线截止区的输出电压为输出逻辑高电平UOH ;饱和区 的输出电压为输出逻辑低电

平UOL。 ② 开门电平UON、关门电平UOFF及阈值电压UTH 通常规定TTL与非门额定输出逻辑高、低电平分别为UOH =3V和UOL = 0.35V。在保证输出为额定高电平(3V)的90%(2.7V)的条件下，允许输入的 低电平最大值称为关门电平UOFF;在保证输出为额定低电平(0.35v)的条件 下，允许输入的高电平最小值，称为开门电平UON。一般情况UOFF≥0.8V, Uon≤1.8V。 在转折区内，TTL与非门状态发生急剧的变化，通常将转折区中点 对应的输入电压称为TTL门的阈值电压UTH 。一般UTH ≈ 1.4V。

I OLmax I IS

tPH L tPLH2

(4)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。它反映门电 路输出端驱动负载的能力。 NO= 式中，IOlmax —— UOL不大于0.35V时允许灌入的最大灌入负载 电流； IIS —— TTL与非门的输入短路电流。 测试方法：通过调节电位器RL 的阻值，使输出电压UO=0.35V ,测出此时的负载电流IOLmax,这就是允许灌入的最大负载电流 。 (5)平均传输延迟时间tpd 在集成门电路中由于晶体管开关时间的影响，使得输出和输入 之间存在延迟，即存在导通延迟时间tPHL和截止延迟时间tPLH。 平均传输延迟时间为 tpd= tpd的大小反映了TTL门的开关特性，主要说明TTL门的工作速 度。

如图2-1-2所示。

T 1 2N Nf

图 2–1–2 延迟时间

由于TTL门电路的延迟时间较短，直接测量时对函数发生器 和示波器的性能要求较高，所以一般采用环形振荡器法进行测 量。 测量方法：由奇数个门首尾相连组成环形振荡器进行测量： tpd≈= 式中，N为门电路的个数，T为环形振荡器的振荡周期。

三 实验参考电路图2-1-3 IEH测试电路原理 压传输特性测试电路原理

与非门主要参数IEL,IEH,IIS,NO,tpd测试电路图2-1-4 NO测试电路原理

图2-1-5 电

图2-1-3 IEH测试电路原理

图2-1-4 NO测试电路原理

图2-1-5 电压传输特性测试电路原理

图2-1-6 用环形振荡器测tpd电原理图 图2-1-7 IEL测试电路原理

图2-1-8 IIS测试电原理路

四 实验预习要求预习有关TTL与非门电路原理，逻辑功能。

了解与非门参数的测试方法及参数定义。

表 2–1–1

五 实验内容和步骤(1)验证与非门74LS00的逻辑功能 将与非门的两输入端分别接到数字逻辑实验箱的逻辑开关k1和k2 上，输出端接发光二极管LED。按图2-1-9连接,并将输出结果添入 表2-1-1中表2-1-1 与非门逻辑功能表A 接K1 B 接K2

﹠

Y (LED)

图2-1-9 与非门逻 辑功能测试

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

Y

(2)分别按图2–1–7,图2–1–3,图2–1–8,图2–1–4,图2–1–6接线， 测出与非门的主要参数IEL ,IEH,IIS,NO,tpd ,并将测试结果填入 表2–1–2中。表 2–1–2脉冲参数 测量值

与非门主要参数的测试

IEL IEH

II

L

IIH

NO

tpd

(3)测试与非门的电压传输特性 ① 按图2–1–5接线，调节电位器RL,使υ I从0V向高电平变化，逐点测量 Ui和 UO对应值，将数据填入表2–1–3 中。表2–1–3 与非门的电压传输特性 Vi(V) 0 0.2 0.3 0.6 0.8 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Vo(V)

② 根据测量结果，在坐标纸上画出与非门的电压传输特性曲线。 可以从该曲线上读取UOH,UOL,UON, UOFF 等参数。

六 实验注意事项(1)双列直插式集成芯片插入方法要正确，一般要将有定 位标记(缺口)的往左边，无缺口边往右，插入实验板上。(2)根据不同的实验内容连接实验电路图，正确地连接电 阻、电压表、电流表和示波器等，注意具体的布线原则和方 法，器件和连线都要插牢不能松动，否则实验无法进行。 (3)测量时，最大不要超过20mA,否则将损坏器件。

I OL max

(4)在测量平均功耗P时，由于1片74LS00器件上有4个与 非门，所以测试值必须除以4。

七 TTL集成电路使用注意事项(1)正确选择电源电压 TTL集成电路的电源电压允许变化范围一般在4.5~5.5V之间。 在使用时，不能将电源与地颠倒接反。否则TTL集成电路将会因 为过大电流而造成器件损坏。 (2)不要在输入端施加超过电源电压的信号。 (3)对输入端的处理 虽然TTL逻辑门的输入端悬空相当于输入“1”,但悬空的输入 端比较容易受到外界干扰引起电路的误动作。所以，多输入逻辑 门没有使用的输入端必须妥善处理，按逻辑门的功能特点接至相 应的逻辑电位上。 (4) 对于输出端的处理一般的TTL电路输出端不允许直接接 到一起，只有集电极开路门(OC门)和三态门可以把输出端连在 一起实现线与。集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否 则可能造成器件损坏。

八 实验设备与器材(1)数字逻辑实验箱 (2)双踪示波器 1台 (3)函数发生器 1台 1台

(4)万用电表1台 (5)集成四-2输入与非门74LS00 1只 (6)多圈电位器 1kΩ

1只(7)电阻 若干

九 实验思考题门电路的带负载能力是什么？测量扇出系数NO的原理是什么？ 在什么情况下与非可以门输出高电平或低电平？ 其电压值分别等于什么？

与非门多余输入端如何处理？

十 实验报告要求列出实测与非门功能的数据，讨论其逻辑关系。记录整理实验所测数据，并对测试结果进行分 析整理。 在坐标纸上绘制实测的电压传输特性曲线，并 从中读出 有关参数(UOH,UOL,UON,UOFF 等)。 回答思考题。

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