数字电子技术实验指导书

实验一TTL 集成逻辑门电路的参数的测试

一

. 预习要求

1 .预习TTL与非门有关容，阅读TTL电路使用规则。

2 ?与非门的功耗与工作频率和外接负载情况有关吗？为什么？

3 ?测量扇出系数的原理是什么？为什么一个门的扇出系数仅由输出低电平的扇出系书来决定？

4 ?为什么TTL与非门的输入引脚悬空相当于接高电平？

5 . TTL门电路的闲置输入端如何处理？

二. 实验目的

1 .掌握TTL集成与非门的主要参数、特性的意义及测试方法。

2 ?学会TTL门电路逻辑功能的测试方法。

三. 实验原理

TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种逻辑门，本实验采用4输入双与非门74LS20，在一片集成块含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。74LS20部逻辑图及引脚排列如图1-1(a)、( b)所示。

图1-1 (a)

ABCD T

似嫌多余，对于有四个输入端的与非门，它有十六个最小项，实际上只要按表

1-1所示的五

项进行测试，便可以判断此门的逻辑功能是否正常。

表1-1

输入

输出

A n

B n

C n

D n

F 1

F 2

1 1 1 1

0 1 1 1

1 0 1 1

1

1 0 1

1 1

1

2.TTL 与非门的主要参数

（1 ）导通电源电流I CCL 与截止电源电流I CCH

1.与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是：当输入端有一个或 一个以上的低电平时，输出端为高电平；只有 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”。）

对与非门进行测试时， 门的输入端接数据 开关，开关向上为逻辑“ 1”，向下为逻辑“0”。 门的输出端接电平指示器，发光管亮为逻辑

“1”，不亮为逻辑“0”。基本测试方法是按真

u cc

向冋冋冋冋回冋

）

-------------- I JT L

------------------------ y >

L J

5 7

与非门在不同的工作状态，电源提供的电流是不同的, I CCL 是指输出端空载，所有输 入端全部悬空，与非门处于导通状态，电源提供器件的电流。 I CCH 是指输出端空载，输入

图 1-2

（ a ） 图 1-2（ b ）

端接地，与非门处于截止状态，电源提供器件的电流。测试电路如图通常

I CCL>I CCH，它们的大小标志着与非门在静态情况下的功耗大小。

导通功耗 : P CCL =I CCL U CC

截止功耗：P C CH =I CCH U CC

由于I CCL较大，一般手册中给出的功耗是指P CCL。

（2 ）低电平输入电流I IL与高电平输入电流I IH

I IL是指被测输入端接地，其余输入端悬空，流出被测输入端的电流，如图1-3 （a）

所示，在多级门电路中它相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它的大小关系到前级门的灌电流负载能力，因此希望I IL小些。

I IH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，如图1-3 （b）

所示，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，它的大小关系到前级门的拉电流负载能力，因此希望I IH小些。由于I IH较小，难以测量，所以一般免

于测试此项容。

1-2（a）、（b）所示。

（3）扇出系数N O

扇出系数是指门电路能驱动同类门的个数，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：灌电流负载和拉电流负载，因此有

两种扇出系数：低电平扇出系数N OL、高电平扇出系数

N OH。低电平扇出系数N OL测试电路如图1-4所示，门的

输入端全部悬空，输出端接灌电流负载，调

节RW 使I OL增大，U OL随之增高，当U OL达到U OLM（手

册中规定低电平规值为0.4V）时的I OL就是

允许灌入的最大负载电流I OLM，则

U CC(+5V)

’ 220

图1-4

I IL

N OL的大小主要受输出低电平时，输出端允许灌入的最大负载电流I OLM的限制，如灌

入的负载电流超出该值，输出低电平将显著升高，以致造成下级门电路的误动作。

高电平扇出系数N OH

通常I IH <>N OL，故常以N OL作为门的扇出系数。

(4)电压传输特性

与非门的输出电压U O随输入电压U I而变化的曲线U o=f(U i)称为电压传输特性，如图1-5所示。它是门电路的重要特性之一，通过它可以知道与非门的一些重要参数，如输出高电平U OH、输出低电平U OL、关门电平U OFF、开门电平U oN、阀值电平U T及抗干扰容限

U NL、U NH 等。

电压传递特性的测试方法很多，最简单的方法是逐点测试法，测试电路如图1-6所示, 调节电位器RW，逐点测出输入电压U I及输出电压U o,绘成曲线。

(5)平均传输延迟时间t pd

t pd是衡量门电路开关速度的参数，是指输出波形

边沿0.5U m点相对于输入波形对应边沿0.5U m点的时

间延迟，如图1-7所示。门电路的导通延迟时间为

t pdL,截止延迟时间为t pdH ,则

1

平均时间t pd= — ( t pdL+t pdH )。t pd的测试方法如

2

图1-8所示，此时与非门作为非门使用，它的输出信

号与输入信号是反相的，将三个门(奇数个门)首尾

相接构成一个环形振荡器。由分析可知，

N OL = I OLM

图1-7

这个电路的振荡周期T与门的平均延迟时间t pd的关系为t pd = I，用示波器或频率计测出

6

振荡波形u o的周期，则可求出t pd值。（需用50?100MHz的示波器或频率计进行测量）

图1-8

4输入双与非门74LS20的主要参数规如表1-2所示:

表

3 . TTL集成电路使用注意事项（以TTL与非门为例）

（1）接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。

（2）电源电压使用围+4.5V?+5.5V之间，实验中要求使用U cc=+5V。电源绝对不允许接错。

（3）闲置输入端处理方法：（a）悬空，相当于正逻辑“ 1”，对一般小规模电路的输入端，实验时允许悬空处理，但是输入端悬空，易受外界干扰，破坏电路逻辑功

能，对于中规模以上电路或较复杂的电路，不允许悬空。（b）直接接入U cc或串入一适当阻值的电阻（1?10K Q）接入U CC。（c）若前级驱动能力允许，可以与有用的输入端并联使用。

（4）输出端不允许直接接+5V电源或直接接地，否则将导致器件损坏。

（5）除集电极开路输出器件和三态输出器件外，不允许几个TTL器件输出端并联使用，否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。

四. 实验设备与器件

1 . ETL系列电子技术实验台或EEL系列数字电子技术实验箱

2 .示波器

3 .直流电压表、毫安表

4 . 4输入双与非门74LS20 X 2

五. 实验容

实验前仔细检查集成块的标志和在实验台上的位置，特别是电源极性不得接反。

1 .验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能

取任一个与非门连接实验电路，按其管脚排列图接线，输入端1、2、4、5分别接数

据开关A、B、C、D，输出端6接电平指示器及数字电压表。改变输入端A、B、C、D

的逻辑电平，逐个测试集成块中的两个门，测试结果记入表1-1中。

2 . 74LS20主要参数的测试

(1 )导通电源电流I CCL和截止电源电流I CCH

按图1-2 (a)、(b )电路接线，把毫安表接在5伏电源和14引脚之间，注意电流表

的量程，将测试结果记入表1-2中。

(2 )低电平输入电流I IL

按图1-3 (a)接线，测试结果记入表1-2中。

(3 )扇出系数N O

按图1-4电路接线，把毫安表接在电位器和6引脚之间，注意电流表的量程，电压表接在第6脚和接地之间，注意电压表的量程。调节电位器，使电压表的数字慢慢从低到高，当电压表的数字到达0.4伏，测量此时的I OLM，计算N O，记入表1-2中。

(4 )电压传输特性

按图1-5电路接线，把电压表接在电位器和第1引脚与地之间，注意电压表的量程，

将另一个电压表接在第6引脚和地之间，注意电压表的量程，调节电位器，使输入电压表的数字慢慢从低到高，逐点测量U I和U O的对应值，记入表1-3中。

(5 )平均传输延迟时间t pd

按电路图1-5接线，将示波器的扫描速度调到底，处于最大速度，观测门电路输出脚的波形，并测量波形的周期。观察不到波形时可以将示波器的“扫描速度倍程开关”压下或拉出。

六. 实验报告

1 .记录和整理实验结果。

2 .把测得的74LS20与非门各参数与它的规值进行比较。

3 ?画出实测电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值。