1、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,实验预习要求,实验内容和步骤,实验注意事项,TTL使用注意事项,实验设备与器材,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
2、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：,PH =IEHVCC 式中，IEH 空载截止电源
3、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：,(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
4、： 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212 的要求逐点测出输出电压UO，将数据填入表 212 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。 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。 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(
5、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UOFF0.8V，Uon1.8V。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。,（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
6、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。,图 212 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
7、荡周期。,三 实验参考电路,与非门主要参数IEL，IEH，IIS，NO，tpd测试电路 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2-1-3 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。,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
8、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 211,A 接K1,B 接K2,Y (LED),图2-1-9 与非门逻辑功能测试,表2-1-1 与非门逻辑功能表,（2）分别按图217，图213，图218，图214，图216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212中。 表 212 与非门主要参数的测试,（3）测试与非门的电压传输特性 按图215接线，调节电位器RL，使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213 中。 表213 与非门的电压传输特性, 根据
9、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。（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
10、路的电源电压允许变化范围一般在4.55.5V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 1台（2）双踪示波器 1台 （3）函数发生器 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 1k 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。,
