实验1TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试.docx

-- - 一、实验目的 1、掌握 TTL 集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法 2、掌握 TTL 器件的使用规则 、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法 二、实验原理 本实验采用双四输 入与非门 74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独 立的与非门，每个与非门有四个输入端 。其逻辑框图、符号及引脚排列如图 1(a) 、(b) 、(c) 所示。 (b) （ a） (c) 图 1 74LS20 逻辑框图、逻辑符号及引脚排列 1 、与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能是：  当输入端中有一个或一个以上是低电平时，  输出端为高电平； 只 有当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”。） 其逻辑表达式为  Y ＝ 2、TTL 与非门的主要参数 输出低电平 VOL：输出低电平是指与非门的所有输入端都接高电平时的输出电平值。测试电路如图 2（ a）所示。 2）输出高电平 VOH：输出高电平是指与非门有一个以上输入端接低电平时的输出电平值。测试电路如图 2（ b）所示。 +5V +5V ﹠ ﹠ VOL VOH （ a） （ b） 图 2 V OH、 VOL 测试电路图 (3) 低电平输出电源电流 I CCL 和高电平输出电源电流 I CCH 与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。 I CCL 是指所有输入端悬空，输 出端空载时，电源提供器件的电流。 I CCH 是指输出端空截，每个门各有一个以上的输入端 接地，其余输入端悬空，电源提供给器件的电流。通常 I CCL ＞I ，它们的大小标志着器件 CCH 静态功耗的大小。 器件的最大功耗为 PCCL＝ VCCI CCL。手册中提供的电源电流和功耗值是指整 个器件总的电源电流和总的功耗。 I CCL 和 I CCH 测试电路如图 3(a) 、 (b) 所示。 [ 注意 ] ：TTL电路对电源电压要求较严， 电源电压 VCC只允许在＋ 5V± 10％的范围内工作， 超过 5.5V 将损坏器件；低于 4.5V 器件的逻辑功能将不正常。 (a) (b) (c) (d) 图 3 TTL 与非门静态参数测试电路图 (4) 低电平输入电流 I iL 和高电平输入电流 I iH 。I iL 是指被测输入端接地， 其余输入端悬空， 输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中，  I iL  相当于前级门输出低电 平时， 后级向前级门灌入的电流，  因此它关系到前级门的灌电流负载能力，  即直接影响前级 门电路带负载的个数，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，输出端空载时，流入被测输入端的电 流值。 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，  其大小关系 到前级门的拉电流负载能力，希望  I iH  小些。由于  I iH 较小，难以测量，一般免于测试。 I  iL  与  I iH  的测试电路如图  3(c)  、 (d)  所示。 (5) 扇出系数  NO 扇出系数 NO 是指门电路能驱动同类门的个数，它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，即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数， 即低电平扇出系数 NOL 和高电平扇出系数 NOH。通常 I iH ＜ I iL ，则 NOH＞ NOL，故常以 NOL 作为 门的扇出系数。 NOL 的测试电路如图  4 所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载  RL ，调节  RL 使 I OL 增大， VOL随之增高， 当  VOL 达到  VOLm（手册中规定低电平规范值  0.4V ）时的  I OL 就是允许灌 入的最大负载电流，则 N OL  IOL  通常  NOL≥ 8 IiL (6) 电压传输特性 门的输出电压 vO 随输入电压 vi 而变化的曲线 vo ＝ f(v i ) 称为门的电压传输特性，通过 它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平 V OH、输出低电平 VOL、关门电平 VOff 、开门 电平 VON、阈值电平 VT 及抗干扰容限 VNL、VNH 等值。测试电路如图 5 所示，采用逐点测试法， 即调节 RW，逐点测得 Vi 及 VO，然后绘成曲线。 图 4 扇出系数测试电路 图 5 传输特性测试电路 (7) 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，它是指输出波形边沿的 0.5V m 至输入波形对应边沿 0.5V m 点的时间间隔，如图6 所示。 (a) 传输延迟特性 (b) t pd 的测试电路