数字电路实验指导书

实验二 TTL电路逻辑功能及参数的测试

一、实验目的

1．熟悉TTL与非门外形和管脚引线排列。

2．掌握与非门集成电路的直流参数及电压传输特性的测试方法。 3．加深对与非门逻辑功能的认识。

二、实验设备

XST—5数字电路实验台，示波器，万用表，若于导线和信号线，74LS00或74LS04。

三、实验原理及电路设计

1．与非门直流参数的定义在有关的教材中已有介绍，这里仅将所用的测试电路绘出。图1所示为低电平输出时电源。图2所示是低电平输入电流测试电路。图3所示是高电平输入电流测试电路。图4所示是测量电压传输特性的电路。图5所示是用于测算扇出系数的电路。

Vcc + mA

Icc Vcc

A B F - A B

F

I1L + mA - 图3

图2

Vcc Vcc A F B + V

IIH + mA A B - F 4.7k + V - - 图4

图3

1

2．传输延迟时间的测量

传输延迟时间是表示门电路开关速度的参数，它意味着门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。为了便于测量，可以采用图6的测量电路。求出平均传输延迟时间。图6所示是环形振荡器，假定每个与非门的tpd都相等则振荡信号的周期T=6tpd。

即：tpd?A B

Vcc I0L + mA 470Ω 4.7k

- + V G1 F V1 1 V2 G2 1 G3

V3 1 VO - GND 图5

GND 图6

1T 6上式可用如下方式解释：

电路通电，在扰动电压的作用下，电路起振，并逐渐进入正常振荡状态。见图7在某一瞬间，V1突跳到高电平，由于三个门的平场传输时间都相等，那么，经过延迟tpd后，使V2=0然后经过延迟tpd，使V3=1，再经过延迟tpd，使V0=0（即V1=0），因而V1经过了3tpd后变为低电平，不难理解，再经过3tpd后，V1（V0）又会变为高电平。如此循环下去，即形成了周期性振荡。由图7可知，振荡信号的周期T=6tpd，所以 tpd?

图7

VI3 VO(VI1) VI2

tpd tpd tpd 1T。 6

2

四、预习要求与思考

1．阅读所用与非门的说明书，了解其线路、引线排列，逻辑功能等（参见附录A）。 2．一般tpd都很小，约为几十纳秒，如何用示波器测试？

3．与非门在什么情况下输出高电平？在什么情况下输出低电平，其不用的输入端应如何处置？

4．输入的高电平电压应超过多少才安全？输入的低电平电压应低于多少才安全。 5．应如何用实验判断输出端能接门电路的个数？

6．门电路的电源电压范围是否受到限制？其工作性能是否与频率有关。 7．在实验中，当电源未接通时，是否可以施加输入信号。

五、实验内容及步骤

1．验证与非门逻辑功能

取一块集成与非门电路74LS00,并把它按入双列28脚的集成电路锁紧插座的左端或右边，同时贴上相应的图片，这里应注意集成块的缺口和图片的位置，不宜颠倒，不应相反。

确定无误后，用黑红两根导线把其中一个+5V电源引下来，分别接到插件板的“VCC”和“⊥”两个端点，再用黑导线把“⊥”和集成块的“GND”（即插孔7）相接，用红导线把“VCC”和集成块的“VCC”端（即插孔14）相连，这样集成块的供电电路接通。

从74LS00的四个2端输入与非门中任选一个与非门，不妨取1、2两个脚输入的与非门。（这里的1、2就是图中的A、B，3就是F，以下不再说明）。根据下表，按照插件板上的“0”和“1”的低高电平，对1、2两脚进行输入，并通过上面相应的发光管观察输出端的高低电平，填入下面的表格中。

输出 输入 表1 与非门功能表 A B F 0 0 1 1 0 1 0 1 2．低电平输出时电源电流ICC的测量

按照步骤1的连接，悬空输入端A、B，及输出端F，在+V端和14端之间串入一电流表，测出此种情况F的电源电流ICC（见图1）。

3．低电平输入电流I1L的测量

按照步骤1的连接，悬空A、F两端，由B端通过一个电流表接入地，读出此时的电流值（见图2）。

3

4．高电平输入电流IIH的测量

把A脚接地，F脚悬空，通过电流表把B端与+V相连，读出此时的电流数I1H（见图3）。 5．电压传输特性

用导线把+5V电源接到插件板上4.7K电位器两端，再从电位器的中间接线柱引出一根线经470Ω电阻接到集成与非门A端，同时，B端悬空，调节电位器，用万用表的电压档分别测出A端对他电压，及输出端F对地电压，填入表2，这里应注意，在V0发生突变的地方多测数据。

表2 输入输出电压

Vǐ VO 按照上表作出电压传输特性图，找出相应的阀值电压。 6．扇出系数N0的测算

见图5，这里是按照灌电流方式进行测算N0。把电位器4.7K两端接到电源+5V上，中心插孔通过一个470Ω的电阻，再通过电流表接到输出端F，F与地之间接入电压表，A、B两端悬空。由于实验中只有一个万用表，因此在实验过程中，可首先，不接入电流表，而只用导线把电流表的位置短接，用万用表的电压档接入如图电路，调节电位传4.7K，使电压读数为V0L=0.4v。这时，把万用表取下来，调到电流档，根据图中位置，测出电流值I0L，根据公式：

N0L?IoL IIL取整数部份，即得出扇出数。

如果同学们有兴趣，还可根据拉电流工作情况，算出相应的扇出数。由以上两种情况得出的扇出数可能不等。一般应取数最小的那一种作为扇出数。

7．平均传输延迟时间的测定

按照图6，从四个2端输入的与非门中任取3个与非门。并分别看作G1、G2、G3，用导线把G1的输出端接到G3的一个输入端上，G3的输出端再接到G1的一个输入端上，这里应注意，为了保证电路正常工作，未用的输入端应接高电平“1”，最后用信号线把G3的输出端及地接到示波器上。通过示波器观察波形。如果集成块正常连接又无误，通过适当调节示波器，即可看到波形。根据示波器的标度，测算出波形周期。再根据公式：

1tpd?T

6算出平均传输延迟时间tpd。

4

8．自我设计实验

参照以上实验方式方法，对三态门进行逻辑功能测试，对异或门进行逻辑功能测试，对CMOS集成电路与非门进行测试。所需集成块见附录A。

六、实验报告与要求

1．列出直流参数的实测数据，画出传输特性，确定V0FF，V0N，V0C，VOH值。判断所测的电路参数是否合格。

2．列出与非门的实测数据表格，看其逻辑关系是否相符。 3．按照预习要求中的问题进行思考。

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