湖南工大-数电实验一 TTL集成逻辑门的参数测试.doc

湖南工大-数电实验一 TTL集成逻辑门的参数测试验一 TTL集成逻辑门的参数测试一、实验目的掌握TTL集成与非门的主要参数、特性的意义及测试方法。二、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，在一片集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。74LS20内部逻辑图及外部逻辑符号和引脚排列如图11(a)、(b)、(c)所示。图111. 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，门的输入端接逻辑开关，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值表逐项测试，但有时按真值表逐项进行测试似嫌多余，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11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11输入输出AnBnCnDnF1F2111101111011110111102. TTL与非门的主要参数：（1）低电平输出电源电流（ICCL与高电平输出电源电流ICCH 图12与非门在不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL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。ICCH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，（与非门处于截止状态），电源提供器件的电流。测试电路如图12(a)、(b)所示。通常ICCLICCH，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：PCCL=ICCLUCC截止功耗：PCCH=ICCHUCC由于ICCL较大，一般手册中给出的功耗是指PCCL。注意：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC允许在510%的电压范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。(2) 低电平输入电流IiL与高电平输入电流IiHIiL是指被测输入端接地，其余输入端悬空，由被测输入端流出的电流，如图12(c)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，因而它的大小关系到前级门的灌电流负载能力，因此希望IiL小些。IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载，流入被测输入端的电流，如图12(d)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，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望IiH小。由于IiH较小，难以测量，所以一般免于测试此项内容。 (3) 扇出系数No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NoL和高电平扇出系数NoH。低电平扇出系数NoL测试电路如图13(a)所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载，调节RL使IoL增大，UoL随之增高，当UoL达到UoLm(手册中规定低电平规范值0.4V)时的IoL就是允许灌入的最大负载电流IoLm，则 NOL = (a) (b)图13NoL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IoLm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NoH通常IiHNoL，故常以NoL作为门的扇出系数。(4)电压传输特性与非门的输出电压Uo随输入电压Ui而变化的曲线Uo=f(Ui)称为电压传输特性，如图14所示。它是门电路的重要特性之一，通过它可知道与非门的一些重要参数，如输出高电平UoH、输出低电平UoL、关门电平Uoff、开门电平Uon、阈值电平UT及抗干扰容限UNL、UNH等。图14电压传输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13 (b) 所示，调节电位器RP，逐点测出输入电压Ui及输出电压Uo绘成曲线。图15(5) 平均传输延迟时间tpdtpd是衡量门电路开关速度的参数，是指输出波形边沿0.5Um点相对于输入波形对应边沿0.5Um点的时间延迟，如图15(a)所示，门电路的导通延迟时间为tpdL，截止延迟时间为tpdH，则平均时间tpdH=1/2(tpdLtpdH)。tpd 测量方法如图15(b)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)首尾相接将构成一个环形振荡器。由分析可知，这个电路的振荡周期T与门的平均延迟时间tpd的关系为tpd=T/6，用示波器或频率计测出振荡波形uo的周期，则可求出tpd 值。(需用50100MHz的示波器或频率计进行测量) 4. 输入双与非门74LS20的主要参数规范如表12所示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。表12参数名称符号规范值单位测试条件导通电流IccL14mAUcc=5.5V，输入端空载，输出端空载截止电流IccH7mAUcc=5.5V，输入端接地，输出端空载低电平输入电流IiL1.8mAUcc=5.5V，被测输入端接地，其它输入端悬空，输出端空载。高电平输入电流IiH50mAUcc=5.5V，被测输入端UiH=2.4V，其它输入端接地，输出端空载。输出高电平UoH2.4VUcc=5.5V，被测输入端UiL=0.8V，其它输入端悬空，输出端IoH=400mA输出低电平UoL0.4VUcc=4.5V，输入端IoH=2.0V，输出IoL=12.8mA扇出系数No8同UoH和UoL平均传递延迟时间tpd30nsUcc=5V，输入端输入信号Uin=3V，f=2MHz，tv、tf=1015ns(2) 电源电压使用范围4.5V5.5V之间，实验中要求使用Ucc=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，易受外介干扰，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Ucc，或串入一适当阻值电阻(110KW)接入Ucc。(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。三、实验设备与器件1、 示波器2、直流电压表、毫安表3、输入双与非门74LS201四、实验内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错。1. 验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能取任一个与非门按图16连接实验电路，用逻辑开关改变输入端A、B、C、D逻辑电平，输出端接电平指标器及数字电压表。逐个测试集成块中两个门，测试结果记入表11中。图162. 74LS20主要参数的测试(1) 导通电源电流ICCL按图12(a)接线，测试结果记入表13中。(2) 截止电源电流ICCH按图12(b)接线，此时应将两个与非门的所有输入端都接地，测试结果记入表13中。表13ICCL(mA)ICCH(mA)IiL(mA)IoL(mA)T6(ns)tpd=(3) 低电平输入电流IiL按图12(c)接线，测试结果记入表13中。(4) 扇出系数No按图13(a)接线，调节电位器RP，使输出电压Uo=0.4V，测量此时的IoL，计算 ，记入表13中。(5) 电压传输特性按图13(b)接线，调节电位器RP，使Ui从OV向高电平变化，逐点测量Ui和Uo的对应值，记入表14中。表14Ui(V)00.20.40.60.80.91.01.21.62.02.43.0Uo(V)用示波器观察电压传输特性曲线测试电路如图13(b)，将输入电压Ui接入示波器X轴输入端，输出电压Uo接Y轴输入端(YA或YB)，调节电位器RP，在屏幕上可显现输出电压随输入电压变化光点移动轨迹，即电压传输特性曲线。(示波器触发极性开关应置外接X处)6) 平均传输延迟时间tpd五、实验报告1. 记录、整理实验结果2. 把测得的74LS20与非门各参数值与它的规范值进行比较。3. 画出实测电压传输