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实验一 TTL与非门的参数测试
一、实验目的
·掌握TTL与非门主要参数的测试方法。
·掌握TTL与非门电压传输特性的测试方法。
·熟悉集成元器件管脚排列特点。
二、实验原理
TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种基本逻辑门，使用时必须对它的逻辑功能、主要参数和特性曲线进行测试，以确定其性能好坏。
图1-1与非门逻辑符号及74LS00外引线排列图
14 13 12 11 10 9 8
1 2 3 4 5 6 7
(d)74LS00引脚排列
VCC
GND
74LS00
&
&
&
&
(a)国内常用符号
A
B
Y
(b)国外常用符号
A
B
Y
(C)国际标准符号
&
A
B
Y
本实验采用TTL集成元器件74LS00与非门进行测试。它是一个2输人端4与非门，形状为双列直插式，逻辑表达式为F＝A·B，其逻辑符号及外引线排列图如图1—1(a)(b)(c)(d)所示。

1．TTL与非门主要参数
(1)输出高电平VOH和输出低电平VOL
VOH是指与非门一个以上的输入端接低电平或接地时，输出电压的大小。此时门电路处于截止状态。如输出空载，VOH必须大于标准高电平(VSH＝2.4V)，一般在3.6V左右。当输出端接有拉电流负载时，VOH将降低。
VOL是指与非门的所有输人端均接高电平时，输出电压的大小。此时门电路处于导通状态。如输出空载，VOL必须低于标准低电平(VSL＝0.4V)，约为0.1V左右。接有灌电流负载时，VOL将上升。
(2)低电平输入电流IIL
IIL是指当一个输入端接地，而其他输入端悬空时，输入端流向接地端的电流，又称为输入短路电流。IIL的大小关系到前一级门电路能带动负载的个数。
(3)高电平输入电流IIH
IIH是指当一个输入端接高电平，而其他输入端接地时，流过接高电平输入端的电流，又称为交叉漏电流。它主要作为前级门输出为高电平时的拉电流。当IIH太大时，就会因为“拉出”电流太大，而使前级门输出高电平降低。
(4)输入开门电平VON和关门电平VOFF
VON是指与非门输出端接额定负载时，使输出处于低电平状态时所允许的最小输入电压。换句话说，为了使与非门处于导通状态，输入电平必须大于VON。
VOFF是指使与非门输出处于高电平状态所允许的最大输人电压。
(5)扇出系数N0
N0是说明输出端负载能力的一项参数，它表示驱动同类型门电路的数目。N0的大小主要受输出低电平时，输出端允许灌人的最大电流的限制，如灌人负载电流超出该数值，输出低电平将显著抬高，造成下一级逻辑电路的错误动作。
(6)空载导通功耗PON
静态工作、输出为低电平时的功耗，即电源电压VCC和导通电源电流ICCL的乘积。
2．TTL与非门的电压传输特性

TTL与非门电路的电压传输特性，表示输入电压从零电平逐渐升到高电平时，输出电压的变化。利用电压传输特性曲线不仅可直接读出其主要静态参数，如VOH、VOL、VON、VOFF、VNH和VNL(如图1-2所示)，还可以检查和判断TTL与非门的好坏，如若VON和VOFF,两个数值越靠近，越接近同一数值(阈值电平VT)，就说明与非门电路的特性曲线愈陡，抗干扰能力越强。
高电平噪声容限VNH：VNH＝VSH-VON＝2.4V-VON
低电平噪声容限VNL：VNL＝VOFF-VSL＝VOFF-0.4V
3．平均传输延迟时间tpd
tpd是衡量门电路开关速度的参数，原因是输出电压对输入电压有一定的时间延迟，tpd等于导通时间和截止时间的平均值。
由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验一般采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。其工作原理是：假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中A点为逻辑“1”，经过三级门的延时后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延时后，A点电平有重新变为逻辑“1”。电路的其它各点的电平也跟随变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为
tpd=T
三、实验仪器及器件
DZX-2B型电子学综合实验装置，YB4320A双踪四迹示波器，集成2输入端四与非门74LS00 1片，电阻、电位器导线若干。
四、实验内容
1．测试TTL与非门的各项参数分别列表记录所测得数据；
(1) 分别测量TTL与非门74LS00在带负载和开路两种情况下的输出高电平VOH和输出低电平VOL；
VCC
RL
500Ω
VOL
1/4 74LS00
图1-4 VOL的测试电路
●
●
●
&
VCC
5.1KΩ
VOH
RL
1/4 74LS00
图1-3 VOH的测试电路
●
&

表一
带负载
开路
VOH(V)
VOL(V)
VOH(V)
VOL(V)
3.59
0.296
4.04
0.08

VCC
1/4 74LS00
VOH
V
I0
RL
10K
0.8V
10K
图1-5VOFF和VOH的测试电路
●
●
●
●
&
(2)测量输入开门电平VON和关门电平VOFF
VCC
RL
IL
500Ω
V
3.2V
1/4 74LS00
10K
图1-6 VON和VOL的测试电路
●
●
●
●
&

表二
VOH(V)
VOFF(V)
VOL(V)
VON(V)
3.59
1.14
0.296
1.92

VCC
1/4 74LS00
图1-7 IIL的测试电路
mA
●
&
VCC
μA
1/4 74LS00
图1-8IIH的测试电路
●
●
&
(3)测量低电平输入电流IIL和高电平输入电流IIH；

表三
IIL(mA)
IIH(mA)
0.27
0

VCC
10K
V
100Ω
IIL
R
RPL
1/4 74LS00
图1-9 扇出系数N0的测试电路
●
●
●
●
&
(4)测量扇出系数N0；
mA
VCC
ICCL
1/4 74LS00
图1-10 空载导通功耗PON测试电路
&

表四
VOL(V)
I0L(mA)
IIL(mA)
No
0.3
9.58
0.27
35

(5) 测量空载导通功耗PON。
表五
VCC(V)
ICCL(mA)
PON= VCC×ICCL(mW)
5
3.28
16.4

2．测试电压传输特性
表六
VI(V)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
V0(V)
4.03
4.03
4.03
4.03
4.02
4.02
4.02
3.98
3.98
3.98
3.35
VI(V)
1.15
1.20
1.22
1.24
1.26
1.28
1.30
1.35
1.40
1.45
1.50
VI(V)
3.07
0.91
0.60
0.50
0.31
0.26
0.102
0.009
0.09
0.09
0.09
V0(V)
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
V0(V)
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
0.09
VCC
1/4 74LS00
V0
V
V
VI
RP
1K
图1-11 与非门电压传输特性测试电路
●
●
●
●
●
&

T
3/4 74LS00
图1-12 tpd测试电路
●
●
●
●
&
&
&

3．测量平均传输延迟时间tpd
表七
T(ns)
tpd(ns)
30
5
五、实验报告要求
1． 列表记录、整理数据，并对结果进行分析。
见表一至表七
2．根据实验数据画出传输特性曲线，试在曲线上标出VOH、VOL、VON、VOFF，计算VNH和VNL。

六、思考题
1． TTL电路多余的输入端应如何处理?为什么?
与非门多余的输入端：①悬空；②接高电平；③与一个有效端接在一起。或非门多余的输入端①接地②与一个有效端接在一起。其原则是无效输入端不能影响输入和输出之间的逻辑关系。
2．各门的输出端是否可以连起来用，以实现“线与”?如果想实现“线与”应用什么门电路?
各门的输出端一般是不可以连起来用，如果想实现“线与”应用开路门电路。(例如OC门、OD门)