TTL门电路的逻辑功能和特性测试

实训一    TTL门电路的逻辑功能和特性测试
一、 实训目的
1．熟悉TTL与非门逻辑功能的测试方法；
2．熟悉TTL与非门特性参数的意义以及传输特性的测试方法；
3．掌握TTL门电路的使用方法。
二、 实训内容
1．测试TTL与非门逻辑功能；
2．测试TTL与非门的特性参数。
三、 实训主要元件
74LS00（四二输入“与非门” ）                   74LS32 ( 四二输入或门 )
外引线排列图：
 
   74LS04（六反相器 ）  
外引线排列图：

四、 实训原理
在系统电路设计时，往往要用到一些门电路，而门电路的一些特性参数的好坏，在很大程度上影响整机工作的可靠性。
门电路的参数通常分两种：静态参数和动态参数。
1．TTL逻辑门的主要参数有：
(1) 扇入系数Ni和扇出系数NO：能使电路正常工作的输入端数目和电路正常工作能带动的同型号门的数目。
(2) 输出高电平VOH：一般为VOH≥2.4V
(3) 输出低电平VOL：一般为VOL≤0.4V
(4) 电压传输特性曲线、开门电平VOn和关门电平Voff
(5) 输入短路电流IIS：一个输入端接地，其它输入端悬空时，流过该接地输入端的电流为输入短路电流。
(6) 空载导通功耗Pon：指输入全部为高电平、输出为低电平且不带负载时的功率损耗。
(7) 空载截止功耗Poff；指输入有低电平、输出为高电平且不带负载时的功率损耗。
(8) 抗干扰噪声容限：电路能够保持正确的逻辑关系所允许的最大干扰电压值。
(9) 平均传输延迟时间：t pd = (t pdl + t pdh ) / 2
(10) 输入漏电流IIH：指一个输入端接高电平，另一个输入端接地时，流过高电平输入端的电流。
.   2．“与非”门特性参数的测量方法
（1）空载导通功耗PccL
是指输入全为高电平、输出为低电平且不接负载时的功率损耗。
  PCCL=VCC ICCL       式中: VCC——电源电压；  ICCL——导通电源电流。
测试电路如图1.1所示，给输入端全高平，测量电源电流值，将计算结果填入表4中。
（2）空载截止功耗PCCH
是指输出端空载，所有输入端全接地时的功率损耗。PCCH= ICCHUCC。
测试电路如图1.1所示，给输入端全低平，测量电源电流值，将计算结果填入表4中。
                      
图1.1  功耗测试电路                       　图1.2 　输入低电平电流测试电路
（3）输入低电平电流IIL
IIL也称短路电流，是被测输入端接地，其它输入端悬空，从被测输入端流出的电流。在多级门电路中它相当于前级门输出低电平时，本级向前级灌入的电流，它决定前级门的扇出系数。测试电路如图1.2所示，将测试结果填入表4中。
(4) 输入高电平电流IIH
IIH是指被测输入端接高电平，其它输入端接地时，流入被测输入端的电流。在多级门电路中它相当于前级门的拉电流负载。测试电路如图1.3所示，将测试结果填入表4中。
                            
图1.3  输入高电平电流测试电路                  图1.4    输出高电平测试电路
（5）输出高电平
是指输出不接负载．当有一输入为低电平时电路的输出电压值。测试电路如图1.4所示。
给任意一输入端低电平，测量输出电压，填入表4中。
（6）输出低电平
是指输出不接负载．当输入端全为高电平时电路的输出电压值。测试电路如图1.5所示。给输入端全高电平，测量输出电压，填入表4中。
（7）扇出系数NO
                  
图1.5  扇出系数测试电路                         图1.6  电压传输特性测试电路
扇出系数是指门电路能驱动同类门的最大个数，是衡量门电路带负载能力的一个参数。
输出低电平时的扇出系数测试：（注：此时输出端接灌电流负载）按图1.5接好线路，调节RP，使IOL增大，当UOL=0.3V时，IOL达到最大值（IOL=IOL(max)——最大允许灌电流）。
低电平扇出系数： 。通常IIH≤IIL，所以NOH≥NOL，故一般以NOL作为门电路的扇出系数。将计算结果填入表4中。
五、实训步骤和要求
1．TTL集成逻辑门电路功能的测试
（1）74LS00(四二输入“与非”门) 电路功能的测试
A：如图1.7所示。任选74LS00其中一个“二输入与非门”，将其两个输入端分别与逻辑开关联接，可实现输入高电平“1”或低电平“0”，再将对应的输出端与输出状态显示电路（LED管）联接。
B：按表1给定的1、2输入端不同状态组合，给“与非”门输入逻辑电平，观察LED管的状态，灯亮输入出为高电平“1”，灯灭输出为低电平“0”。将观察结果填入表1中。
表1           TTL与非门真值表
输      入 输 出
1端 2端 Y
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 

逻辑函数表达式： 
器件功能结论： 
LED亮，Y=1；LED灭，Y=0。                 
                                                   图1.7  TTL与非门逻辑功能测试电路图
（2）74LS32(四二输入“或”门) 电路功能的测试
A：如图1.7所示。任选74LS32其中一个“二输入或门”，将其两个输入端分别与逻辑开关联接，可实现输入高电平“1”或低电平“0”，再将对应的输出端与输出状态显示电路（LED管）联接。
B：按表2给定的1、2输入端不同状态组合，给“或”门输入逻辑电平，观察LED管的状态，灯亮输入出为高电平“1”，灯灭输出为低电平“0”。将观察结果填入表1中。
表2           TTL与非门真值表
输      入 输 出
1端 2端 Y
0 0 
0 1 
1 0 
1 1 

逻辑函数表达式： 
器件功能结论： 
LED亮，Y=1；LED灭，Y=0。                 
                                                   图1.8  TTL或门逻辑功能测试电路图
（3）74LS04六反向器) 电路功能的测试
A：任选74LS04其中一个“非门”，将其一个输入端与逻辑开关联接，可实现输入高电平“1”或低电平“0”，再将对应的输出端与输出状态显示电路（LED管）联接。
B：按表3给定的1输入端不同状态，给“非”门输入逻辑电平，观察LED管的状态，灯亮输入出为高电平“1”，灯灭输出为低电平“0”。将观察结果填入表1中。
表2           TTL与非门真值表
输      入 输 出
1 Y
0 
1 
逻辑函数表达式： 
器件功能结论： 
LED亮，Y=1；LED灭，Y=0。                                                                    
2．观察“与非”门对信号的控制作用
根据“与非”逻辑关系“有0出1，全1出0”的特点，可将其中一个输入端作为另一输入端信号的控制端。
（1）按图1.9接好线路。输入端1接频率为1Hz、幅度为4V的脉冲信号，另一输入端2接逻辑开关，作为控制端，输出端Y接输出状态显示（LED管）。
（2）按表4中要求，使控制端2分别处于1或0两种状态，观察输出状态显示（LDE管）的发光情况，确定输出端的状态，将结果填入表2中。
表4          与非门对信号的控制作用
输入端1波形 逻辑开关（控制端的）状态 Y的
状态 LED管
状态
 1  
 0  

图1.9   TTL与非门控制作用电路图
3．TTL逻辑门特性参数物测量
以74LS10为测试器件，按实验原理中介绍的方法，对各参数进行测量，将测量结果填入表5中。
表5                          TTL与非门主要性能参数
参 数 名 称 符  号 规 范 值 单  位 测 试 值
空载导通功耗 PccL  mW 
空载截止功耗 PCCH  mW 
低电平输入电流 IIL ＜1.8 mA 
高电平输入电流 IIH ＜50 μA 
扇出系数 NO ＞8  
输出低电平 UOL ＜0.4通常0.3 V 
输出高电平 NOH ＞2.4通常3.3 V 
开门电平 UON ＜2 V 
关门电平 UOFF ＞0.8 V