计算机科学与工程学院 数字逻辑实验报告

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实验一 TTL 门电路参数测试实验

一、 实验目的

1. 掌握TTL 集成与非门的主要性能参数及测试方法。 2. 掌握TTL 器件的使用规则。

3. 熟悉数字电路测试中常用电子仪器的使用方法。

二、 实验仪器和器材

1、数字逻辑电路实验箱。 2、数字逻辑电路实验箱扩展板。 3、芯片74LS00。

4、5.1K，100Ω，200Ω，500Ω，1K 电阻；1K，10K 可调电阻，导线若干。 5、数字万用表。 6、示波器

三、 实验原理

本实验采用二输入四与非门74LS00（管脚图见图6），即一块集成块内含有四个相 互独立的与非门，每个与非门有两个输入端。其逻辑框图如下：

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图1-1 74LS00 的逻辑图 图1-2 Iis 的测试电路图

TTL 集成与非门的主要参数有输出高电平VOH、输出低电平VOL、扇出系数N0、电压传输特性和平均传输延迟时间tpd 等。

（1）TTL 门电路的输出高电平VOH

VOH 是与非门有一个或多个输入端接地或接低电平时的输出电压值，此时与非工作管 处于截止状态。空载时，VOH 的典型值为3.4~3.6V，接有拉电流负载时，VOH 下降。 （2）TTL 门电路的输出低电平VOL

VOL 是与非门所有输入端都接高电平时的输出电压值，此时与非工作管处于饱和导通

状态。空载时，它的典型值约为0.2V，接有灌电流负载时，VOL 将上升。（3）TTL 门电路的输入短路电流Iis

它是指当被测输入端接地，其余端悬空，输出端空载时，由被测输入端输出的电流 值，测试电路图如图1-2。

（4）TTL 门电路的扇出系数N0

扇出系数N0 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 集成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，它有两 种扇出系数，即低电平扇出系数N0L 和高电平扇出系数N0H。通常有IiHN0L， 故常以N0L 作为门的扇出系数。

N0L 的测试电路如图1-3 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

IOL 增大，VOL 随之增高，当VOL 达到VOlm（手册中规定低电平规范值为0.4V）时的IOL 就是允许灌入的最大负载电流，则 N0L＝IOL÷Iis，通常N0L>8

（5）TTL 门电路的电压传输特性

门的输出电压Vo 随输入电压Vi 而变化的曲线Vo=f（Vi）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VOH、输出低电平VOL、关门电平Voff、开 门电平VON 等值。测试电路如图1-4 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。

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（6）TTL 门电路的平均传输延迟时间tpd

tpd 是衡量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少时间。具体的说，是指输出波形边沿的0.5Um 至输入波形 对应边沿0.5Um 点的时间间隔，如图1-5 所示。由于传输延迟时间很短，一般为ns 数量级。

图1-5（a）传输延迟特性 图1-5（b）tpd 的测试电路 图1-5（a）中的tpdL 为导通延迟时间，tpdH 为延迟截止时间，平均传输时间为：

tpd=(tpdL+tpdH)/2

tpd 的测试电路如图1-5（b）所示，由于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，故实验采用测量有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，电路中的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 点重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也随着变化。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/6

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