湖南工大數(shù)電實驗一ttl集成邏輯門的參數(shù)測試

1、湖南工大-數(shù)電實驗一 TTL集成邏輯門的參數(shù)測試驗一 TTL集成邏輯門的參數(shù)測試、實驗?zāi)康恼莆誘TL集成與非門的主要參數(shù)、特性的意義及測試方法。、實驗原理TTL集成與非門是數(shù)字電路中廣泛使用的一種邏輯門，本實驗采用4輸入雙與非門74LS20，在一片集成塊內(nèi)含有兩個互相獨立的與非門，每個與非門有四個輸入端。74LS20內(nèi)部邏輯圖及外部邏輯符號和引腳排列如圖1 1(a)、(b)、ARCD一 1 百(c)所示。圖1 11. 與非門的邏輯功能與非門的邏輯功能是：當輸入端有一個或一個以上的低電平時，輸出端為高電平；只有輸入端全部為高電平時，輸出端才是低電平。(即有“0”得“1”，全“ 1”得“0”。)對

2、與非門進行測試時，門的輸入端接邏輯開關(guān)，開關(guān)向上為邏 輯“ 1”，向下為邏輯“ 0”。門的輸出端接電平指示器，發(fā)光管亮為邏輯“ 1”，不 亮為邏輯“ 0”?；緶y試方法是按真值表逐項測試，但有時按真值表逐項進行測試似嫌多余，對于有四個輸入端的與非門，它有十六個最小項，實際上只要按表 11所示的五項進行測試，便可以判斷此門的邏輯功能是否正常。表11輸入輸出AnBnCnDnF1F2111101111011110111102. TTL與非門的主要參數(shù):(1) 低電平輸出電源電流(ICCL與高電平輸出電源電流ICCH紀圖1 2與非門在不同的工作狀態(tài)，電源提供的電流是不同的。Iccl是指輸出端空載，所有

3、輸入端全部懸空，(與非門處于導(dǎo)通狀態(tài))，電源提供器件的電流。ICCH 是指輸出端空截，每個門各有一個以上的輸入端接地，其余輸入端懸空，(與非門處于截止狀態(tài))，電源提供器件的電流。測試電路如圖12(a)、(b)所示。通常 Iccl Icch，它們的大小標志著與非門在靜態(tài)情況下的功耗大小。導(dǎo)通功耗：Pccl=I cclUcc截止功耗：Pcch=I cchUcc由于Iccl較大，一般手冊中給出的功耗是指 Pccl。注意:TTL電路對電源電壓要求較嚴，電源電壓 Vcc允許在+ 5± 10%的 電壓范圍內(nèi)工作，超過5.5V將損壞器件；低于4.5V器件的邏輯功能將不正常。(2) 低電平輸入電流I

4、iL與高電平輸入電流IiHIiL是指被測輸入端接地，其余輸入端懸空，由被測輸入端流出的電流，如 圖1 2(c)所示，在多級門電路中它相當于前級門輸出低電平時，后級向前級門 灌入的電流，因而它的大小關(guān)系到前級門的灌電流負載能力，因此希望IiL小些。IiH是指被測輸入端接高電平，其余輸入端接地，輸出端空載，流入被測輸 入端的電流，如圖1 2(d)所示，在多級門電路中它相當于前級門輸出高電平時， 前級門的拉電流負載，其大小關(guān)系到前級門的拉電流負載能力，希望IiH小。由于IiH較小，難以測量，所以一般免于測試此項內(nèi)容。(3) 扇出系數(shù)N。扇出系數(shù)是指門電路能驅(qū)動同類門的個數(shù)，是衡量門電路負載能力的一個

5、參數(shù)，TTL與非門有兩種不同性質(zhì)的負載灌電流負載和拉電流負載，因此有兩種扇出系數(shù)，低電平扇出系數(shù)NoL和高電平扇出系數(shù)NoH。低電平扇出系數(shù)NoL測 試電路如圖1 3(a)所示，門的輸入端全部懸空，輸出端接灌電流負載，調(diào)節(jié)Rl使IoL增大，UoL隨之增高，當UoL達到UoLm(手冊中規(guī)定低電平規(guī)范值 0.4V)時 的IoL就是允許灌入的最大負載電流IoLm，貝UNoL = I 0LmI iLNoL大小主要受輸出低電平時輸出端允許灌入的最大負載電流 IoLm的限制, 如灌入的負載電流超出該值，輸出低電平將顯著升高，以致造成下級門電路的誤 動作。高電平扇出系數(shù)Noh通常liH«liL -

6、 NoH»NoL，故常以NoL作為門的扇出系數(shù)。(4) 電壓傳輸特性與非門的輸出電壓Uo隨輸入電壓Ui而變化的曲線Uo=f(Ui)稱為電壓傳輸特 性，如圖14所示。它是門電路的重要特性之一，通過它可知道與非門的一些 重要參數(shù)，如輸出高電平UoH、輸出低電平UoL、關(guān)門電平Uoff、開門電平Uon、 閾值電平Ut及抗干擾容限Unl、Unh等。0電壓傳輸特性的測試方法很多，最簡單的方法是逐點測試法，測試電路如圖湖南工大-數(shù)電實驗一TTL集成邏輯門的參數(shù)測試1 3 (b)所示，調(diào)節(jié)電位器RP，逐點測出輸入電壓Ui及輸出電壓Uo繪成曲線。傳騙轉(zhuǎn)性山)"的測試電謝圖1 5(5) 平均

7、傳輸延遲時間tpdtpd是衡量門電路開關(guān)速度的參數(shù)，是指輸出波形邊沿0.5Um點相對于輸入波形對應(yīng)邊沿0.5Um點的時間延遲，如圖1 5(a)所示，門電路的導(dǎo)通延遲時間為tpdL， 截止延遲時間為tpdH，則平均時間tpdH=1/2(tpdL + tpdH)。tpd測量方法如圖1一5(b) 所示，此時與非門作為非門使用，它的輸出信號與輸入信號是反相的， 將三個門 (奇數(shù)個門)首尾相接將構(gòu)成一個環(huán)形振蕩器。由分析可知，這個電路的振蕩周期T與門的平均延遲時間tpd的關(guān)系為tpd=T/6，用示波器或頻率計測出振蕩波形 uo 的周期，則可求出 tpd值。(需用50100MHz的示波器或頻率計進行測量

8、)4.輸入雙與非門74LS20的主要參數(shù)規(guī)范如表1 2所示3. TTL集成電路使用注意事項(以TTL與非門為例)(1) 接插集成塊時，要認清定位標記，不得插反。表1 2參數(shù)名稱符號規(guī)范值;單位測試條件導(dǎo)通電流IccL<14mAUcc=5.5V，輸入端空載，輸出端空載截止電流IccH<7mAUcc=5.5V，輸入端接地，輸出端空載低電平輸 入電流IiL<1.8mAUcc=5.5V，被測輸入端接地，其它輸入端懸空， 輸出端空載。高電平輸入電流IiH<50Ucc=5.5V，被測輸入端UiH=2.4V，其它輸入端 接地，輸出端空載。輸出高電平UoH>2.4VUcc=5.5

9、V，被測輸入端UiL=0.8V，其它輸入端 懸空，輸出端Ioh=400»A輸出低電平UoL<0.4VUcc=4.5V，輸入端 Ioh=2.0V，輸出 loL=12.8mA扇出系數(shù)No>8同UoH和UoL平均傳遞 延遲時間tpd30nsUcc=5V，輸入端輸入信號Uin=3V，f=2MHz，tv、tf=1015ns(2) 電源電壓使用范圍+ 4.5V+ 5.5V之間，實驗中要求使用 Ucc=+ 5V 電源絕對不允許接錯。(3) 閑置輸入端處理方法：(a)懸空，相當于正邏輯“ T,對一般小規(guī)模電 路的輸入端，實驗時允許懸空處理，但是輸入端懸空，易受外介干擾，破壞電路 邏輯功能

10、，對于中規(guī)模以上電路或較復(fù)雜的電路， 不允許懸空，(b)直接接入Ucc， 或串入一適當阻值電阻(110K1)接入Ucc。(c)若前級驅(qū)動能力允許，可以與有 用的輸入端并聯(lián)使用。(4) 輸出端不允許直接接+ 5V電源或直接接地，否則將導(dǎo)致器件損壞。(5) 除集電極開路輸出器件和三態(tài)輸出器件外，不允許幾個TTL器件輸出端并聯(lián)使用，否則，不僅會使電路邏輯功能混亂，并會導(dǎo)致器件損壞。三、實驗設(shè)備與器件1、示波器2、直流電壓表、毫安表3、輸入雙與非門74LS20X 1四、實驗內(nèi)容實驗前仔細檢查集成塊的標志和在實驗臺上的位置，特別是電源極性不得 接錯。1. 驗證TTL集成與非門74LS20的邏輯功能取任一

11、個與非門按圖1 6連接實驗電路，用邏輯開關(guān)改變輸入端A、B、C、D邏輯電平，輸出端接電平指標器及數(shù)字電壓表。 逐個測試集成塊中兩個門, 測試結(jié)果記入表1圖1 62. 74LS20主要參數(shù)的測試 導(dǎo)通電源電流ICCL按圖1 2(a)接線，測試結(jié)果記入表1 3中。 截止電源電流ICCH按圖1 2(b)接線，此時應(yīng)將兩個與非門的所有輸入端都接地，測試結(jié) 果記入表1 3中。表1 3lccL(mA)CCH(mA)liL(AA)IoL(mA)No = 4tpd= T6-( nS)(3)低電平輸入電流IiL按圖1 2(c)接線，測試結(jié)果記入表1 3中。 扇出系數(shù)N。按圖1 3(a)接線，調(diào)節(jié)電位器RP，使輸

12、出電壓Uo=0.4V，測量此時的IoL， 計算n ° =，記入表1 3中。I iL(5)電壓傳輸特性按圖1 3(b)接線，調(diào)節(jié)電位器RP,使Ui從0V向高電平變化，逐點測量 Ui和Uo的對應(yīng)值，記入表1 4中。表1 4Ui(V)00.20.40.60.80.91.01.21.62.02.43.0Uo(V)用示波器觀察電壓傳輸特性曲線測試電路如圖1 3(b)，將輸入電壓Ui接入示波器X軸輸入端，輸出電壓 Uo接丫軸輸入端(Ya或Yb)，調(diào)節(jié)電位器RP,在屏幕上可顯現(xiàn)輸出電壓隨輸入 電壓變化光點移動軌跡，即電壓傳輸特性曲線。(示波器觸發(fā)極性開關(guān)應(yīng)置外接X處)6)平均傳輸延遲時間tpd五、實驗報告1. 記錄、整理實驗結(jié)果2. 把測得的74LS20與非門各參數(shù)值與它的規(guī)