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
(1)数字逻辑电路实验箱
(2)74LS00(1片)、100Ω电阻(1个)
(3)数字万用表
(4)双踪示波器
三、实验原理
本实验以二输入四与非门74LS00(它的顶视图见附录一)为例来说明TTL各项技术参数。74LS00内含有四个相互独立的与非门，每个与非门有两个输入端。
1．TTL集成与非门的逻辑功能
单个与非门的逻辑功能框图如图2－1－1所示，当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出为高电平; 只有输入端全都为高电平时，输出端才是低电平。
图2－1－1 74LS00的逻辑图
图2－1－2 Iis的测试电路图
2．TTL集成与非门的技术参数
TTL集成与非门的主要参数有输出高电平VOH、输出低电平VOL、输入短路电流Iis、扇出系数NO、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3．6V，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2－1－2。
(4)TTL门电路的扇出系数NO
扇出系数NO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NOL和高电平扇出系数NOH。通常有IIH＜IIL，则NOH＞NOL，故常以NOL作为门的扇出系数。
NOL的测试电路如图2－1－3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
NOL=IOL/Iis，通常NOL＞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2－1－4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。
图2－1－3 扇出系数测试电路
图2－1－4 电压传输特性测试电路
(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。具体地说，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2－1－5所示。一般传输延迟时间短，为ns数量级。
图2－1－5 传输延迟时间测试
(a)传输延迟特性; (b)tpd测试电路
图2－1－5(a)中的tpd L为导通延迟时间，tpd H为截止延迟时间，平均传输时间为:
tpd=(tpd L+tpd H)/2
tpd的测试电路如图2－1－5(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，故实验采用测量由奇数个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”。电路的其他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(两次循环)的延迟时间。因此平均传输延迟时间为: tpd=T/6。TTL电路的tpd一般在10～40ns之间。
四、实验内容
1．测量TTL门电路的VOH和VOL值
(1)关闭系统电源。
(2)对照附录中芯片引脚图，把74LS00正确放置到实验箱上的DIP14插座中。
(3)把芯片的第7脚接到实验箱的地“GND”，第14脚接到电源“+5V”。
(4)打开系统电源，按照实验原理第2部分“TTL集成与非门的技术参数”说明用万用表测出TTL与非门电路的VOH、VOL值。
2．测量TTL门电路的短路电流Iis
(1)关闭系统电源。
(2)按图2－1－2所示连线。打开系统电源，用万用表的电流挡测出输入短路电流Iis。
3．测量TTL门电路的扇出系数NO
(1)关闭系统电源。
(2)按图2－1－3所示连线。打开系统电源，先调节RL，用万用表测试使VOL等于VOLm (0．4V)。
(3)关闭系统电源，把万用表调到电流挡串入电路中。再打开系统电源，测出IOL。最后，求得扇出系数NO(NOL=IOL/Iis)。
4．测量TTL门电路的电压传输特性
(1)关闭系统电源。
(2)按图2－1－4所示连线，调节电位器RW，使Vi从0V向高电平变化，逐点测量Vi和VO，将结果记入表2－1－1中。
(3)按表绘制出电压传输曲线图。
表2－1－1 测量TTL门电路的电压传输特性数据记录表
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