数字电路与逻辑设计实验实验一

电气与计算机工程学院 课程名称：

数字电路与逻辑设计实验 实验题目：TTL 与非门的静态参数测试 2020 年 年 06 月 月 15 日 中山大学南方学院

电气与计算机工程学院实验报告 2 附：实验报告 专业：

电子信息科学与技术 年级：

18 完成日期：

2020 年 6 月 14 日 学号：

182018010 姓名：

叶健行 成 绩：

一、实验目的（一）掌握 TTL 与非门电路主要参数和电压传输特性的测试方法。

（二）熟悉数字电路实验箱、数字万用表的使用。

二、实验原理 TTL 与非门电路是目前较为普遍的一种集成门电路。本实验采用四 2 输入与非门 74LS00，即在一块集成块内含有四个互相独立的与非门,每个与非门有2 个输入端。其电路图、逻辑符号及引脚排列如图（一）(a)、(b)所示，其中VCC 和 GND 是四个与非门共同的供电电源输入端，要使得与非门正常工作，前提条件是在 VCC 和 GND 端加入合适的电源供应，GND 接地，VCC 的范围是 5V±5%。

图（一）对于使用集成电路者来说，所关心的是集成门电路从导通到截止所需要的转换条件和其所表现出来的转换特性，诸如开门电平、输出高电平、输出低电平等这样一些静态参数，以及诸如平均传输延迟时间一类动态参数的测量，与非门电路的转换特性（电压传输特性）曲线，它表示输入由低电平变到高电平时输出电平的相应变化，所有这些都是选择和设计电路所必须了解的。

R(a)(b)74LS00 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 V CC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND & & & &

电气与计算机工程学院实验报告 3 三、实验过程（一）低电平输出电源电流 I CCL 和高电平输出电源电流 I CCH 及静态平均功耗 P 与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。

I CCL ：指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。也称空载导通电流。测试电路如图（二）（a）所示。

I CCH ：指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地其余输入端悬空，电源提供器件的电流。也称空载截止电流。电路如图（二）（b）所示。

P ：为电路空载导通功耗 P On 和空载截止功耗 P Off 的平均值。其值为：

2 2CCH CC CCL CCoff onI V I Vp pp（通常 P On ＞P Off）VCC VCC 图（二）I CCL =2.74mA , I CCH =0.9mA 1.929.0 5 74.2 52 2  CCH CC CCL CCoff onI V I Vp pp（二）输入短路电流 I IS 和输入漏电流 I IH I IS（或 I IL）：指被测输入端接地，其余输入端和输出端悬空时，由被测输入端流出的电流。也称低电平输入电流。在由多级门构成的电路中，I IS 相当干前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流。因此，I IS越小，前级门带负载的个数就越多。测试电路如图（三）（a）所示。

I IH ：指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端悬空时，流入被测输入端的电流。也称高电平输入电流。在由多级门构成的电路中，它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载。I IH 越小，前级门电路带负载的个数就越多。I IH 较小，难以测量。测试电路如图（三）（b）所示。

74LS00 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 mA(+5V)(a)+-I CCL 74LS00 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 mA(+5V)(b)+-I CCH

电气与计算机工程学院实验报告 4 5V & 10KΩ R L W 2KΩ V 5V & 560Ω R L W 2KΩ V 图（四）（b）（a）图（三）I IS =0.22mA , I IH =0.02mA（三）输出高电平U OH 及关门电平U off 测量电路如图（四）（a）所示。先调 W，使输入电压为 0V 这时输出电压即为 UOH。然后渐渐增大输入电压，当输出电压下降到 90%UOH 时，测得输入电压即为关门电平Uoff。

U OH =3.597V , U off =0.96V（四）输出低电平U OL 及开门电平U on 测量电路如图（四）（b）所示。先调 W，使输入电压为高电平，测得的输出电压即为 U OL。然后渐渐减小输入电压，测得使输出电压维持在U OL 的最低输入电平，即为开门电平U on。

U OL =0.307V , U on =1.355V（五）测试 TTL 与非门的电压传输特性 图（四）（b）断开 RL 即为测量电路。调 W，使输入电压由小到大，用万用表对应地测出输入电压和输出电压，并一一记录在表（一）中。表（一）只作格式参考，输入电压的取值由同学自己决定，测量时，对 VOff和 VON 的附近，输入电压的变化可取小一些。即测量点取密一些。

μA +5V ＆（b）+-I IH m+5V ＆（a）+-I IS

电气与计算机工程学院实验报告 5 至示波器(a)传输延迟特性(b)t pd 的测试电路 图（五）表（一）U i(V)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 … U o(V)4.48 4.46 4.45 4.45 4.35 2.88 0.155 0.155 0.155 0.155 0.1 0.1（六）平均传输延迟时间 t pd t pd 是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的 0.5V m 至输入波形对应边沿 0.5V m 点的时间间隔，如图（五）（a）所示。

图（五）(a)中的 t pdL 为导通延迟时间，t pdH 为截止延迟时间，平均传输延迟时间为：

七级非门 整形非门-0.500.511.522.533.544.550 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5Uo(V)Ui(V)电压传输特性曲线)t t(21t pdH pdL pd  

电气与计算机工程学院实验报告 6 t pd 的测试电路如图（五）(b)所示，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，电路中的 A 点为逻辑“1”，经过七级门的延迟后，使 A 点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过七级门的延迟后，A 点电平又重新回到逻辑“1”。电路中其它各点电平也跟随变化。说明使 A 点发生一个周期的振荡，必须经过14 级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为 TTL 电路的 t pd 一般在 6 n S～30 n S 之间。

由于所用的 74LS00 四输入与非门的 t pd 很短，要用 7 个与非门连成环形震荡器，以便测量其周期 T。

14Tt pd nSTt pd 6.10148.14814  

(实验一)

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