实验二数 字 电 路
门电路电参数的测试
实验报告
姓名： 胡 晓 鲁 学号： 12074212 班级： 12075312
实验目的：
1、学习数字万用表、双踪示波器、信号发生器、DJ-SD1数字电路实验箱的使用方法； 2、掌握TTL 的门电路的主要参数及其测试方法；（74LS00） 3、了解集电极开路OC 门（74LS07）、三态输出门TSL （74LS125）的主要特性和使用方法。 4、学会使用数字表逻辑档检测TTL 门电路好坏的方法。
二、实验原理：
1、 TTL 门电路
在数字电路设计中，通常要用到一些门电路，而门电路的特性参数的好坏，在很大程度上影响整个电路工作的可靠性。
通常参数按时间特性分两种：静态参数和动态参数。静态参数指电路处于稳定的逻辑 状态下测得的参数，而动态参数则指逻辑状态转换过程中与时间有关的参数。
本实验中选用TTL 74LS00二输入端四与非门进行参数的实验测试，以掌握门电路的主要参数的意义和测试方法。
TTL 74LS00集成电路引脚排列图如图2-1所示。
图2-1 74LS00集成电路引脚排列图
TTL 与非门的主要参数有： （1）、空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff ：
空载导通功耗Pon 是指输入端全为高电平、输出为低电平且不接负载时的功率损耗。
Pon=VCC·ICCL
空载截止功耗Poff 是指输入端至少有一个为低电平、输出为高电平且不接负载时的功率损耗。 Poff=VCC·ICCH
以上两式中：
VCC ——电源电压（+5V）； ICCL ——空载导通电源电流；（输出为低电平且不接负载时的电源电流） ICCH ——空载截止电源电流。（输出为高电平且不接负载时的电源电流） 空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff 的测试电路如图2-2所示。
图2-2 空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff 的测试电路
（2）、输入短路电流IIS ：
输入短路电流IIS 又称低电平输入电流IIL(IIS即IIL) 是指一个输入端接地，其他输入端悬空时，流过该接地输入端的电流。输入短路电流IIS 的测试电路如图2-3所示。
图2-3 输入短路电流IIS 的测试电路
（3）、输出高电平VOH:
输出高电平VOH 是指输出不接负载，当有—输入端为低电平时的电路输出电压值。测试电路如图2-4所示。 （4）、输出低电平VOL:
输出低电平VOL 是指所有输入端均接高电平时的输出电压值。测试电路如图2-4所示。
图2-4 输出高电平VOH 和输出低电平VOL 的测试电路
（5）、电压传输特性曲线、开门电平Von 和关门电平Voff:
电压传输特性曲线如图2-5所示，是关于输入电压与输出电压（Vi-Vo ）的关系曲线。使输出电压VO 刚刚达到低电平VOL 时的最低输入电压称为开门电平V on 使输出电压VO 刚刚达到高电平VOH 时的最高输入电压Vi 称为关门电平VOFF 。 电压传输特性测试电路如图2-6所示。
图2-5 电压传输特性曲线 图2-6 电压传输特性测试电路
（6）、扇出系数NO ：
电路正常工作时，能带动的同型号门的数目称为扇出系数NO 。扇出系数NO 的测试电路如图2-7所示。
图2-7 扇出系数NO 的测试电路
2、TTL 集电极开路门(OC)与三态输出门
在数字系统中，有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。对于普通的TTL 门电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平或是低电平，输出阻抗都很低。因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用。
集电极开路和三态门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用。
（1）集电极开路门(OC)（74LS07） 74LS07管脚图，如图2-8。
图2-8 74LS07集成电路引脚排列图
OC 门的应用主要有以下三个方面（如图2-9）：
利用电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。
实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。
实验逻辑电平的转换，以推动数码管、继电器、MOS 器件等多种数字集成电路。
图2-9 OC与非门“线与”电路 图2-10 OC 与非门负载电阻RL 的确定
OC 门输出并联运用时负载电阻RL 的选择，如图2-10。
为保证OC 与非门输出电平符合逻辑要求，负载电阻值的选择范围为
E C -V OH
R LMAX =
nI OH +mIiH E C -V OL
R LMIN =
I LM +NIiL
式中：
I OH — OC 门输出管截止时（输出高电平V OH ）的漏电流（约50μA）
I LM — I iH — I iL —
OC 门输出低电平V OL 时允许最大灌入负载电流（约20mA ） 负载门高电平输入电流（﹤50μA） 负载门低电平输入电流（﹤1.6mA ）
Ec — RL 外接电源电压 n — OC 门个数 N — 负载门个数
m — 接入电路的负载门输入端总个数
RL 值须小于RLMAX ，否则VOH 将下降，RL 值须大于RLMIN ，否则VOL 将上升，又RL 的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，RL 应尽量选取接近RLMIN
（2）、TTL 三态门输出门（3S 门）
TTL 三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL 门电路结构不同，它的输出端除了平常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低阻状态），还有第三种输出状态—高阻状态，处于高阻状态时，电路与负载之间相当于开路。三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型。如图2-11和表2-1。本实验所用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器。
图2-11三态缓冲器逻辑符号
表2-1
三态门主要用途之一是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以选通方式传送多路信息。图2-12中，电路中把若开个三态TTL 电路输出端直接连接在一起构成三态门总线，使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能状态（E=0），其余各门均处于禁止状态（E=1）。由于三态门输出电路结构与普通TTL 电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制处于使能状态，将出现与普通TTL 门“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不允许的。
图2-12 三态输出门实现总线传输
74LS125管脚图：如图2-13
其特点：三态门的输出除了0态、1态以外，还可以呈现高阻态，或称开路状态。利用三态门可以实现总线结构，还可以实现数据的双向传输。
图2-13 74LS125（四路三态缓冲门）
三、实验仪器及材料
1、双踪示波器 2、元器件
TTL 芯片： 74LS00 四2输入与非门 1片 74LS125 三态门 1片 74LS07 集电极开路门 1片 毫安表 0～50mA 1只 电压表 0～5V 2只
五、实验内容和实验步骤：
TTL 与非门的参数的测试（74LS00）。 （1）空载导通功耗Pon
空载导通功耗Pon 的测试电路如图2-2所示。按图接线，合上K1和K2，再合上电源开关，读出电流值ICCL 和电压值VCC ，记入表2-2。 （2）空载截止功耗Poff
空载截止功耗Poff 的测试电路如图2-2所示。按图接线，K1或K2断开，合上电源开关，读出电流值ICCH 和电压值VCC ，记入表2-2。 （3）低电平输入电流IIL
低电平输入电流IIL 的测试电路如图2-3所示。按图接线，读出电流表上显示的电流值记入表2-2。
（4）输出高电平VOH
输出高电平VOH 的测试电路如图2-4所示。按图接线，合上K1，断开K2，接通电源，读出电压表上显示的电压值记入表2-2。 （5）输出低电平VOL
输出低电平VOL 的测试电路如图2-4所示。按图接线，合上K1和K2，接通电源，读出电压表上显示的电压值记入表2-2。 （6）平均传输延迟时间tpd
平均传输延迟时间tpd 的测试电路如图2-14所示。按图接线，3个与非门组成环形振荡器，从示波器中读出振荡周期T ，记入表2-2，则平均传输延迟时间tpd=T／6。
图2-14 74LS00平均传输延迟时间tpd 的测试电路
（7）扇出系数NO
扇出系数NO 的测试电路如图2-7所示。按图接线，1脚和2脚悬空，接通电源，调节电位器Rw ，使电压表的值为VOL=0.4V，读出此时的电流表值IOL ，记入表2-2，则扇
出系数NO=IOL/ IIL
（8）电压传输特性曲线
电压传输特性的测试电路如图2-6所示。按图接线，电阻R 插入实验箱电阻插孔中，K2拨到高电平，旋转电位器Rw ，使V1，逐渐增大，同时读出V1和V2值，其中V1值为输入电压，V2为输出电压。将V1和V2记入表2-3中，并绘出V1- V2的曲线，即电压传输特性曲线。
2、三态门应用
（1）选用与非门(74LS00)和三态门（74LSl25），测试接线图如图2-15所示。
（2）A 端输入1Hz 方波信号，用指示灯观察输出端F1、F2，并将结果填入表2-4中。
表2-4 三态门功能表
（3）将图2-15中的F1和F2端用导线连接起来实现总线结构，从而实现一根信号线分时传送多组数据。用实验方法验证。
图2-15 74LS125测试线路图 图2-16 集电极开路门测试图
表2-5 OC门线与真值表
3、集电极开路门（74LS07）
（1）按图2-16接线，当外接负载电阻RL 为lK Ω时，将结果填入表2-5中。 （2）写出输出F 的逻辑表达式：F= AB
实验二数 字 电 路
门电路电参数的测试
实验报告
姓名： 胡 晓 鲁 学号： 12074212 班级： 12075312
实验目的：
1、学习数字万用表、双踪示波器、信号发生器、DJ-SD1数字电路实验箱的使用方法； 2、掌握TTL 的门电路的主要参数及其测试方法；（74LS00） 3、了解集电极开路OC 门（74LS07）、三态输出门TSL （74LS125）的主要特性和使用方法。 4、学会使用数字表逻辑档检测TTL 门电路好坏的方法。
二、实验原理：
1、 TTL 门电路
在数字电路设计中，通常要用到一些门电路，而门电路的特性参数的好坏，在很大程度上影响整个电路工作的可靠性。
通常参数按时间特性分两种：静态参数和动态参数。静态参数指电路处于稳定的逻辑 状态下测得的参数，而动态参数则指逻辑状态转换过程中与时间有关的参数。
本实验中选用TTL 74LS00二输入端四与非门进行参数的实验测试，以掌握门电路的主要参数的意义和测试方法。
TTL 74LS00集成电路引脚排列图如图2-1所示。
图2-1 74LS00集成电路引脚排列图
TTL 与非门的主要参数有： （1）、空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff ：
空载导通功耗Pon 是指输入端全为高电平、输出为低电平且不接负载时的功率损耗。
Pon=VCC·ICCL
空载截止功耗Poff 是指输入端至少有一个为低电平、输出为高电平且不接负载时的功率损耗。 Poff=VCC·ICCH
以上两式中：
VCC ——电源电压（+5V）； ICCL ——空载导通电源电流；（输出为低电平且不接负载时的电源电流） ICCH ——空载截止电源电流。（输出为高电平且不接负载时的电源电流） 空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff 的测试电路如图2-2所示。
图2-2 空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff 的测试电路
（2）、输入短路电流IIS ：
输入短路电流IIS 又称低电平输入电流IIL(IIS即IIL) 是指一个输入端接地，其他输入端悬空时，流过该接地输入端的电流。输入短路电流IIS 的测试电路如图2-3所示。
图2-3 输入短路电流IIS 的测试电路
（3）、输出高电平VOH:
输出高电平VOH 是指输出不接负载，当有—输入端为低电平时的电路输出电压值。测试电路如图2-4所示。 （4）、输出低电平VOL:
输出低电平VOL 是指所有输入端均接高电平时的输出电压值。测试电路如图2-4所示。
图2-4 输出高电平VOH 和输出低电平VOL 的测试电路
（5）、电压传输特性曲线、开门电平Von 和关门电平Voff:
电压传输特性曲线如图2-5所示，是关于输入电压与输出电压（Vi-Vo ）的关系曲线。使输出电压VO 刚刚达到低电平VOL 时的最低输入电压称为开门电平V on 使输出电压VO 刚刚达到高电平VOH 时的最高输入电压Vi 称为关门电平VOFF 。 电压传输特性测试电路如图2-6所示。
图2-5 电压传输特性曲线 图2-6 电压传输特性测试电路
（6）、扇出系数NO ：
电路正常工作时，能带动的同型号门的数目称为扇出系数NO 。扇出系数NO 的测试电路如图2-7所示。
图2-7 扇出系数NO 的测试电路
2、TTL 集电极开路门(OC)与三态输出门
在数字系统中，有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。对于普通的TTL 门电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平或是低电平，输出阻抗都很低。因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用。
集电极开路和三态门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用。
（1）集电极开路门(OC)（74LS07） 74LS07管脚图，如图2-8。
图2-8 74LS07集成电路引脚排列图
OC 门的应用主要有以下三个方面（如图2-9）：
利用电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。
实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。
实验逻辑电平的转换，以推动数码管、继电器、MOS 器件等多种数字集成电路。
图2-9 OC与非门“线与”电路 图2-10 OC 与非门负载电阻RL 的确定
OC 门输出并联运用时负载电阻RL 的选择，如图2-10。
为保证OC 与非门输出电平符合逻辑要求，负载电阻值的选择范围为
E C -V OH
R LMAX =
nI OH +mIiH E C -V OL
R LMIN =
I LM +NIiL
式中：
I OH — OC 门输出管截止时（输出高电平V OH ）的漏电流（约50μA）
I LM — I iH — I iL —
OC 门输出低电平V OL 时允许最大灌入负载电流（约20mA ） 负载门高电平输入电流（﹤50μA） 负载门低电平输入电流（﹤1.6mA ）
Ec — RL 外接电源电压 n — OC 门个数 N — 负载门个数
m — 接入电路的负载门输入端总个数
RL 值须小于RLMAX ，否则VOH 将下降，RL 值须大于RLMIN ，否则VOL 将上升，又RL 的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，RL 应尽量选取接近RLMIN
（2）、TTL 三态门输出门（3S 门）
TTL 三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL 门电路结构不同，它的输出端除了平常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低阻状态），还有第三种输出状态—高阻状态，处于高阻状态时，电路与负载之间相当于开路。三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型。如图2-11和表2-1。本实验所用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器。
图2-11三态缓冲器逻辑符号
表2-1
三态门主要用途之一是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以选通方式传送多路信息。图2-12中，电路中把若开个三态TTL 电路输出端直接连接在一起构成三态门总线，使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能状态（E=0），其余各门均处于禁止状态（E=1）。由于三态门输出电路结构与普通TTL 电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制处于使能状态，将出现与普通TTL 门“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不允许的。
图2-12 三态输出门实现总线传输
74LS125管脚图：如图2-13
其特点：三态门的输出除了0态、1态以外，还可以呈现高阻态，或称开路状态。利用三态门可以实现总线结构，还可以实现数据的双向传输。
图2-13 74LS125（四路三态缓冲门）
三、实验仪器及材料
1、双踪示波器 2、元器件
TTL 芯片： 74LS00 四2输入与非门 1片 74LS125 三态门 1片 74LS07 集电极开路门 1片 毫安表 0～50mA 1只 电压表 0～5V 2只
五、实验内容和实验步骤：
TTL 与非门的参数的测试（74LS00）。 （1）空载导通功耗Pon
空载导通功耗Pon 的测试电路如图2-2所示。按图接线，合上K1和K2，再合上电源开关，读出电流值ICCL 和电压值VCC ，记入表2-2。 （2）空载截止功耗Poff
空载截止功耗Poff 的测试电路如图2-2所示。按图接线，K1或K2断开，合上电源开关，读出电流值ICCH 和电压值VCC ，记入表2-2。 （3）低电平输入电流IIL
低电平输入电流IIL 的测试电路如图2-3所示。按图接线，读出电流表上显示的电流值记入表2-2。
（4）输出高电平VOH
输出高电平VOH 的测试电路如图2-4所示。按图接线，合上K1，断开K2，接通电源，读出电压表上显示的电压值记入表2-2。 （5）输出低电平VOL
输出低电平VOL 的测试电路如图2-4所示。按图接线，合上K1和K2，接通电源，读出电压表上显示的电压值记入表2-2。 （6）平均传输延迟时间tpd
平均传输延迟时间tpd 的测试电路如图2-14所示。按图接线，3个与非门组成环形振荡器，从示波器中读出振荡周期T ，记入表2-2，则平均传输延迟时间tpd=T／6。
图2-14 74LS00平均传输延迟时间tpd 的测试电路
（7）扇出系数NO
扇出系数NO 的测试电路如图2-7所示。按图接线，1脚和2脚悬空，接通电源，调节电位器Rw ，使电压表的值为VOL=0.4V，读出此时的电流表值IOL ，记入表2-2，则扇
出系数NO=IOL/ IIL
（8）电压传输特性曲线
电压传输特性的测试电路如图2-6所示。按图接线，电阻R 插入实验箱电阻插孔中，K2拨到高电平，旋转电位器Rw ，使V1，逐渐增大，同时读出V1和V2值，其中V1值为输入电压，V2为输出电压。将V1和V2记入表2-3中，并绘出V1- V2的曲线，即电压传输特性曲线。
2、三态门应用
（1）选用与非门(74LS00)和三态门（74LSl25），测试接线图如图2-15所示。
（2）A 端输入1Hz 方波信号，用指示灯观察输出端F1、F2，并将结果填入表2-4中。
表2-4 三态门功能表
（3）将图2-15中的F1和F2端用导线连接起来实现总线结构，从而实现一根信号线分时传送多组数据。用实验方法验证。
图2-15 74LS125测试线路图 图2-16 集电极开路门测试图
表2-5 OC门线与真值表
3、集电极开路门（74LS07）
（1）按图2-16接线，当外接负载电阻RL 为lK Ω时，将结果填入表2-5中。 （2）写出输出F 的逻辑表达式：F= AB