TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试实验

一、实验目的

1、掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法

2、掌握TTL器件的使用规则

3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法

二、实验原理

本实验采用四输入双与非门74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。其符号及引脚排列如图1所示。

图1 74LS20逻辑符号及引脚排列

1、与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。）

其逻辑表达式为

2、TTL与非门的主要参数

（1）低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH

与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH是指输出端空截，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬空，电源提供给器件的电流。

通常I CCL ＞I CCH ，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为P CCL ＝VCCI CCL 。手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。

[注意]：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC只允许在＋5V±10％的范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。

（2）低电平输入电流IiL和高电平输入电流I iH 。IiL是指被测输入端接地，其余输入端悬空，输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。

在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望IiL小些。

IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载时，流入被测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望IiH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。

（3）扇出系数NO

扇出系数NO是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，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数N OH 。通常I iH ＜I iL ，则N OH ＞N OL ，故常以NOL作为门的扇出系数。

NOL的测试电路中，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载R L ，调节RL使IOL增大，VOL随之增高，当VOL达到V OLm （手册中规定低电平规范值0.4V）时的IOL就是允许灌入的最大负载电流，则

通常N OL ≥8

（4）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v o ＝f(v i )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 V OH 、输出低电平V OL 、关门电平V Off 、开门电平V ON 、阈值电平VT及抗干扰容限V NL 、VNH等值。测试电路采用逐点测试法，即调节R W ，逐点测得Vi及V O ，然后绘成曲线。

三、实验设备与器件

1、+5V直流电源 2、逻辑电平开关

3、逻辑电平显示器 4、直流数字电压表

5、直流毫安表 6、直流微安表

7、74LS20×2、1K、10K电位器，200Ω电阻器(0.5W)

四、实验内容

在合适的位置选取一个14P插座，按定位标记插好74LS20集成块。

1、验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能

按图2接线，门的四个输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”。门的输出端接由 LED发光二极管组成的逻辑电平显示器（又称0-1指示器）的显示插口，LED亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。

按表1的真值表逐个测试集成块中两个与非门的逻辑功能。74LS20有4个输入端，有16个最小项，在实际测试时，只要通过对输入1111、0111、1011、1101、1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。

2、74LS20主要参数的测试

（1）分别按图（a）、（b）、（c）、（d）接线并进行测试，将测试结果记入表2中。

图（a）I CCL ：低电平输出电源电流

图 （b）** I CCH ：高电平输出电源电流**

图 （c）I IL —低电平输入电流

图（d）扇出系数试测电路

表2

（2）接图（e）接线，调节电位器R W ，使vi从OV向高电平变化，逐点测量vi和vO的对应值，记入表3中。

表3

传输特性测试演示