TTL集成邏輯門的邏輯功能與參數測試實驗

一、實驗目的

1、掌握TTL集成與非門的邏輯功能和主要參數的測試方法

2、掌握TTL器件的使用規則

3、進一步熟悉數字電路實驗裝置的結構，基本功能和使用方法

二、實驗原理

本實驗采用四輸入雙與非門74LS20，即在一塊集成塊內含有兩個互相獨立的與非門，每個與非門有四個輸入端。其符號及引腳排列如圖1所示。

圖1 74LS20邏輯符號及引腳排列

1、與非門的邏輯功能

與非門的邏輯功能是：當輸入端中有一個或一個以上是低電平時，輸出端為高電平；只有當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”。）

其邏輯表達式為

2、TTL與非門的主要參數

（1）低電平輸出電源電流ICCL和高電平輸出電源電流ICCH

與非門處于不同的工作狀態，電源提供的電流是不同的。ICCL是指所有輸入端懸空，輸出端空載時，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，電源提供給器件的電流。

通常I CCL ＞I CCH ，它們的大小標志著器件靜態功耗的大小。器件的最大功耗為P CCL ＝VCCI CCL 。手冊中提供的電源電流和功耗值是指整個器件總的電源電流和總的功耗。

[注意]：TTL電路對電源電壓要求較嚴，電源電壓VCC只允許在＋5V±10％的范圍內工作，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IiL和高電平輸入電流I iH 。IiL是指被測輸入端接地，其余輸入端懸空，輸出端空載時，由被測輸入端流出的電流值。

在多級門電路中，IiL相當于前級門輸出低電平時，后級向前級門灌入的電流，因此它關系到前級門的灌電流負載能力，即直接影響前級門電路帶負載的個數，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，輸出端空載時，流入被測輸入端的電流值。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，其大小關系到前級門的拉電流負載能力，希望IiH小些。由于IiH較小，難以測量，一般免于測試。

（3）扇出系數NO

扇出系數NO是指門電路能驅動同類門的個數，它是衡量門電路負載能力的一個參數，TTL與非門有兩種不同性質的負載，即灌電流負載和拉電流負載，因此有兩種扇出系數，即低電平扇出系數NOL和高電平扇出系數N OH 。通常I iH ＜I iL ，則N OH ＞N OL ，故常以NOL作為門的扇出系數。

NOL的測試電路中，門的輸入端全部懸空，輸出端接灌電流負載R L ，調節RL使IOL增大，VOL隨之增高，當VOL達到V OLm （手冊中規定低電平規范值0.4V）時的IOL就是允許灌入的最大負載電流，則

通常N OL ≥8

（4）電壓傳輸特性

門的輸出電壓vO隨輸入電壓vi而變化的曲線v o ＝f(v i )稱為門的電壓傳輸特性，通過它可讀得門電路的一些重要參數，如輸出高電平 V OH 、輸出低電平V OL 、關門電平V Off 、開門電平V ON 、閾值電平VT及抗干擾容限V NL 、VNH等值。測試電路采用逐點測試法，即調節R W ，逐點測得Vi及V O ，然后繪成曲線。

三、實驗設備與器件

1、+5V直流電源 2、邏輯電平開關

3、邏輯電平顯示器 4、直流數字電壓表

5、直流毫安表 6、直流微安表

7、74LS20×2、1K、10K電位器，200Ω電阻器(0.5W)

四、實驗內容

在合適的位置選取一個14P插座，按定位標記插好74LS20集成塊。

1、驗證TTL集成與非門74LS20的邏輯功能

按圖2接線，門的四個輸入端接邏輯開關輸出插口，以提供“0”與“1”電平信號，開關向上，輸出邏輯“1”，向下為邏輯“0”。門的輸出端接由 LED發光二極管組成的邏輯電平顯示器（又稱0-1指示器）的顯示插口，LED亮為邏輯“1”，不亮為邏輯“0”。

按表1的真值表逐個測試集成塊中兩個與非門的邏輯功能。74LS20有4個輸入端，有16個最小項，在實際測試時，只要通過對輸入1111、0111、1011、1101、1110五項進行檢測就可判斷其邏輯功能是否正常。

2、74LS20主要參數的測試

（1）分別按圖（a）、（b）、（c）、（d）接線并進行測試，將測試結果記入表2中。

圖（a）I CCL ：低電平輸出電源電流

圖 （b）** I CCH ：高電平輸出電源電流**

圖 （c）I IL —低電平輸入電流

圖（d）扇出系數試測電路

表2

（2）接圖（e）接線，調節電位器R W ，使vi從OV向高電平變化，逐點測量vi和vO的對應值，記入表3中。

表3

傳輸特性測試演示