电子测试技术(二)

目录

实验一TTL集成逻辑门的参数测试（基本）...............................2学时实验二CMOS集成逻辑门的参数测试（基本）...........................2学时实验三集电极开路OC门及三态TS门电路的研究（综合）.....2学时实验四译码器及其应用（应用）...................................................2学时实验五组合逻辑电路的设计（设计）...........................................2学时实验六数据选择器的功能分析与设计（综合）...........................2学时实验七触发器的功能测试（基本）...............................................3学时实验八移位寄存器及其应用（应用）...........................................3学时

实验一 TTL集成逻辑门的参数测试

实验学时：2

实验类型：基本

实验要求：必做

一、实验目的

1、了解TTL与非门各参数的意义。

2、掌握TTL集成门电路的逻辑功能和参数测试方法。

3、熟悉TPE－D3数字电路实验箱的基本功能和使用方法。

二、实验原理、方法和手段

TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种逻辑门，使用时，必须对它的逻辑功能、主要参数和特性曲线进行测试，以确定其性能好坏。本实验主要是对TTL集成与非门74LS20进行测试，该芯片外形为DIP双列直插式结构。原理电路、逻辑符号和管脚排列如图1-1(a)、(b)、(c)所示。

图1-1 74LS20芯片原理电路、逻辑符号和封装引脚图

1. 与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是：当输入端有一个或一个以上的低电平时，输出端为高电平；只有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”。)对与非门进行测试时，门的输入端接逻辑开关，开关向上为逻辑“1”，向下为逻辑“0”。门的输出端接电平指示器，发光管亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。与非门的逻辑表达式为：

Q ABC D

2. TTL 与非门的主要参数

（1）低电平输出电源电流I CCL 与高电平输出电源电流I CCH

与非门在不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。I CCL 是指输出端空载，所有输入端全部悬空，（与非门处于导通状态），电源提供器件的电流。I CCH 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，（与非门处于截止状态），电源提供器件的电流。测试电路如图1-2(a)、(b)所示。通常I CCL I CCH ，它们的大小标志着与非门在静态情况下的功耗大小。

导通功耗：P CCL =I CCL ×U CC 截止功耗：P CCH =I CCH ×U CC

由于I CCL 较大，一般手册中给出的功耗是指P CCL 。

注意：TTL 电路对电源电压要求较严，电源电压V CC 允许在＋5±10%的电压范围内工作，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I IL

I IL 是指被测输入端接地，其余输入端悬空，由被测输入端流出的电流，如图1-2(c)所示，在多级门电路中它相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因而它的大小关系到前级门的灌电流负载能力，因此希望I IL 小些。

(3) 扇出系数N o

扇出系数是指门电路能驱动同类门的个数，是衡量门电路负载能力的一个参数，测试电路如图1-3所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载，调节R L 使I oL 增大，U oL 随之增高，当U oL 达到U oLm (手册中规定低电平规范值0.4V)时的I oL 就是允许灌入的最大负载电流I oLm ，则

（a ）I CCL 测试电路

（b ）I CCH 测试电路

图1-2 空载参数I CCL 、I CCH 和I IL 测试原理图

OH

（c ）I IL 测试电路

N I I

O L O Lm IL

=

N oL 大小主要受输出低电平时输出端允许灌入的最大负载电流I oLm 的限制，如灌入的负载电流超出该值，输出低电平将显著升高，以致造成下级门电路的误动作。

注意：测量时，O L I 最大不要超过20mA ，以防止损坏器件。 (4)电压传输特性

电压传输特性是指输出电压随输入电压变化的关系曲线()0Ιυυf =。它能够充分地显示与非门的逻辑关系，即：当输入Ιυ为低电平时，输出0υ为高电平；当输入Ιυ为高电平时，输出0υ为低电平，在Ιυ由低电平向高电平过渡的过程中，

0υ也由高电平向低电平转化。

测试方法，如图1-4所示。

通常对典型TTL 与非门电路要求V OH ＞3V （典型值为3.5V ）、V OL ＜0.35V 、V ON =1.4V 、V OFF =1.0V 。

(5) 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，是指输出波形边沿0.5V m 点相对于输入波形对应边沿0.5V m 点的时间延迟，如图1-5所示，门电路的导通延迟时间为t pdL ，截止延迟时间为t pdH ，则平均传输延迟时间t pd =1/2(t pdL ＋t pdH )。t pd 测量方法如图1-6所示，此时与非门作为非门使用，它的输出信号与输入信号是反相的，将三个门(奇数个门)首尾相接将构成一个环形振荡器。由分析可知，这个电路的振荡周期T 与门的平均延迟时间t pd 的关系为t pd =T/6，用示波器或频率计测出振荡波形u o 的周期，则可求出t pd 值。(需用50～100MH z 的示波器或频率计进行测量)

V =5V

I OLm

0L U

Ω

图1-3 扇出系数N 0的测试电路 图1-4 电压传输特性的测试电路

V CC =5V

0υ

1k Ω

100Ω