集电极开路门与三态输出门的应用

实验 4 集电极开路门与三态输出门的应用

实验目的

1. 掌握 TTL 集电极开路(OC)门的逻辑功能及应用。

2. 掌握 TTL 三态(3S)输出门的逻辑功能及应用。

实验仪器设备与元器件

1．硬件基础电路实验箱，双踪示波器，数字万用表。 2．74LS00，74LS03，CC4011，74LS125 各一块。

实验概述

1.TTL 集电极开路门

图1.4-1所示是一个TTL 二输入集电极开路与非门的逻辑符号和内部电路。

OC 门的使用方法如下：

(1) 利用OC 门“线与”特性完成特定逻辑功能。

图1.4.2所示，输出端实现了线与的逻辑功能： 若有一个门的输出为低电平，则F 输出为低，当所有门的输出为高电平，F 输出为高，即在输出端实现了线与的逻辑功能。

(2) 利用OC 门可实现逻辑电平的转换

改变上拉电阻R L

的电源V L

的电压，输出端的逻辑电平会跟V L

改变。不同电平的逻辑电

路可以用OC 门连接。

(3) OC 门用于驱动

OC 门的输出电流较大，可驱动工作电流较大的电子器件。图1.4.3所示是用OC 门驱动发光二级管的低电平驱动电路。

3. TTL 三态门图1.

4.4所示为三态门的逻辑符号和内部结构图，控制端为低有效。

实验内容

1. OC 门的特性及其应用

(1) 参考图1.4.2，用OC 门74LS03验证 OC 门的“线与”功能。R L

为1k Ω时，写出输出F 的表

达式，观测输出与输入信号的逻辑关系，将数据填入自制表格中。

(2) 参考图1.4.7, 验证OC 门74LS03的特性,输入A 、B 接逻辑电平输出信号，输出端Y 接直流电

压表。V L 接+5V,电阻R L 为4.7k, 观测输出与输入信号的逻辑关系，如果去掉R L , 观测输出信号 的变化。V L 改接+15V ， 检测输出信号的高电平和低电平电压。

(3) 参考图1.4-8，用OC 门74LS03驱动COMS 电路与非门CD4011,V L 接+5V ，调节电位器R w

，

观察上拉电阻的取值对输出端Y 的电平的影响。要求输出信号Y 的高电平不小于3.5V, 低电平不大于0.3V,实验求出上拉电阻的取值范围。

(4) 参考图1.4.3，利用OC 门74LS06驱动一个发光二极管，设发光二极管的工作电压U

D

为2 V ，发光二极管的工作电流I D

为8 mA ，门电路输出低电平的值V oL

为0.3V ，求限流电阻R L

，

然后，通过实验检测。

2. 三态门的特性及其应用

⑴ 参考图1.4.9，验证三态门74LS125的逻辑功能。控制端E 、三态门的输入A 接逻辑电平输出信号，输出端Y 接逻辑电平显示电路，通过开关K 可使电阻接+5V 或地，当E 无效为高电平，三态门输出为高阻态时，输出Y 对应开关K 的状态（接+5V 或地）为高电平或低电平；当E 有效为低电平时，Y=A 。

⑵参考图1.4.5，用74LS125两个三态门输出构成一条总线。控制端E 、三态门的输入A 、B 接逻辑电平输出信号，输出端Y 接逻辑电平显示电路，观测输出与输入及控制信号的逻辑关系，控制端E 接1kHz 信号，一个三态门的输入A 接100kHz 信号，另一个三态门B 的

输入接10kHz 信号,用示波器观察输出Y 与控制端E 的波形。

实验数据

1. OC 门的特性及其应用 (1)验证 OC 门的“线与”功能 实验过程表明若有一个门的输出为低电平，则F 输出为低，当所有门的输出为高电平，F 输出为高，即在输出端实现了线与的逻辑功能。

(2)验证不同输入电压时OC 门的输出电压

A B C D F V H H * * L 0.43 * * H H L 0.45 L * L * H 4.9 *

L

*

L

H

5.0

A B F V 0

1

11.8

当接入+5V 时

当接

入+12V 时 A B F V 0 0 1 4.43 0 1 1 4.43 1 0 1 4.43 1

1

0.12

该实验表明改变上拉电阻R L

的电源V L

的电压，输出端的逻辑电平会跟V L

改变。不同电平的逻辑电路可以用OC 门连接。 2. 三态门的特性及其应用 ⑴ 验证三态门的逻辑功能

该实验表明当E 无效为高电平，三态门输出为高阻态时，输出Y 对应开关K 的状态（接+5V 或地）为高电平或低电平；当E 为有效低电平时，Y=A,由输入决定。

(2)三态门实现总线传输

该实验表明用两个三态门输出构成一条总线，使任意时刻只有一个控制端处于使能状态。输出由当前工作的三

态门输入决定。

实验心得

当实验中线路出现问题时，主要是接触不良或者芯片烧坏。判断是否芯片烧坏要采取逐门输入输出判断。另外实验中要注意电压不能直接加到输出端，以免电路烧坏

思考题

（1） 对74LS03，若上拉电阻的电源为+15V 时，输出能否接到实验箱的指示灯上。 不能，因为这样电流太大有可能把试验箱的指示灯烧掉。

（2） 如何利用三态门实现双向传输，画图说明。

0 1 1 11.8 1 0 1 11.8 1 1

0.12

E A Y

V

1 0 高阻态 0/4.99 1 1 高阻态 0/4.99 0 0 0 0 0

1

1

4.9

E A B Y V 0 0 1 4.97 0 1 0 0.19 1 0 1 4.99 1

1

0.82