TTL集成与非门主要参数的测试

实验一TTL与非门的静态参数测试
一、实验目的
1. 掌握TTL与非门电路主要参数和电压传输特性的测试方法。

2. 熟悉数字电路试验箱、数字万用表的使用。

二、实验仪器及器件
1.数字电路试验箱、万用表、示波器
2.器件：74LS00X 2．电阻：560Ω X1，1OkXI
三、实验内容和结果
1.低电平输出电源电流I CCL和高电平输出电源电流I CCH及静态平均功耗P�：
与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。

I CCL：指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流．也称空
载导通电流．测试电路如图（一）(a)所示。

I CCH：指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬
空，电源提供器件的电流。

也称空载截止电流，电路如图（二）(b)所示。

P�：为电路空载导通功耗P on和空载截止功耗P off的平均值，其值为：
p�=pp oooo+pp oooo2=VV CCCC II CCCCCC+VV CCCC II CCCCCC2(通常P on>P off)
（ａ）（ｂ）
图（一）
2.输入短路电流I IS和输入漏电流I IH：
I IS：（或I IL）指被测输入端接地，其余输入端和输出端悬空时．由被测输
入端流出的电流。

也称低电平输入电流。

在由多级门构成的电路中，I IS
相当前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流。

因此．I IS越小，
前级门带负载的个数就越多。

测试电路如图（二）(a)所示。

I IH：指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端悬空时，流入
被测输入端的电流。

也称高电平输入电流。

在由多级门构成的电路中，
它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载。

I IH越小，前级门
电路带负载的个数就越多。

I IH较小，难以测量。

测试电路如图（二）(b)所示。

3.输出高电平U OH及关门电平U off
测量电路如图（三）(a)所示。

先调W，使输入电压为0V这时输出电压即为U OH。

然后渐渐增大输入电压，当输出电压下降到90%U OH时，测得输入电压即为关门电平U off。

4.输出低电平U OL及开门电平U on
测量电路如图（三）(b)所示。

先调W，使输入电压为高电平，测得的输出电压即为U OL然后渐渐减小输入电压，测得使输出电压维持在U OL的最低输入电平，即为开门电平U on。

5.测试TTL与非门的电压传输特性：
图（三）(b)断开RL即为测量电路。

调W，使输入电压由小到大，用万用表对应地测出输入电压和输出电压，并一一记录在表中。

测量时，对Voff 和VON的附近，输入电压的变化可取消一点，即测量点取密一些。

6.平均传输延迟时间tpd
tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5V。

至输入波形对应边沿0.5Vm点的时间间隔，如图（四）(a)所示。

图（四）(a)中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时问，平均传输延迟时间为：
tpd的测试电路如图（四）(b)所示，由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测
量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。

其工作原理
是：假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1"，经过
七级门的延迟后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑”0"；再经过七级
门的延迟后，A点电平又重新回到逻辑“1”。

电路中其它各点电平也跟
随变化。

说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过14级门的延迟时
间。

因此平均传输延迟时间为:
tt pppp=TT14
TTL电路的tpd一般在6nS ~ 30nS之间。

由于所用的74LSOO四输入与非门的tpd很短，要用7个与非门连成环
形震荡器，以便测量其周期T。

四、实验数据结果与分析
1、低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH及静态平均功耗，
数据记录如表（一）所示：
表（一）
2、 输入短路电流IIS 和输入漏电流IIH ，数据记录如表（二）所示： IS I 0.2245mA
IH I 0mA
表（二）
分析：
实质上ICH 并不为0，只是因为ICH 极小，为μA 级，实验台上的仪器无法测量。

3、 输出高电平U OH 及关门电平U off ，数据记录如表（三）所示：
OH U
3.35V off U 0.97V
表（三）
4、 输出低电平UOL 及开门电平Uon ，数据记录如表（四）所示：
OL U
0.53V on U 1.18V
表（四）
5、 测试TTL 与非门的电压传输特性，数据记录如表（五）所示：
表（五）
画出图像如图所示：
)(V u i 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0 1.05 1.10 1.15 1.20 )(V u o 4.213 4.213 4.210 4.203 4.115 3.864 3.544 3.541 2.829 2.193 1.677 0.170 0.166
)(V u i 1.25 1.30 1.40 )(V u o 0.168 0.167 0.167
从图中读出U OFF=0.85V,U ON=1.17v
分析：
由以上数据可知，在0~0.8v时输入电压不足以门电路打开，即输入端处于截止状态输出高电平，
当电压处于0.9~1.15v时，输出电压与输入电压近似成线性关系，
当电压大于1.15v时，输出电压近似于0v且保持不变，即输入端处于打开状态，输出低电平。

6、将8个与非门按图示方式接好：
将输出接至示波器得到如图信号：
有图中读出周期T=82ns ；
故tt pppp =TT 14=5.86ns
实验误差分析：
对off U ：
相对误差 η=%100×−off
OFF off U U U =12.4% on U ：
相对误差η’=%100×−on ON on U U U =0.84%
1) 由于在实验中使用的电流表，电压表，在测量以及读数产生了数据上的
误差
2) 在测量电压传输特性时由于时间关系，在U off 以及U on 的附近取点不够
密集，导致数据产生误差
心得体会：
1) 在实验中由于对万能表的错误使用，在测试电流时将接线接入电压接线
口导致多次测量失败。

必须熟练万能表的使用。

2) 在测量平均传输延迟时间时，按照电路图将每一个接线柱都接上线，测
出来的电压受外界影响较大，会有较大的噪声，导致波形图不易辨识，若将两个输入端的其中一个空载会减少噪声，得到较为清晰的波形图。

实验改进：
实验中由于电压源产生的电压不稳定且不确定，导致多次实验失败，建议换一个更为稳定输出电压更准确的电压源。