《脉冲与数字电路》实验教案

实验一集成门电路

一、实验目的

1．学习测试“与非”门电路的电压传输特性和逻辑功能。

2．了解“与非”门组成的其它逻辑门。

二、实验原理

“与非”门是门电路中应用较多的一种，它的逻辑功能是：全“1”出“0”，有“0”出“1”。即只有当全部输入端都接高电平“1”时，输出端才是低电平“0”，否则，输出端为高电平“1”。图1－1是一个具有3个输入端的“与非”门逻辑图。根据手册规定，“与非”门的高低电平和其他电参数有一定的规范值，（见表1－1）。若不符合，则表明该“与非”门不能使用。

图1－1 图1－2

检验“与非”门应按表1－1规定的测试条件进行。在实际使用时，有时可用万用表对“与非”门进行简易检验。以TTL“与非”门为例，当接通5V直流电源后，先让各个输入端接高电平，用万用表测量其输出端的电压。然后把各个输入端依次接地，测量输出端的电压，根据测量数据是否符合规范值则可判别这个“与非”门好否。

集成“与非”门的电压传输特性，指的是“与非”门输出电压u0随输入电压u i变化的关系曲线，如图1－2所示。图中A点相应的输入电压称为关门电平U off，B点相应的输入电压称为开门电平U ON。

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图1－3

传输特性的测量方法很多，最简单的方法是把直流电压通过电位器分压加在与非门的输入端，如图1－4所示，用万用表逐点测出对应的输入，输出电压，然后绘制成曲线。为了读数容易，在调节u i 过程中即可先监视输出电压的变化，再读出U i 来，否则在开门电平和关门电平之间变化的电压不易读出来。

为了在示波器上观察到电压传输特性，可按图1－3接线，可把输出电压u 0接入示波器的y 输入端，输入电压U i 可由函数信号发生器输出的100Hz 正弦波通过二极管半波整流后得到，同时把这个输入信号送入示波器的x 轴，作为扫描电压，调节u i 大小可在示波器显示屏上观察到一条完整的电压传输

特性曲线。（注意，这时示波器的x 轴选择开放放在“外接x ”）

“与非”门可以组成其他基本逻辑电路。图1－5是由三个“与非”门组成的“或”门电路，它的逻辑表达式为

F = A + B

图1－4

图1－5

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图1－6是由四个“与非”门组成的“异或”门电路，它的逻辑表达式为 F = A ⊕ B = A B A B +

本实验使用的集成“与非”门的型号为74LSOO ，它包含四个“与非”门，每个“与非”门有2个输入端，其外引线及内部示意图如图1－7。U CC 为＋5V 。

图1－6 图1－7

用与非门组成的多谐振荡器电路如图1－8所示。它是一个非对称微分型多谐振荡电路。与非门G 1的输出作为与非门G 2的输入，与非门G 2的输出又通过电容C 反馈到与非门G 1的输入形成正反馈。与非门G 1的输出电压对电容器C 反复充放电，同时又使与非门G 1不断翻转，周而复始，产生了振荡波形，其振荡周期

)ln (ln

th

OH th OH OH U U

U U U RC T +-=

式中U OH 为高电平值，U th 为门槛电压。

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5

当OH th 2

1

U U =时，T = RCln4 ≈ 1.4RC

图1－8

若在图中接入R'，可使多谐振荡器易于起振。通常R 取1k Ω，R'取几千欧至十千欧。

四、预习思考题

1．根据74LSOO 二输入四“与非”门管脚排列，画出实际实验线路。

2．TTL “与非”门的输出高低电平，一般在什么范围？什么是开门电平和关门电平，一般为何值？

3．如何根据“与非”门的逻辑功能及其范围值用万用表检查与非门？ 4．如何使用示波器观察“与非”门的电压传输特性？

5．在观察门电路的输出波形时，y 轴输入的交直流选择开关应放在哪个位置？在观察时如果出现不稳定的波形或者只有一个亮点，应调节哪个旋钮，如何调节？

6．与非门中多余输入端应作如何处理？

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五、实验内容及步骤

1．测试与非门的逻辑功能

将与非门输出端接电平指示，将逻辑电平（由数据开关提供）接入与非门输入端，接通与非门的＋5V 电源，观察与非门的逻辑功能是否符合真值表内容。逐一测试74LSOO 中四只与非门，这种方法是判断与非门好坏的一种简便方法。

2．取任一“与非”门做电压传输特性的－直流法；用74LSOO 中一只与非门，电路如图1－4，用万用表逐点测试，（正确处理不用的输入端）。为了读数容易，在调节U i 时，可先监视输出电压的变化，再读出U i 来，否则在开门电平和关门电平之间变化的电压不易读出来。将读数一一记入表1－1中，画出电压传输特性曲线，求出关门电平U off 和开门电平U on ，输出高电平U OH ，输出低电平U OL 。

3．观察与非门控制特性

如图1－9连接电路，将频率等于1kHz ，幅度等于5V 的方波，送入与非门输入端u i ，当控制端Y 分别加上逻辑0和逻辑1电平（Y 接至数据开关），用双

踪示波器同时观察u i 、u 0波形，比较两者的相位，体 图1-9

会控制端作用。将结果记入表1－2。

4．＊观察与非门电压传输特性－交流法

选用一只与非门按图1－3接线，将频率为1kHz 的正弦波经二极管半波整流后的半波电压加入与非门输入端，同时作为示波器X 轴扫描电压。与非门的输出信号送入Y 轴输入通道。Y 轴输入耦合方式开关置于“DC ”。从零开始逐渐加大u i 信号，观察并记录电压传输特性曲线。如果需要从电压传输特性曲线上求得各项参数值，则必须事先确定X 轴座标原点及X 轴灵敏度；X 轴不加信号时的光点位置即为坐标原点。将校准信号1V （或2V ），1kHz 方波送入X 轴，根据光点的横轴偏移量可求出X 轴的灵敏度。例如：当光点在X 轴方向的