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第一部分 门电路参数测试
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第一部分: 门电路参数测试
实验一 TTL门电路参数测试实验
一、实验目的
掌握TTL集成与非门的主要性能参数及测试方法。
掌握TTL器件的使用规则。
熟悉数字电路测试中常用电子仪器的使用方法。
二、实验原理
本实验采用二输入四与非门74LS00(它的顶视图见附录),即一块集成块内含有四个相互独立的与非门,每个与非门有两个输入端。其逻辑框图如下:
图1-1 74LS00的逻辑图 图1-2 Iis的测试电路图
TTL集成与非门的主要参数有输出高电平VOH、输出低电平VOL、扇出系数N0、电压传输特性和平均传输延迟时间tpd等。
(1)TTL门电路的输出高电平VOH
VOH是与非门有一个或多个输入端接地或接低电平时的输出电压值,此时与非工作管处于截止状态。空载时,VOH的典型值为3.4~3.6V,接有拉电流负载时,VOH下降。
(2)TTL门电路的输出低电平VOL
VOL是与非门所有输入端都接高电平时的输出电压值,此时与非工作管处于饱和导通状态。空载时,它的典型值约为0.2V,接有灌电流负载时,VOL将上升。
(3)TTL门电路的输入短路电流Iis
它是指当被测输入端接地,其余端悬空,输出端空载时,由被测输入端输出的电流值,测试电路图如图1-2。
(4)TTL门电路的扇出系数N0
扇出系数N0指门电路能驱动同类门的个数,它是衡量门电路负载能力的一个参数,TTL集成与非门有两种不同性质的负载,即灌电流负载和拉电流负载。因此,它有两种扇出系数,即低电平扇出系数N0L和高电平扇出系数N0H。通常有IiHIiL,则N0HN0L,故常以N0L作为门的扇出系数。
N0L的测试电路如图1-3所示,门的输入端全部悬空,输出端接灌电流负载RL,调节RL使IOL增大,VOL随之增高,当VOL达到VOlm(手册中规定低电平规范值为0.4V)时的IOL就是允许灌入的最大负载电流,则
N0L=IOL÷Iis,通常N0L8
(5)TTL门电路的电压传输特性
门的输出电压Vo随输入电压Vi而变化的曲线Vo=f(Vi)称为门的电压传输特性,通过它可读得门电路的一些重要参数,如输出高电平VOH、输出低电平VOL、关门电平Voff、开门电平VON等值。测试电路如图1-4所示,采用逐点测试法,即调节Rw,逐点测得Vi及Vo,然后绘成曲线。
图1-3 扇出系数测试电路 图1-4 电压传输特性测试电路
(6)TTL门电路的平均传输延迟时间tpd
tpd是衡量门电路开关速度的参数,它意味着门电路在输入脉冲波形的作用下,其输出波形相对于输入波形延迟了多少时间。具体的说,是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边沿0.5Um点的时间间隔,如图1-5所示。由于传输延迟时间很短,一般为ns数量级。
图1-5(a)传输延迟特性 图1-5(b)tpd的测试电路
图1-5(a)中的tpdL为导通延迟时间,tpdH为延迟截止时间,平均传输时间为:
tpd=(tpdL+tpdH)/2
tpd的测试电路如图1-5(b)所示,由于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,故实验采用测量有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”,经过三级门的延时后,使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”;再经过三级门的延时后,A点重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也随着变化。说明使A点发生一个周期的振荡,必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为:tpd=T/6
三、实验设备与器件
1、数字逻辑电路实验箱。
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