集成“与非”门电路的直流特性测试.PDF

集成“与非”门电路的直流特性测试 一、 目的 本实验的目的在于使同学们掌握集成门电路 CT74H20 的基本工作原理，熟悉数字集成 “与非”门直流参数测量及参数的意义，以便为今后使用与制造半导体数字集成电路打下一 定的基础。 二、 原理 半导体数字集成电路目前已经广泛地应用到电子工程技术的许多领域。由于它具有体积 小、重量轻、功耗低、速度快和可靠性高、寿命长等优点，故而受到人们的重视，使它在二 十年来得以飞速的发展。 用半导体集成电路构成的数字逻辑系统往往是很复杂的，但是组成这些系统的基本电路 却不外乎是简单的门电路组合而成的，因此“与非”门是数字电路中最基本的单元电路。这 就是人们称集成“与非”门为万能逻辑部件和我们在数字集成电路实验中首先研究“与非” 门特性的重要原因。 半导体集成门电路的品种很多，我们选常见的国产 TTL 中速“与非”门 CT74H20 做实 验。下面介绍它的基本工作原理、参数和直流特性测量。 1、CT74H20 的基本工作原理与特性 图 11-1 是 CT74H20 的电原理图。它由一个多发射极晶体管、四个NPN 晶体管和五个电 阻构成，是国产典型的晶体管晶体管逻辑电路。这个电路的工作原理是： 当输入电压 VA 、VB 、VC 、VD 、VE 全部为零时，门电流通过 R1 和 T1 的 BE 结流向输入 端的外电路。T1 正向导通，其饱和压降很小，维持 T1 和 T2 处于截止状态。此时 T2 集电极 电压上升到接近电源电压 Ec 的数值。Ec 经过 R2 向 T3 注入基极电流，使 T3 导通。T3 的发 射极电阻 R 上建立的压降又使 T 导通。因此当输入端电压都为零时，T 、T 是按发射极跟 5 4 3 4 随器方式工作的。输出端 L 输出接近 Ec 的高电平，即所谓的“1”电平。 图 11-1 只要五个输入端中有一端接地，即有一端输入为”0”，输出L 就是“1”电平。 若将五个输入端连接在一起，并使输入电压从零逐渐增高，达到一定数值时，门电流部 分转向 T 的基极，使 T 进入线性放大区，在 R 上建立的电压未超过 T 的开启电压之前， 2 2 2 5 晶体管T2 一方面与 R2 构成倒向器，在 T2 的发射极和集电极分别产生正、负脉冲，，这两个 脉冲的幅度应该受到 R2 、R3 比值的限制。 当输入电压继续增高，R2 上的压降超过晶体管 T5 的开启电压时，T5 开始导通并且使 T2 的发射极电位保持在一个BE 结正向压降的数值上。此时 T2 是完全作为一个倒向器工作的， 其集电极电流 Ic=βIB2 随 IB2 增大而在 R2 上引起急剧的电压跳变。 当输出电压再增高时，T 、T 进入饱和区，此时 T 的集电极电压只有 V ，E +V ,其 2 5 2 1 5 CES2 值小于 V +V +V ，此时 T 处于小注入状态，其射极电流通过 K 流入地，T 截止使 BE3 CES5 BE4 2 5 4 T5 的动态负载电阻趋于无穷大，输出端的电压仅为T5 管的饱和压降，即输出“0 ”电平。其 输出电平数值由 T5 的串联电阻和外电路输入的负载电流决定。 综合上述所知，CT74H20 象分离元件“与非”门一样具有两种工作状态，当输入一个或 几个、及全部为“0 ”时，输出为“1”；只有当全部输入为“1”时，输出才是低电平“0 ”。 这就是本电路中的基本逻辑功能，它的布尔表达式为：L= ABCDE 。逻辑符号为： 我们可以用图（11-2）所示的电路图来具体观察CT74H20 的输出电压随输入电压变化的 情