插装与调试OC门CT74L03的“线与”功能

任务一插装与调试0C门CT74L03的“线与”功能【学习目标】1. 熟悉集电极开路门（OC门）的逻辑功能2. 掌握OC门的电路原理3. 掌握由CT74LS03实现的线与功能电路的仿真调试【任务引入】在TTL fl电路中，输出级三极管的集电极是开路的，称为集电极开路门，简称OC门。 集电极开路门可以线与，即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握由TTL 集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑电路。【相关知识】一、TTL集成门电路TTL门电路是三极管-三极管逻辑门电路，这是把电路元件都制作在同一块硅片上的电 路。具有负载能力强、抗干扰能力强、转换速度高的优点。1. TTL与非门（1）TTL与非门电路电路结构：1）该电路由输入级、中间级和输出级组成2）输入级由多发射极晶体管VT1和电阻Rbl组成3）中间级由晶体管VT2和电阻Rc2和Re2组成，VT2的集电极得到反向的信号驱动 VT4, VT2的发射极得到同向的信号驱动三极管VT54）输出级回路由VT4、VT3和电阻Rc4及二极管VD组成（2）TTL与非门电路工作原理1）输入端全为高电平时：如业二礼二3. 6V,则二2. IV, VT2、VT3导通，V截止。 输出端的电位为：u=Uas=O. 3V,输出卩。为低电平。如图2-1-2所示。止，VTi导通。忽略2时 输出端的电位为：u严507 07= 3. 6V, 输出为高电平。如图2-1-3所示。2丿Y%5V)Rz130Qrrro ABCVT, 倒牡状态饱和0.7V3VT4枚止ZVDiEI 0.3VVT* 饱和图2-1-3输入有低电平时的情况图2-1-2输入全为高电平时的情况3）真值表如下:ABcY00010011010101111001101111011110逻辑功能为存2. TTL与非门举例74LS00Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y冋冋冋rh冋Fi nn)匚&勺dc& D-& jLJ LU LU UJ LJ lJ LZJ1A IB 1Y 2A 2B 2Y GND图2-1-4 74LS00引脚排列图二. 集电极开路与非门（0C门）上面讲到的普通TTL与非门，由于采用了推拉式输出电路，因此其输出电阻很低，使 用时输出端不能长久接地或与电源短接，因此不能直接让输出端与总线相连，即不允许直接 进行上述“线与” 多个普通TTL与非门电路的输出端也不能连接在一起后上总线。因为，当它们的输出端 连接在一起上到总线上，只要有一个与非门的输出为高电平时，这个高电平输出端就会直接 与其它低电平输出端连通而形成通路，总线上就会有一个很人的电流九由高电平输出端经 总线流向低电平输出端的门电路，该门电路将因功耗过人而极易烧毁。解决的办法：集电极 开路，称为集电极开路的与非门，简称0C门。1. 电路结构与逻辑符号逻辑符号图2-1-5 0C门电路结构与逻辑符号0C门在使用时，应根据负载的人小和要求，合理选择外接电阻庇的数值，并将庇和 电源iCC连接在0C门的输出端。2. 功能与应用(1) 功能：实现正常的逻辑功能、提高输出驱动负载的能力、转换TTL到其他电平、 实现“线与”功能。外接上拉电阻斤的取值范围为几百至几T欧，接入外接电阻 R后：1) A、B 不全为 1 时，ubi=1V, T2、T3 截止，Y二 1。2) A、B 全为 1 时，ubi=2. IV, T2、T3 饱和导通，Y二0。(2) 应用：1) 实现线与图2-1-6 0C门电路线与两个或多个0C门的输出信号在输出端直接相与的逻辑功能，称为线与。非0C门 不能进行这种线与，否则容易破坏门电路。线与的逻辑功能表达式为：y = Y1Y2 = B CD2) 驱动显示器上图是用0C门驱动发光二极管的显示电路，该电路只有在输入全为高电平时，输 出才为低电平，发光二极管导通发光，否则输出高电平，发光二极管熄灭。3）实现电平转换图2-1-8 0C门电路电平转换 上图是用0C门实现的电平转换器，输入A、B的信号來自于TTL与非门的输出电平, 它输出的高电平可以适应下一级电路对高电平的要求。输出的低电平仍为0. 3V。三、TTL数字集成电路及主要参数1. TTL系列集成电路（1）74：标准系列，前面介绍的TTL fl电路都属于74系列，其典型电路与非门的 平均传输时间tpd=10ns,平均功耗P = 10mWo（2）74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平均 传输时间tpd=6ns,平均功耗P=22mWo（3）74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电路与非门的平 均传输时间tpd=3ns,平均功耗P=19mWo（4）CT74L低功耗系列，又称LTTL系列，电路的平均功耗约为lmW/门，平均传输 延迟约为33ns/Ho（5）CT74S肖特基系列，又称STTL系列。其平均传输延迟时间为3ns /门，平均功 耗约为19mWo（6）CT74LS低功耗肖特基系列，又称LSTTL系列。其平均传输延迟时间为9. 5ns /门，平均功耗约为2mW/门。2. TTL与非门主要参数（1）输出高电平UOH： TTL与非门的一个或几个输入为低电平时的输出电平。产品 规范值U0H2. 4V,标准高电平USH=2. 4V。（2）高电平输出电流I0H：输出为高电平时，提供给外接负载的最大输出电流， 超过此值会使输出高电平下降。I0H表示电路的拉电流负载能力。（3）输出低电平UOL： TTL与非门的输入全为高电平时的输出电平。产品规范值 U0LW0. 4V,标准低电平 USL=0. 4V。（4）低电平输出电流I0L：输出为低电平时，外接负载的最犬输出电流，超过此 值会使输出低电平上升。I0L表示电路的灌电流负载能力。（5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最人数目，它表示门电路的带负载 能力。一般TTL fl电路N0M8,功率驱动门的NO可达25。（6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平达到标准低电平USL 的输入电平。它表示使与非门开通的最小输入电平。一般TTL门电路的UONl. 8V0（8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平USH的输入电平。 它表示使与非门关断所需的最人输入电平。一般TTL门电路的UOFFO. 8Vo（9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当前级输出为高电 平时，本级输入电路造成的前级拉电流。（10）低电平输入电流HL：输入为低电平时的输出电流，也即当前级输出为低电 平时，本级输入电路造成的前级灌电流。（11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。在工作频率较 高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间延迟，会影响电路的逻辑 功能。（12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的乘积。3. TTL集成电路逻辑门电路的使用注意事项（1）关于电源等：对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范鬧内， 否则将导致性能下降或损坏器件。（2）关于输入端：数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提卞可以 并联起来使用，也可根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的 输入端悬空表示输入为高电平（3）关于输出端：具有推拉输出结构的TTL门电路的输出端不允许直接并联使用。输出端不允许直接接电源 %或直接接地。4. 74LS03 介绍（1）电特性74LS03为集电集开路输出的四组2输入端与非门（0C门），双列直插封装， 其主要的典型值如下：电源电压二7V 输入电压二5. 5V A-B间电压=5. 5V（2）逻辑图及功能表 引出端符号：1A4A输入端IB4B输入端1Y-4Y输出端74*LSO3rC1-口回问冋冋回回IA IB IY 2 2D 2Y GNDVcc 4B 4Y 3A 3B 3Y图2-1-9 逻辑图及功能表【仿真实验】一、实验环境1. 计算机2. Multisim 10电子仿真软件二、操作步骤1. 双击计算机桌面Multisim”图标,启动EWB软件。2创建如图2-1-10所示电路，并给元器件标识、赋值。其中,Rl=R2=2KQo+5VR2图2-1-10 OC门实现线与3. 连接相关的仪器仪表（如频率计、示波器、测量探针等）。输入端A、B、C接逻辑开 关，输出端Y接0-1显示器。4. 检查接线无误后，点击“站”电源开关或“ ”运行按钮接通5V电源。5. 改变A、B、C的逻辑电平，观察输出端Z和Y的值。将测试数据填入表2-1-1中。表2-bl 测试记录ABczY0001000101010110110110011101011101111101【插装调试】一、插装电路1 实训器材1）常用电子组装工具。2）MF47型万用表或DT890型数字万用表。3）DZX-2型电子学综合实验装置。4）YB4328型双踪示波器。5）配套电子元器件见表5-2-2o表5-2-2配套明细表2.操作步骤序号代号名称型号规格数虽备注1R1金屈膜电阻器2K Q12R2金屈膜电阻器2KQ1374LS03四组2输入与非门PC门四组2输入11）对照配套明细表，检测与筛选元器件。2 ）按图5-2-6所示仿真实验图，在DZX-2型电子学综合实验装置模拟实验屏上进行插 装、连接，如图5-2-7所示。3）插装连接完毕，进行自检，正确无误后才能进行调试。图5-2-7插装、测试连接图二、调整测试1. 接通DZX-2型实验装置直流稳压电源，调整其输出电压为6V,用万用表直流电压档 测量三极管VT1各极对地的工作电压。2. 用示波器观察电路的输出波形，并调整C3,使输出波形幅度最人。3. 将电路输出信号接至DZX-2型实验装置频率计的输入端，测量电路的振荡频率。 将测试数据填入表5-2-2中。表5-2-2测试记录理论计算示波器测虽频率计测虽万用表测VT1llo幅值 (U-p)【Y轴格数】X【垂直灵敏度】Ue=VUb=VUc=V振荡频率 1 (/ =)T1/ （X轴格数】X【水平灵敏度】画出。波形， 标出周期T、 最大值的值。iOiUO t三、实训报告1. 姓名、班级。2实训口期、任务、目的与器材。3. 插装、测试连接图。4. 实训步骤与测试数据。5教师批阅。【练习考核】一、操作练习1插装与调试石英晶体正弦波振荡电路。2. 在插装好的石英振荡器实验屏上，用在线电阻测量法对各元器件进行测试练习。二、课外练习一、填空题1. 集电极开路门的英文缩写为门，工作时必须外加和。2. OC门称为门，多个OC门输出端并联到一起可实现功能。3. TTL与非门电压传输特性曲线分为区、区、区、区。4. 国产TTL电路相当于国际SN54/74LS系列，其中LS表示。二、判断题1. TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（）2. 当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。（）3. 普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（）4. 两输入端四与非门器件74LS00与7400的逻辑功能完全相同。（）5. CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。（）6. 三态门的三种状态分别为：高电平、低电平、不高不低的电压。（）7. TTL集电极开路门输出为1时由外接电源和电阻提供输出电流。（）8. 一般TTL |1电路的输出端可以直接相连，实现线与。（）9. CMOS OD fl （漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（）10. TTL OC fl （集电极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。（）三、选择题 i三态门输出高阻状态时，（）是正确的说法。A. 用电压表测量指针不动E.相当于悬空C.电压不高不低D.测量电阻指针不动2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有（）。A.与非门E.三态输出门C.集电极开路门D.漏极开路门3. 以下电路中常用于总线应用的有（）。A.TSL f B.OC IT C.漏极开路门D.CMOS与非门4. 逻辑表达式Y=AE可以用（）实现。A.正或门E.正非门 C.正与门 D.负或门5. TTL电路在正逻辑系统中，以下各种输入中（）相当于输入逻辑“1”。A. 悬空E.通过电阻2.7kQ接电源 C.通过电阻2.7kQ接地 D.通过电阻5100接地6. 对于TTL与非门闲置输入端的处理，可以（）。A.接电源B.通过电阻3kQ接电源C.接地D.与有用输入端并联7. 要使TTL与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻RI （）。ARONB. ROFFC. ROFFRIROFF&三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可（）。A.降低饱和深度 E.増加饱和深度C.采用有源泄放回路D.采用抗饱和三极管9. CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比突出的优点是（）。A.微功耗E.高速度C.高抗干扰能力D.电源范围宽10 .与CT4000系列相对应的国际通用标准型号为（）。A.CT74S肖特基系列B. CT74LS低功耗肖特基系列C.CT74L低功耗系列 D. CT74H高速系列四、问答题1.在CMOS电路中有时采用图2.7 （a）（d）所示的扩展功能用法，试分析各图的逻辑功 能，写出Y1Y4的逻辑式。已知电源电压VDD=10V,二极管的正向导通压降为0.7Vo五、计算题（C）VDI-10V4CT林(d)试说明在下列情况下，用万用表测量下图的V口端得到的电压各为多少？图中的与非门 为74系列的TTL电路，万用表使用5V量程，内阻为20kQ/V。(1) Vn悬空；(2) Vn接低电平(0.2 V)；(3 ) Vn接高电平(3.2)；(4) Vn经51Q电阻接地：(5) %经10kQ电阻接地。答案一、填空题1 . OC电源负载2 .集电极开路门线与3. 饱和区转折区线性区截止区4 . CT4000低功耗肖特基二、判断题1 . V 2.73.74.75.V 6.X7. V 8.X9.710. 7三、选择题1. ABD 2. CD 3. A4. CD 5. ABC 6. ABD 7. C 8. ACD9. ACD 10. B四、简答题解不能用于TTL电路。在图(a)电路中，当C、D、E任何一个为低电平时，分立器件与门的输出将高于TTL与 非门的(max)ILV值，相当于TTL电路的逻辑1状态，分立器件的与门已不能实现与的逻辑功能了。同理，图(d)电路也不能于用TTL电路；在图(b)电路中，当C、D、E均为低电平时，三个二极管截止，TTL或非门输入端对地 接有100k电阻，将使该输入端为逻辑1状态，故分立器件的或非门已失去了作用。图(c) 电路也不能用于TTL电路，因为Y3的高电平有可能低于TTL电路要求的V1H (min) V值。五、计算题解这时相当于2 Iv端经过一个100RQ的电阻接地。假定与非门输入端多发射极三极管发 射结的导通压降均为0.7V,则有(1) 2Iv=1.4V (2) 2 Iv=0.2V (3) 2Iv=1.4V (4) 2 Iv=0V (5) 2Iv=1.4V