实验四 TTL集电极开路门和三态输出门测试

实验四 TTL 集电极开路门和三态输出门测试

一、实验目的

1、掌握TTL 集电极开路门（OC 门）的逻辑功能及应用。

2、了解集电极负载电阻L R 对集电极开路门的影响。

3、掌握TTL 三态输出门（3S 门）的逻辑功能及应用。

二、实验原理

数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。对于普通的TTL 电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平还是低电平，输出阻抗都很低。因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用，而集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用，也就是说，它们都具有“线与”的功能。 1、TTL 集电极开路门（OC 门）

本实验所用OC 门型号为2输入四与非门74LS03，引脚排列见附录。工作时，输出端必须通过一只外接电阻L R 和电源Ec 相连接，以保证输出电平符合电路要求。

OC 门的应用主要有下述三个方面：

（1）电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。图4-1所示，将两个OC 门输出端直接并接在一起，则它们的输出：

21212121B B A A B B A A F F F B A +=?=?=

图4-1 OC 与非门“线与”电路 图4-2 OC 与非门负载电阻R L 的确定 即把两个（或两个以上）OC 与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能。

（2）实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。

（3）实现逻辑电平转换，以推动荧光数码管、继电器、MOS 器件等多种数字集成电路。 OC 门输出并联运用时负载电阻L R 的选择：

如图4-2所示，电路由n 个OC 与非门“线与”驱动有m 个输入端的N 个TTL 与非门，为保证OC 门输出电平符合逻辑要求，负载电阻L R 阻值的选择范围为：

iH

OH OH C L mI nI V E R +-=

max

iL LM OL C L NI

I V E R +-=

min

式中：OH I ——OC 门输出管截止时（输出高电平V OH ）的漏电流（约为50uA ） LM I ——OC 门输出低电平V OL 时允许最大灌入负载电流（约为20mA ）

iH I ——负载门高电平输入电流（<50uA ） iL I ——负载门低电平输入电流（<1.6mA ） c E ——L R 外接电源电压

n —— OC 门个数 N ——负载门个数

M ——接入电路的负载门输入端总个数

L R 值须小于max L R ，否则V OH 将下降，L R 值须大于min L R ，否则V OL 将上升，又L

R 的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，L R 应尽量选取接近min L R 。 2、TTL 三态输出门（3S 门）

TTL 三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL 门电路结构不同，它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低阻状态），还有第三种输出状态——高阻态，处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型，本实验所用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器，图4-3是三态输出四总线缓冲器的逻辑符号，它有一个控制端（又称为禁止端或使能端）E ，E =0为正常工作状态，实现Y=A 的逻辑功能；E =1为禁止状态，输出Y 是高阻态。这种

在控制端加低电平时电路才能正常工作的工作方式称低电平使能。74LS125的引脚排列见附录。

图4-3(a) 图4-3(b) 图4-3 三态四总线缓冲器逻辑符号(以上两图都是)

三态电路主要用途之一是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以选通方式传送多路信息。使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能态（E =0）其余各门皆处于禁止状态（E =1）。由于三态门输出电路结构与普通TTL 电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制端处于使能态，将出现与普通TTL 门“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不允许的。 三、实验设备与器件

1、数字逻辑电路实验箱。

2、数字逻辑电路实验箱扩展板。

3、双踪示波器，数字万用表。

4、芯片74LS00、74LS03、74LS04、74LS10、74LS125，电阻200欧、10K 电位器。

5、1Hz 的连续脉冲，单次脉冲。 四、实验内容及实验步骤

1． TTL 集电极开路与非门74LS03负载电阻L R 的确定。

图4-4 74LS03负载电阻的确定

将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置，并固定好，找一个14PIN 的插座插上芯片74LS03，并在14PIN 插座的第7脚接上实验箱的地（GND ），第14脚接上电源（VCC ），逻辑电平接拨位开关。芯片的管脚分配请参考附录或其它资料。

用两个集电极开路与非门“线与”使用驱动一个TTL 非门，按图4-4连接实验电路。负载电阻由一个200Ω电阻和一个10K 电位器串接而成，取c E =5V ，V OH =3.5V ，V OL =0 .3V 。接通电源，用逻辑开关改变两个OC 门的输入状态，先使OC 门“线与”输出高电平，调节Rw 至使H U 0=3.5V ，测得此时的L R 即为max L R ，再使电路输出低电平V OL =0.3V

，测得此

右表为74LS125的功能表

时的L R 即为min L R 。

2． 集电极开路门的应用

用OC 门实现F E CD B A F ++=，实验时输入变量允许用原变量和反变量，外接负载电阻R L 自取合适的值。具体的连线方法同实验内容1。

3． 三态输出门

（1） 测试74LS125三态输出门的逻辑功能：

将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置，并固定好，找一个14PIN

的插座插上芯片74LS125，并在14PIN 插座的第7脚接上实验箱的地（GND ），第14脚接上电源（VCC ），三态门输入端接逻辑开关，控制端接单次脉冲源，输出接发光二极管（逻辑电平显示）。逐个测试集成块中四个门的逻辑功能，记入表4-1中。

（2）三态输出门的应用

将四个三态缓冲器按图4-5接线，输入端按图示加输入信号，控制端接逻辑开关，输出端接LED ，先使四个三态门的控制端均为高电平“1”，即处于禁止状态。注意，应先使工作的三态门转换为禁止状态，再让另一个门开始传递数据。记录实验结果。

图4-5 用74LS125实现总线传输实验电路

图4-6 74LS125引脚排列图

五、预习要求

1. 复习TTL集电极开路门和三态门工作原理。

2. 计算实验中各R L阻值，并从中确定实验所用R L值（标称值）。

3. 画出用OC与非门实现实验内容2 的逻辑图。

六、实验报告

1. 画出实验电路图，并标明有关外接元件值。

2. 整理分析实验结果，总结集电极开路门和三态输出门的优缺点。

3. 思考：在使用总线传输时，总线上能不能同时接有OC门与三态输出门？为什么？