插装与调试OC门CT74L03的线与功能.docx
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插装与调试OC门CT74L03的线与功能
项目二逻辑门电路基础
任务一插装与调试OC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门电路中，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
图2-1-1TTL与非门典型电路
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Rb1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VT5
4）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uA=uB=uC=3.6V，则uB1=2.1V，VT2、VT3导通，VT4截止。
输出端的电位为：
uO=UCES＝0.3V，输出Vo为低电平。
如图2-1-2所示。
2）输入有低电平时：
如uA=0.3V，uB=uC=3.6V，则uB1=0.3+0.7=1V，VT2、VT3截止，VT4导通。
忽略iB4，输出端的电位为：
uo≈5―0.7―0.7＝3.6V，
输出Vo为高电平。
如图2-1-3所示。
3）真值表如下：
A
B
C
Y
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
逻辑功能为：
2.TTL与非门举例—74LS00
图2-1-474LS00引脚排列图
二、集电极开路与非门（OC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大的电流Ic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大而极易烧毁。
解决的办法：
集电极开路，称为集电极开路的与非门，简称OC门。
1.电路结构与逻辑符号
图2-1-5OC门电路结构与逻辑符号
OC门在使用时，应根据负载的大小和要求，合理选择外接电阻RC的数值，并将RC和电源UCC连接在OC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R的取值范围为几百至几千欧，接入外接电阻R后：
1）A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。
2）A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。
（2）应用：
1）实现线与
图2-1-6OC门电路线与
两个或多个OC门的输出信号在输出端直接相与的逻辑功能，称为线与。
非OC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：
2）驱动显示器
图2-1-7OC门电路驱动负载
上图是用OC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2-1-8OC门电路电平转换
上图是用OC门实现的电平转换器，输入A、B的信号来自于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门电路都属于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＝10mW。
（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＝22mW。
（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＝19mW。
（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／门。
（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19mW。
（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UOH≥2.4V，标准高电平USH＝2.4V。
（2）高电平输出电流IOH：
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。
IOH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UOL≤0.4V，标准低电平USL＝0.4V。
（4）低电平输出电流IOL：
输出为低电平时，外接负载的最大输出电流，超过此值会使输出低电平上升。
IOL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大数目，它表示门电路的带负载能力。
一般TTL门电路NO≥8，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UON≈1.8V。
（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大输入电平。
一般TTL门电路的UOFF≈0.8V。
（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IIL：
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围内，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下可以并联起来使用，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VCC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（OC门），双列直插封装，其主要的典型值如下：
电源电压=7V
输入电压=5.5V
A－B间电压=5.5V
（2）逻辑图及功能表
引出端符号：
1A－4A 输入端
1B－4B 输入端
1Y－4Y 输出端
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.Multisim10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，R1=R2=2KΩ。
＆
图2-1-10OC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“
”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2-1-1测试记录
A
B
C
Z
Y
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
可见，，Y=
【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5-2-2。
表5-2-2配套明细表
序号
代号
名称型号
规格
数量
备注
1
R1
金属膜电阻器
2KΩ
1
2
R2
金属膜电阻器
2KΩ
1
3
74LS03
四组2输入与非门-OC门
四组2输入
1
2.操作步骤
1）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。
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，使输出波形幅度最大。
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
示波器测量
频率计测量
万用表测量VT1
幅值
（UP-P）
【Y轴格数】×【垂直灵敏度】
Ue=V
Ub=V
Uc=V
振荡频率
（
）
1/【X轴格数】×【水平灵敏度】
画出
波形，
标出周期T、
最大值UOm的值。
三、实训报告
1.姓名、班级。
2.实训日期、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门电路的输出端可以直接相连，实现线与。
（ ）
9．CMOS OD门（漏极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。
（ ）
10．TTL OC门（集电极开路门）的输出端可以直接相连，实现线与。
（ ）
三、选择题
1. 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 B.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 B.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门 B.OC门 C. 漏极开路门 D.CMOS与非门
4．逻辑表达式Y=AB可以用（）实现。
A.正或门 B.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 B.通过电阻2.7kΩ接电源 C.通过电阻2.7kΩ接地 D.通过电阻510Ω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3kΩ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 （）。
A.＞RON
B.＜ROFF
C.ROFF＜RI＜RON
D.＞ROFF
8．三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可（）。
A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 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 B.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Y1~Y4的逻辑式。
已知电源电压VDD=10V，二极管的正向导通压降为0.7V。
五、计算题
试说明在下列情况下，用万用表测量下图的VI2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20kΩ/V。
（1）VI1悬空；
（2）VI1接低电平（0.2 V）；
（3）VI1接高电平（3.2）；
（4）VI1经51Ω电阻接地；
（5）VI1经10kΩ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.√ ２.√ ３.√ ４.√ ５.√ ６.× 7.√ 8.× 9.√ 10.√
三、选择题
1． ABD 2． CD 3． A 4． CD 5． ABC 6． ABD 7． C 8． ACD 9． 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100kW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100kΩ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）2 Iv＝1.4V
（2）2 Iv＝0.2V （3）2 Iv＝1.4V （4）2 Iv＝0V （5）2 Iv＝1.4V
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