实验报告范例1（9页）

实验一： TTL 门电路外部特性的实验研究

、实验目的

1)掌握 TTL 与非门电路主要的外部特性参数意义，掌握其测试原理。

2)掌握 TTL 基本门电路的使用方法。

(3 )理解ViL和ViH的物理意义。

4)理解 0 和 1 的物理意义。

二、实验原理

电压传输特性

电压传输特性是研究输出电压 Uo对输入电压Ui变化的响应。

　通过研究门电路的电压传

输特性，还可以从曲线中直接读出几个门电路的重要参数：

⑴阀值电压Ut:指传输特性曲线的转折区所对应的输入电压，也称门槛电压。 Ut是决定与非

门电路工作状态的关键值。 Ui > Ut时，门输出低电平 Uol , UiV Ut时门输出高电平

UOH。

⑵ 关门电压Uoff:在保证输出为额定高电平 90%条件下，允许的最大输入低电平值。

⑶ 开门电压Uon :在保证输出为额定低电平时，所允许的最小输入高电平值。

⑷ 低电平噪声容限 Unl :在保证输出高电平不低于额定值的 90%的前提下，允许叠加在输入

低电平的噪声。Unl = Uoff- Uil。

⑸ 高电平噪声容限 Unh :在保证输出低电平的前提下， 允许叠加在输入高电平的噪声。 Unh =

Uih — Uon。噪声容限是用来说明门电路抗干扰能力的参数，噪声容限越大，则抗干扰能力 越强。

电压传输特性曲线测试电路如图 1所示。图中输入电压 UI变化范围为0V?4.6V，输出端

接直流电压表。调节 10k?的可变电阻Rw变输入电压 UI，即可得到相应的 UO。测试时可用

示波器 X-Y 方式直接测试出特性曲线，也可以采用逐点测试法，在方格纸上描绘出曲线。测 得的UO=f ( UI)的曲线如图2所示。

a b图1测试电路图

a b

图1测试电路

图2电压传输特性曲线

从电压传输曲线可以得出以下几点结论：

（1） AB段为截止区，输入电压 Ui <0.6V，与之相对应的输出电压 Uo=3.6V，Uo的逻 辑表现为“ 1”

（2） BC段为线性区，输入电压在 0.6V<Ui V1.3V，对应Uo的输出线性下降，Uo的逻 辑不能确定。

（3） CD段为转折区，转折区中间位置对应的输入电压称为阀值电压 Ut, Ut的典型

值通常为1.4V。

（4） DE段为饱和区，输入电压 Ui >Ut。在常规的使用中，应该避免输入电压 0.6V-

1.3V间以造成输出逻辑的不确定。

三、实验内容和方法

3.1实验前准备

（1）参数手册的理解

阅读74LS04数据手册，了解引脚关系及供电电压等相关参数。例： 14号脚为电源引脚

图10 74LS04引脚关系

表1 74LS04参数手册的非门分布

非门号

输入引脚号

输出引脚号

1

1

2

2

3

4

3

5

6

4

9

8

5

11

10

6

13

12

表2 74LS04参数手册的相关参数值

参数名

参数意义

最小值

典型值

最大值

单位

VCC

供电电压

4.75

5.0

5.25

V

Ioh

咼电平输出电流

-0.4

mA

IOL

低电平输出电流

8

mA

VlH

输入高电平

P 2.0

V

VIL

输入低电平

0.8

V

VOH

输出高电平

2.7

3.5

V

Vol

输出低电平

0.35

0.5

V

GND

地

0

V

理解非门的功能一一取反；输入“ 0”时，输出“ 1 ”，输入“ 1”时，输出“ 0”。把概 念和我们要测量的电参数联系起来，实验中的“ 0”和“ 1”赋予什么样的电压，得到的“ 0”

和“1”又是几伏的电压，都可以从参数手册中得知。从表 2,知这里的输入的低电平（0）,

最大是0.8V，输入的高电平（1）最小是2V;输出的低电平（0） —般为0.35V，最大为 0.5V，输出的高电平（1）一般为3.5V，最小为2.7V。芯片输入电压为 5V，最大不能超过 5.25V。

（2）电路图理解及电路板焊接指示

Page146以及Page154/156关于非门实验的原

Page146以及Page154/156关于非门实验的原

I 世电

I 世电

图11实验板非门部分电路图及实物图

电路图理解

仔细查看《数字逻辑电路实验与能力训练》 8关于电路原理图阅读部分内容。知道

每种电子元件都有一个符号，如电阻就是用 R,电容用C,电感用L。而且电子元件的标

识有一个字母加一串数字组成，例如图 11中，电阻R71, R72，电容C12，C22,芯片

IC12，插座J18, J19, J20, J21, J23等等。此外，还有相应元件值的标注，比如图 11中 电位器VR1的阻值是22K。

粗略阅读《数电实验原理图》右半部分清单和功能测试步骤，找到本次实验区域的原理

图。比如本次是非门实验，用的芯片是 74LS04，所以从原理图中看到IC12是芯片的插

座，就是到时候要放入 74LS04的位置。

查看74LS04周围部分的电路连接。知道输入电压的位置，非门输入输出的连接关系等

等。比如IC12左右两排引脚分别和两个插座 J19，J18相连，就说明实际上 J18的2脚对

应IC12的16脚，J18的3脚对应IC12的15脚……，如果需要测试 IC12的16脚，就可

以通过测试J18的2脚。再比如，IC12的15脚通过导线和0欧姆的R69相连，再连到了 J23的1脚，而J23的2脚与电位器VR1相连，因此如果用短路片连通 J23的1脚和2

脚，就意味着IC12的15脚通过R69,通过J23，连接了 VR1。

在保证安全操作前提下，可以用短片或者跳线，实现任意需要的连接。

电路板焊接指示

本次实验要用到的区域是实验板的 H 区，因此需要根据原理图，对照实验电路板丝网 图，根据元件标号，焊接该区域。本次实验必须用到的部分都需要焊接好，比如电源部分

J32那片区域的电路，IC12附近的电路（包括J18、J19）, J23周围的电路。

焊接时要特别注意电容、二极管的极性，不要搞反。

（ 3 ）实验注意事项

电路板上电之前，要仔细检查电路焊接是否正确，要检查连接关系，防止虚焊漏焊，不然 有可能引起短路和断路。此外电容，二极管的极性不能搞反，否则一上电，容易爆。

电路的供电电压不能超过芯片能够承受的最大电压，否则容易烧坏芯片。还有该连接的短

片，比如J23的11脚和12脚，J18的1脚和2脚，要确保连接好，否则电路将无法正常 工作。

芯片插入插座过程中用力要均匀，否则容易压坏芯片的引脚，或者引起接触不良。为了保 证连接，可以用万用表测量 J18，J19和IC12的相应脚是否都连通。

输入信号的电压要选择合适的值，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响 测量结果以外，还可能会损坏器件；太小了不能完全反映电路的传输特性。

调节电位器，最好用小螺丝刀，调节的幅度要小，否则容易导致记录的数据不足，画出来 的曲线与实际相差甚远。要尽量多记录一些数据值。

最后，要注意的是电路板设计的比较灵活，你可用短片，或者短路线插接的方式实现你想 要得到的电路， 所谓殊途同归，所以思维不要有局限。在保证安全操作的前提下，你可 以用不同的连接方式实现本实验功能，比如使用的非门可以自己任意选择，并不一定要用 这里非门 6。

3.2 实验具体步骤

本次实验所用芯片是 74LS04，实验所用功能区域为实验板的 H区，以下是本次实验电路

板使用详细步骤。

1）本次实验用74LS04，在实验开始前，请将该芯片放入 H区的IC12插口中。因为插口为 16

个引脚，而实际74LS04是14个引脚，所以插入时芯片缺口对准插座缺口，留出最后两个 脚。因此，现在是芯片 1脚对IC12 （看原理图上标号）的 1脚，芯片7脚对IC12的7

脚，芯片8脚对IC12的10脚，芯片14脚对IC12的16脚。从原理图看，J18插座的1号 脚连了 VCC，所以为了给芯片连接 VCC,需要在J18插座的1脚与2脚插短路片。为了给 芯片的7号脚接地（看原理图），需要在 J23插座的11脚和12脚插上短路片。

图12部分电路图（放大的图）

2） 调整本次实验要用到的仪器：直流电源。根据 74LS04手册知道，它的供电电压为 5V，所

以调节电源的输入电压为 5V。勿必不能超过5.25V。

3） 接通输入电压到 H区，使电路工作。H区电源输入：J32插口。电源正极（红接线）接 J32 插座3脚（VCC），电源负极（黑接线）接 J32插座1脚（GND）。开启电源，可以看到 D22红灯亮，说明电路板已经安全上电工作。

4） 测电压传输特性曲线

图1是它的测试电路。对应到实际的电路板，看原理图有 22K的滑动电阻，可以代替测试

电路中的10K，而且实际板子中没有用 1K的电阻（不用没关系）。看图 1,首先是将滑动变 阻器接到非门输入端。从图 10知道，实际74LS04中有6个非门，可以选择任意一个实验。这 里我们只选择其中一个非门 6，从表1知，非门6输入为13脚，非门6输出为12脚。

连接电位器VR1 （即滑动变阻器22k）至9非门输入端13脚。从原理图知，只要将 J23 插座的1号脚和2号脚插上短路片即可。

调节电位器VR1，用万用表电压档检测 J18的3脚（即芯片的13脚，非门6的输入电

压），当电位器 VR1顺时针调节，接入有效电阻变小，输入电压变小；逆时针调

节，接入有效电阻变大，输入电压变大。顺时针旋到底是 0K，逆时针旋到底是

22K。

记录输入输出电压。在调节电位器过程中，用万用表的电压档检测 J18的3脚（非门6

输入电压），以及J18的4脚（非门6输出电压），采用逐点测试法，将数据记录 入表3中，在毫米坐标纸上画出曲线图，标明曲线参数。 注：调节过程可以参照

图2中，记录某些特殊输入电压下的输出电压 。

表3 74LS04电压传输特性数据记录表

VI/V

0.001

0.241

0.648

0.950

1.055

1.085

1.101

1.127

1.711

1.966

2.215

3.112

4.863

VO/V

3.328

3.327

3.325

3.140

2.232

1.945

0.139

0.136

0.134

0.134

0.134

0.134

0.134

曲线：见所附实验表

四、实验结果验证与分析

将得到的实验结果以及芯片相关参数和 74LS04参数手册中定义的参数进行比对（即表

2），验证得到的结果是否正确，如果有出入，则分析造成该种结果的原因。

74LSB4N

2.

2.结合第14章TTL非门电路分析实验结果 *

五、实验器材

实验板

示波器

台式万用表x2

实验元器件74LS04、电阻、电容等

六、思考题

1?在测试74LS04门电路低电平输出特性曲线 Iol时，当Iol增大到一定的值时，Uol会

急剧上升，试分析其原理。

原理分析：Iol为0的时候，Uol为0.1V左右是在工作在截止区，之后 Uol随Iol线性 上升是工作中饱和区，最后随着 Iol增大进而lc变大工作在饱和区的时候， Uol-Iol图像会 出现明显上翘