ttl门电路逻辑表达式

一、实验目的

1、掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法

2、掌握TTL器件的使用规则

3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法

二、实验原理

本实验采用双四输入与非门74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图1(a)、(b)、(c)所示。

(b)

（a） (c)

图1 74LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列

1、与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。） 其逻辑表达式为 Y＝

2、TTL与非门的主要参数

(1) 输出低电平VOL：输出低电平是指与非门的所有输入端都接高电平时的输出电平值。测试电路如图2（a）所示。

（2）输出高电平VOH：输出高电平是指与非门有一个以上输入端接低电平时的输出电平值。测试电路如图2（b）所示。

（a） （b）

图2 VOH、VOL测试电路图

(3)低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH

与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH是指输出端空截，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬空，电源提供给器件的电流。通常ICCL＞ICCH，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。 器件的最大功耗为PCCL＝VCCICCL。手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。ICCL和ICCH测试电路如图3(a)、(b)所示。

[注意]：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC只允许在＋5V±10％的范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。

1 常用逻辑门电路逻辑符号与功能

最常用的集成门电路有TTL系列集成规律门和CMOS系列集成规律门两大类。就其功能而言，常用的有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门以及集电极开路（OC）门、三态（TS）门等。表1给出了常用规律门的规律符号与功能。

表1 常用规律门的规律符号与功能

名称符 号表达式名称符 号表达式与门F＝A·B与或非门或门F＝A+B异或门非门同或门与非门OC与非门

输出端可以对接或非门三态与非门

EN为使能掌握 1．外部特性参数

集成规律门的主要外部特性参数有输出高、低规律电平，开门电平，关门电平，扇入系数，扇出系数，输入短路电流，输入漏电流，平均传输时延和空载功耗等。

2．集成门电路的应用特点

（1）在进行规律设计时，各类规律门可实现与其对应的规律运算功能。

（2）OC门的输出端可以直接连接，实现“线与”，此外可实现电平转换和直接驱动发光二极管等。

（3）TS门主要用于总线传送，多个TS门的输出端可以直接与总线连接，实现数据分时传送。

（4）用规律门组成实际电路时，对集成门的多余输入端必需 2 恰当处理。例如，TTL与门和与非门的多余输入端可以通过电阻接电源，或门和或非门的多余输入端可以通过电阻接“地”。CMOS与门和与非门的多余输入端可以直接与电源相接；CMOS或非门的多余输入端可接“地”等。总之，既要避开多余输入端悬空造成信号干扰，又要保证对多余输入端的处置不影响正常的规律功能。

3．常用TTL集成门电路芯片

（1）集成与非门电路芯片

常用的TTL与非门集成电路芯片有7400、7410和7420等。7400是一种内部有四个两输入与非门的芯片，其引脚安排图如图1（a）所示；7410是一种内部有三个三输入与非门的芯片，其引脚安排图如图1（b）所示；7420是一种内部有两个四输入与非门的芯片，其引脚安排图如图1（c）所示。图中，VCC为电源引脚，GND为接地脚，NC为空脚。

TTL门电路

1 2．3 TTL集成门电路

2．3．1 TTL非门电路

1，电路的组成

非门电路是TTL集成门电路中结构最简单的一种电路，因非门电路的输出与输入反相，所以非门电路又称为反相器,典型的TTL反相器电路如图2-10所示。

由图2—10可见,反相器电路由输入级,倒相级和输出级三部分组成。因图2-9所示电路的输入和输出级电路都是由三极管组成的，所以,图2—10所示电路称为TTL（Transistor—Transistor Logic）门电路。目前较通用的TTL门电路是74LS系列的集成电路。

2．电路的工作原理

设电源的电压Vcc=5V,R1=3kΩ，R2=750 Ω，R3=360Ω，R4=100Ω，各三极管的β=30，导通电压Von=0。7V，输入的低电平电压VIL=0.2V，输入的高电平电压VIH=3.4V。

当输入信号电压A为VIL时，因输入信号直接加在三极管T1的发射极，三极管T1的基极通过电阻R1接电源,所以，三极管T1基极的电位大于发射极的电位，三极管T1导通，三极管T1基极的电位为0。9V（VIL+Von=0.2+0.7=0。9V）。因三极管T1集电极回路的电阻是R2和三极管T2集电结的电阻，三极管T1基极的0.9V电位不能使三极管T2和T4导通，所以三极管T1集电极回路的电阻很大，使三极管T1进入深度饱和的状态，UCES1很小，三极管T2基极的电位约等于VIL，三极管T2截止,三极管T2集电极的电位为高电平，发射极为低电平,所以，三极管T4截止，三极管T3导通，输出高电平V0H。

当输入信号电压A为VIH时，输入信号电压与三极管T1的导通电压相加，使三极管T1基极的电位可能达VIH+Von=3.4+0。7=4.1V。实际的情况是:三极管T1基极的电位达2。1V时，因三极管T1的集电结，三极管T2的发射结，三极管T4的发射结相串联，同时导通，使三极管T1基极的电位被钳在2。1V，集电极的电位为1。4V.

ttl电路工作原理

TTL（Transistor-Transistor Logic，双极型双极管逻辑门电路）电路是一种基于双极型晶体管的数字逻辑家族。TTL电路通过晶体管的开关作用来实现逻辑运算。

TTL电路的基本构造是由多个双极型晶体管组成的逻辑门。每个逻辑门由至少两个晶体管组成，其中一个被称为“发射极晶体管”，另一个被称为“漏极晶体管”。发射极晶体管的发射极连接到电路的输入端，漏极晶体管的漏极连接到电路的输出端。

TTL电路的工作原理如下：

1. 当输入信号为低电平（0V）时，发射极晶体管截止（关闭），漏极晶体管导通（打开）。此时，输出端的电压为高电平（一般为5V），表示逻辑为假。

2. 当输入信号为高电平（5V）时，发射极晶体管导通（打开），漏极晶体管截止（关闭）。此时，输出端的电压为低电平（0V），表示逻辑为真。

由此可见，TTL电路的工作原理是通过控制晶体管的导通和截止来实现逻辑门的功能。具体的逻辑运算由不同类型的逻辑门实现，如与门、或门、非门等。TTL电路具有较高的噪声容限和抗干扰能力，然而，它的功耗较高，速度较慢，逐渐被CMOS（互补金属氧化物半导体）电路取代。