三相负载电路实验步骤

时间：2022-10-21 百科知识版权反馈

【摘要】：工作时，输出端必须通过一只外接电阻RL和电源EC相连接，以保证输出电平符合电路要求。用两个集电极开路与非门“线与”来驱动一个TTL非门，按图6－18连接实验电路。

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R_L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门型号为二输入四与非门74LS03，引脚排列见附录。工作时，输出端必须通过一只外接电阻R_L和电源E_C相连接，以保证输出电平符合电路要求。

（1）电路的“线与”特性方便完成某些特定的逻辑功能。图6－15所示，将两个OC门输出端直接并接在一起，则它们的输出：

图6－15　OC与非门“线与”电路

图6－16　OC与非站负载电阻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。

①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）。

②实现逻辑电平转换，以推动荧光数码管、继电器、MOS器件等多种器件。

（2）OC门输出并联运用时负载电阻R_L的选择：

如图6－16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R_L阻值的选择范围为：

式中：I_oH——OC门输出管截止时输出高电平V_oH的漏电流约为50μA）

　　　I_LM——OC门输出低电平V_oL时允许最大灌入负载电流（约为20mA）

　　　I_iH——负载门高电平输入电流（＜50μA）

　　　I_iL——负载门低电平输入电流（＜1．6mA）

　　　E_C——R_L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

R_L值须小于R_Lmax，否则V_oH将下降，R_L值须大于R_Lmin，否则V_oL将上升，又R_L的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，R_L应尽量选取接近R_Lmin。

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6－17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＝0为正常工作状态，实现Y＝A的逻辑功能为禁止状态，输出Y是高阻态。这种在控制端加低电平电路才能正常工作的方式称低电平使能。74LS125的引脚排列见图6－20。

图6－17　三态四总线缓冲器逻辑符号

表6－1　74LS125的功能表

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．芯片74LS00、74LS03、74LS10、74LS04、74LS125各一片

3．电阻200Ω、3～5MΩ电阻（由3．3MΩ、680kΩ等组成）

4．数字万用表

5．双踪示波器

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R_L的确定。

图6－18　74LS03负载电阻的确定

在数字逻辑电路实验箱的IC插座模块中找一个DIP₁4的插座插上芯片74LS03，并在DIP₁4插座的第7脚接上实验箱的地（GND），第14脚接上电源＋5V（V_CC），输入引脚接逻辑电平输出拨位开关。芯片的管脚分配请参考附录或其他资料。

用两个集电极开路与非门“线与”来驱动一个TTL非门，按图6－18连接实验电路。负载电阻R_L由一个200Ω电阻和一个10kΩ电位器R_W串接而成，取E_C＝5V。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”输出低电平，调节R_W使V_oL＝0．3V，测得此时的R_L即为R_Lmin，再使电路输出高电平，需要重新调节负载R_L的组成（大概R_L在3～5 MΩ情况下才能使V_oH＝3．5V），重新调节好负载R_L使V_oH＝3．5V，测得此时的R_L即为R_Lmax。

2．集电极开路门的应用

用OC门实现F＝A－B＋CD＋E－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：

表6－2　74LS125三态输出门的逻辑功能

在数字逻辑电路实验箱IC插座模块处，找一个DIP₁4的插座插上芯片74LS125，并在DIP₁4插座的第7脚接上实验箱的地（GND），第14脚接上电源＋5V（V_CC），三态门输入端接逻辑电平输出，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6－2中。

（2）三态输出门的应用

将四个三态缓冲器按图6－19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。然后依次使一个门选通，观察LED的显示情况。注意，不能让两个门同时选通，图6－20中四个选通信号只能选通一个有效。记录实验结果。