1.实验目标
1.了解TTL非门、与非门内部电路的电路原理、电路结构和特点
2.学习TTL非门、与非门内部电路的构建和测试
2.实验器材
ADALM2000
100kΩ电阻 x 1 2.2kΩ电阻 x 1 470Ω电阻 x 1 100Ω电阻 x 1 1N914 x 1 NPN晶体管 x 5 | 面包板 导线 |
3.理论基础
TTL非门的原理图如图1所示。此电路克服了单晶体管非门电路的局限性。基本TTL非门由三级组成：电流导引输入Q1、分相级Q2和输出驱动级Q3和Q4。
图1 TTL非门的原理图
给TTL非门再增加一个输入，便得到一个TTL与非门，如图2所示。
图2 TTL与非门的原理图
4.实验步骤
1.按照图1，在面包板上搭建电路，并对电路进行检测。
2. 接入5V电源电压。
3. 将信号发生器W1设置为具有0 V偏移和6 V峰峰值的100 Hz三角波。在x-y模式下使用示波器观察电路的电压传输曲线。
4. 在图1的基础上，增加一个输入，得到TTL与非门。
5.将信号发生器W1设置为具有0 V偏移和6 V峰峰值的100 Hz三角波，将W2设置为具有0 V偏移、6 V峰峰值、90°相位的100 Hz三角波。用示波器观察电路的输出，并记录。
6. 验证与非门电路的逻辑功能。
5.电路仿真
图3 TTL非门仿真图
图4 TTL非门仿真图
图5 TTL与非门仿真图
如图3，当输入为高输出为低，当输入为低输出为高，满足非门逻辑功能。如图4，只有当两个输入都为高输出为低，其余情况输出都为高，满足与非门逻辑功能。
6.原理图与PCB电路
图6 原理图
图7 PCB电路图
如图6和图7分别是原理图和PCB电路图，采用三极管构成数字门电路，电路有两路输入信号。由于三极管的特性，当输入信号有一个为低电平，输出就为高电平，只有当所有输入信号都为高电平时，输出才为低电平。当只接Q1时，实现TTL与门电路功能；当Q1和Q5都接入时，实现TTL与非门电路功能。
7.ADALM2000测试
图中为非门电路测试图，橙色为输入信号曲线，紫色为输出信号曲线，由图可知输入为高输出为低、输入为低输出为高满足非门逻辑功能。
图中信号发生器W1设置为具有0 V偏移和6 V峰峰值的100 Hz三角波，在x-y模式下电压传输曲线翻转电压大约在1.2V。
图中为与非门电路测试图，橙色和红色为输入信号曲线，紫色为输出信号曲线，由图可知两路输入都为高输出为低，其余输出都为高，满足与非门逻辑功能。
图中橙色为信号发生器W1设置为具有0 V偏移和6 V峰峰值的100 Hz三角波，W2设置为具有0 V偏移、6 V峰峰值、90°相位的100 Hz三角波，用示波器观察电路的输出（紫色曲线）两路输入为高输出为低。
8.实验总结
通过直接入三极管Q1和同时接入三极管Q1与Q5，分别验证TTL非门和与非门的逻辑功能，满足当输入信号有一个为低电平，输出就为高电平，只有当所有输入信号都为高电平时，输出才为低电平。
