TTL非门、与非门内部电路

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

实验器材

ADALM2000

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。

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

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。

参考答案

1.  实验电路仿真

1.1  TTL非门电路仿真

上述电路中使用1个开关来模拟TTL输入信号的0和1状态，其中示波器1通道(红色)接入输入信号，2通道(蓝色)接入输出信号。

1.1.1当开关S1接入高电平(5V)时，示波器测试结果为：

1.1.2当开关S1接入低电平(0V)时，示波器测试结果为：

上述结果表明基于2N3904的TTL非门电路与真值表一致，符合要求。

1.2  TTL与非门电路仿真

上述电路在非门电路基础上增加了一路输入得到一个与非门电路，同样使用一个开关S2模拟TTL电平的高低状态。示波器1通道(红色)输入1,2通道(绿色)为输入2,三通道(蓝色)为输出信号。

↑与非门电路真值表

1.2.1   A=0，B=0

输出信号为高电平。

1.2.2   A=1，B=0

输出为高电平

1.2.3   A=0，B=1

输出为高电平

1.2.4   A=1，B=1

输出为低电平

2.     PCB制作与实验搭建

↑原理图设计

↑PCBLayout设计

↑3D仿真图

3.     TTL非门实际电路功能验证

3.1.1实际电路搭建

↑实际电路搭建

上图中输入1接ADALM2000信号发生器的1通道，输出信号接ADALM2000的示波器1通道，VCC接POWER1。

3.1.2输入为0V低电平

输出约为4.12V判定为TTL高电平

3.1.3输入为5V高电平

输出为0V，判定为低电平

4.     TTL与非门实际电路功能验证

4.1.1实际电路搭建

上图中输入1和输入2分别接ADALM2000信号发生器的1、2通道，输出信号接ADALM2000的示波器1通道。

4.1.2 ADALM2000信号发生器输入1=0，输入2=0，观察输出信号

输出信号稳定在4.2V左右，判定为TTL高电平状态

4.1.3 ADALM2000信号发生器输入1=1，输入2=0，观察输出信号

信号发生器1通道5V输出，2通道关闭↑

输出信号稳定在4.15V左右，判定为TTL高电平状态

4.1.4 ADALM2000信号发生器输入1=0，输入2=1，观察输出信号

信号发生器2通道5V输出，1通道关闭↑

输出信号稳定在4.15V左右，判定为TTL高电平状态

4.1.5 ADALM2000信号发生器输入1=1，输入2=1，观察输出信号

输出信号稳定在0V左右，判定为TTL低电平状态