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。

                  图1

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。

仿真结果

下图展示了仿真实验中当只接入三极管Q1(a)时，输入信号与输出信号的波形图和x-y模式下的电压传输曲线，其中横轴为信号源电压，纵轴为输出电压。可以观察到，当输入电压小于600mV时，输出电压为5V；输入电压在600mV到约1.3V之间时，输出电压位于0~5V之间；输入电压大于1.3V时，输出电压为0V。

添加Q1(b)三极管后的输出波形与2个输入波形如下图所示。可以观察到，只要有1个输入信号的电压小于0.6V，则输出信号电压为5V；2个输入信号电压均大于1.3V时，输出信号电压才为0V。

实验结果

用面包板搭建电路，并按照图2所示的方法连接ADALM2000，如下图所示：

只将Q1(a)接入电路，输入峰峰值6V，频率100Hz的三角波，示波器得到的输入波形（左侧CH1）与输出（右侧CH2）波形和电压传输曲线（右侧）如下图所示，与仿真结果几乎一致。

再将Q1(b)接入电路，并让W2端口输出6 V峰峰值、90°相位的100 Hz三角波，使用示波器观察Q1(a)输入信号波形（CH1）与输出信号波形（CH2）如下图所示，同样与仿真一致。

为验证与非门的逻辑功能，可以使用ADALM2000的模式生成器（Pattern Generator）功能生成数字信号序列作为输入信号。将两个输入端口分别接入ADALM2000的0、1数字端口上，配置0端口输出频率为2kHz，占空比50%的时钟信号，1端口输出频率为1kHz，占空比同样为50%的时钟信号，这样两个端口在一个周期（1ms）内组合成的数字信号即为00、01、10、11，如下图所示：

示波器通道1测量数字端口0的信号，通道2测量电路的输出信号。可以观察到在每个周期（1ms）内，电路输入00、01、10输出都为5V，即逻辑1；输入11则输出为0V，即逻辑0，和与非门的逻辑一致。