2集电极开路门电路及三态门电路

集电极开路门电路及三态门电路的研究实验

一． 实验目的

1. 熟悉集电极开路（OC）门及三态（TSL）门的逻辑功能和使用方法 2. 掌握三态门构成总线的特点及方法

3. 掌握集电极负载电阻RL对OC门电路输出的影响。

二． 实验原理

集电极开路门和三态输出门电路是两种特殊的TTL门电路。 （1）集电极开路门

在数字系统中，有时需要将两个或两个以上集成逻辑门的输出端相连，从而实现输出相与（线与）的功能，这样在使用门电路组合各种逻辑电路时，可以很大程度地简化电路。由于推拉式输出结构的TTL门电路不允许将不同逻辑门的输出端直接并接使用，为使TTL门电路实现“线与”功能，常把电路中的输出级改为集电极开路结构，简称OC（Open Collector）结构。

本实验所用OC与非门型号为四—2输入与非门74LS01，电路结构及引脚排列图，如图2-1所示。

图2-1集电极开路与非门电路结构及74LS01引脚排列

从图2-1可见，集电极开路门电路与推拉式输出结构的TTL门电路区别在于：当输出三极管T4管截止时，OC门的输出端Y处于高阻状态，而推拉式输出结构TTL门的输出为高电平。所以实际应用时，若希望T4管截止时OC门也能输出高电平，必须在输出端外接上拉电阻RL至电源V′cc 。电阻RL和电源V’cc的数值选择必须保证OC门输出的高、低电平符合逻辑要求，同时T4的灌电流负载不能过大，以免造成OC门受损。 （2）三态输出门

三态输出门（简称三态门）的电路结构是在普通门电路的基础上附加控制电路而构成的。图2-2 为三态门电路结构及引脚排列图。

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图2-2 三态门电路结构和74LS125引脚排列图

图2-2中，EN为三态使能端，当EN＝“1”时，电路输出Y呈现高阻状态；当EN＝“0”时，实现Y=A的逻辑功能，即EN为低电平有效，本实验采用三态门的型号为74LS125三态输出四总线缓冲器。图2-2为74LS125的引脚排列图，表2-1为其功能表。

输 入 输 出 0 0 1 1 A Y 0 1 0 1 表2-1三态门的功能表

0 1 高阻态 从表2-1中可看出，在三态使能端EN的控制下，输出端Y有三种可能出现的状态：高阻态、关态（高电平）、开态（低电平）。

在数字系统中，为了能在同一条线路上分时传递若干个门电路的输出信号，减少各个单元电路之间连线数目，常采用总线结构，如图2-3 所示。而三态门电路的主要应用之一是能实现总线传输。

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图2-3三态门接成总线结构电原理图

只要在工作时控制各个三态门的 EN 端轮流有效、且在任何时刻仅有一个有效，就可以把A1，A2，…，An信号分时轮流通过总线进行传送。

三． 实验参考电路

1. OC门实现“线与”逻辑。

图2-4 OC门实现“线与”逻辑电原理图

2. OC门实现电平转换

图2-5 OC门实现电平转换电原理图

3. 三态门实现总线传输

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图2-6 三态门实现总线传输电原理图

四． 实验预习要求

1. 复习TTL集电极开路门和三态输出门的工作原理及应用。 2. 了解所用集成芯片：74LS01，74LS125的功能及外部接线。 3. 试用74LS01 OC门电路实现下列函数：FABCDEF

4. 画出电路原理图。

5. 完成各项实验内容的理论计算。

五． 实验内容及步骤 1. OC门应用

按预习内容（3）连接电路，验证逻辑功能。 用OC门电路作TTL→CMOS电路接口的研究， 按图2-5接线，实现电平转换。

在电路输入端加不同的逻辑电平值，用万用表测量与非门输出端C端、OC门输出端D端及CMOS输出端E端的电压值。将测量结果填入表2-3中。 输 入 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 UC (V) UD(V) UE(V) 表2-3 电平测试数据表

在电路输入端加10kHz的方波信号，用示波器观察C，D，E各点的波形，并记录。 2. 三态输出门

按表2-1测量74LS125三态输出门的逻辑功能。

将三态门输入端接数字逻辑实验箱上的逻辑开关，使能端EN接单脉冲源，输出端接LED指示器，按表2-1逐项测试其逻辑功能。

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试用74LS125实现总线传输。

实验电路原理如图2-6所示。先将三个三态门的使能端都接高电平“1”，观察Y端输出；然后分别将使能端接低电平“0”，观察总线的逻辑状态。

六． 实验注意事项

1. 在做三态门实现总线实验时，三个三态门的使能端，不能有一个以上同时加低电平 “0”，否则会使电路出错。

2. CMOS集成电路的多余输入端绝对不能悬空，否则会引入干扰导致电路输出状态不确 定。

七． 实验设备和器材

名称 1. 双踪示波器 2. 函数信号发生器 3. 直流电源 4. 适配器 5. 14芯IC插座 6. 4位输入器 7. 4位输出器 8. 电阻模块 9. 多圈电位器模块 10. 集成芯片 11. 连接导线 12. 实验用6孔插件方板

数量 1台 1台 1台 1只 3只 1只 1只 2只 1只 若干 若干 型号 学校自备 学校自备 5V

SD128B SD143 SD101 SD102B SD150 SD153C

74LS00 74LS01

74LS04 74LS125

P2

297mm×300mm

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