1
B
ADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH
CEL:
Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
1.
OGLĘDZINY
Dokonać oględzin badanego układu cyfrowego określając jego:
° typ,
° oznaczenie,
° topologię wyprowadzeń,
° rodzaj obudowy.
Zaznajomić się z danymi katalogowymi badanego układu cyfrowego.
UWAGA: Karta katalogowa badanego układu cyfrowego serii TTL znajduje w odrębnej
instrukcji.
2.
P
OMIARY WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNYCH UKŁADU CYFROWEGO SERII
TTL
2.1.
Wyznaczenie charakterystyki wejściowej układu cyfrowego
Dokonać połączenia układu zgodnie z rys. 1. Układ cyfrowy zasilamy napięciem U
dc
=5V.
Ustawić potencjometr P1 w położenie 0. Zmieniając napięcie wejściowe U
we
od 0 do 5V (do
maksimum) wyznaczyć zależność prądu wejściowego I
we
od U
we
. Dla napięć wejściowych od
około 1.2V do 1.5V należy zwrócić szczególną uwagę na zagęszczenie kroków pomiarowych
z uwagi na gwałtowne zmiany prądu wejściowego (rys. 2). Wyniki pomiaru zapisać w tabeli
1.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze
V
1
(U
we
)→ 20V,
A→ 2mA .
UWAGA: Napięcie zasilające układ pomiarowy 5V.
Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki wejściowej układu
cyfrowego serii TTL
2
Tabela 1. Charakterystyka wejściowa układu cyfrowego serii TTL
U
we
[V]
0
0.1
..
1.2
1.25
…
1.5
…
5
I
we
[mA]
Rys.2. Przykładowa charakterystyka wejściowa układu cyfrowego serii TTL
2.2.
Wyznaczenie charakterystyki przejściowej i mocy rozpraszanej układu
cyfrowego serii TTL
Połączyć układ pomiarowy taj jak pokazano na rys. 3. Zmieniając napięcie wejściowe U
we
potencjometrem P1 od 0 do 5V wyznaczyć zależność napięcia wyjściowego U
wy
i prądu
zasilania układu I
z
od U
we
. Dla napięć wejściowych od około 1.2V do 1.5 należy zwrócić
szczególną uwagę na zagęszczenie kroków pomiarowych z uwagi na gwałtowne zmiany
napięcia wyjściowego U
wy
oraz prądu zasilającego I
z
→ P
z
(rys. 4). Wyniki pomiarów
zapisać w Tabeli 2.
Następnie obciążyć wyjście układu cyfrowego wejściami innych układów cyfrowych. W tym
celu należy zewrzeć wyjście układu cyfrowego z układem zewnętrznym (zwora 2). Powtórzyć
pomiary tak jak w przypadku braku obciążenia . Wyniki zapisać w Tabeli 3.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze
V1
(U
we
),
V2
(U
wy
)→ 20V, A→ 20mA .
3
Rys.3. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki przejściowej i mocy
rozpraszanej układu cyfrowego serii TTL
Tabela 2. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej i mocy rozpraszanej układu cyfrowego
serii TTL dla n=0
U
we
[V]
0
0.1
..
1.2
1.25
…
1.5
…
5
U
wy
[V]
I
z
[mA]
Tabela 3. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej i mocy rozpraszanej układu cyfrowego
serii TTL dla n=10
U
we
[V]
0
0.1
..
1.2
1.25
…
1.5
…
5
U
wy
[V]
I
z
[mA]
a)
b)
Rys.4. Przykładowa charakterystyka a) przejściowa, b) mocy rozpraszanej układu cyfrowego
serii TTL
4
2.3.
Wyznaczenie charakterystyk wyjściowych układu cyfrowego serii TTL dla
stanu niskiego na wejściu układu
Połączyć układ pomiarowy tak jak pokazano na rys. 5. Przed włączeniem zasilacza
potencjometr P1 ustawić w położeniu 0, a potencjometr P2 w położeniu max. Włączyć
zasilanie układu. Zmieniając potencjometrem P2 prąd wyjściowy I
wyH
wyznaczamy zależność
napięcia wyjściowego U
wyH
od I
wyH
odpowiadające stanowi wysokiemu układu cyfrowego
serii TTL. Prąd wyjściowy należy zmieniać do wartości około 15 mA z ustalonym krokiem
pomiarowym. Wyniki pomiarów należy zapisać do Tabeli 4.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze
V2
(U
wy
)→ 20V, A→ 20mA .
Rys.5. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki wyjściowej układu
cyfrowego serii TTL
Tabela 4. Tabela pomiarów dla charakterystyki wyjściowej układu cyfrowego dla stanu
niskiego na wejściu układu TTL
I
wyH
[mA]
0,0
1
….
Około 15
U
wyH
[V]
Rys.6. Przykładowa charakterystyka wyjściowa dla stanu a) niskiego na wejściu układu, b)
wysokiego na wejściu układu cyfrowego serii TTL
2.4.
Wyznaczenie charakterystyk wyjściowych układu cyfrowego serii TTL dla
stanu wysokiego na wejściu układu
5
Przed włączeniem zasilacza potencjometr P1 ustawić w położeniu max, a potencjometr P2 w
położeniu 0. Włączyć zasilanie układu. Zmieniając potencjometrem P2 prąd wyjściowy I
wyH
wyznaczamy zależność napięcia wyjściowego U
wyL
od I
wyL
odpowiadające stanowi niskiemu
układu cyfrowego serii TTL. Prąd wyjściowy należy zmieniać do wartości około -15 mA z
ustalonym krokiem pomiarowym. Wyniki pomiarów należy zapisać do Tabeli 5.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze
V2
(U
wy
)→ 200mV, A→ 20mA .
Tabela 5. Tabela pomiarów dla charakterystyki wyjściowej układu cyfrowego dla stanu
wysokiego na wejściu układu TTL
I
wyH
[mA]
0,0
1
….
~15
U
wyH
[V]
4.
O
BLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW UKŁADU CYFROWEGO
4.1 O
BLICZANIE POCY ROZPRASZANEJ
Na podstawie pomiarów zawartych w tabeli 3 i 4 obliczyć wartość mocy rozpraszanej
ze wzoru
z
z
cc
z
I
5
I
U
P
⋅
=
⋅
=
Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli 7.
Sprawozdanie
I. Część formalna:
a) temat ćwiczenia laboratoryjnego,
b) skład zespołu laboratoryjnego,
c) data wykonania ćwiczenia.
II. Część pomiarowa:
a) schemat układu pomiarowego,
b) dane katalogowe badanego układu cyfrowego serii TTL,
c) wykaz przyrządów pomiarowych,
d) wyniki pomiarów zestawione w tabelach.
III. Część wynikowa:
a) obliczenia parametrów układu cyfrowego serii TTL:
o maksymalną liczbę wejść układów cyfrowych n ( 16 mA/ I
wemax
)
o mocy rozpraszanej P
z
,
o rezystancji wyjściowej przyrostowej r
wyH
odcinka prostoliniowego układu
cyfrowego serii TTL w stanie wysokim,
o rezystancji wyjściowej przyrostowej r
wyL
odcinka prostoliniowego układu
cyfrowego serii TTL w stanie niskim,
b) charakterystyki badanego układu cyfrowego serii TTL:
o wejściowa I
we
= f(
Swe
)
,
o przejściowa U
wy
= f(U
we
),
o przejściowa P
z
= f(U
we
),
6
o wyjściowa I
wyH
= f(U
wyH
),
o wyjściowa I
wyL
= f(U
wyL
)
o określić przedział napięć odpowiadający stanowi niskiemu na wejściu i wyjściu
oraz wysokiemu na wejściu i wyjściu.
IV. Wnioski dotyczące:
o maksymalnej liczby dopuszczalnych wejść układów cyfrowych obciążających
wyjście badanego układu. porównać z wartością katalogową.
o porównania określone wartości przedziałów napięć odpowiadających stanowi
niskiemu na wejściu i wyjściu oraz wysokiemu na wejściu i wyjściu z
wartościami podawanymi w literaturze.
o wpływu liczby dołączonych wejść innych układów cyfrowych na
charakterystyki przejściowe badanego układu cyfrowego,
o wpływu wartości prądu obciążenia I
wy
na poprawność odwzorowywania
sygnałów TTL.
Wymagania
• rodzaje układów cyfrowych,
• klasyfikacja sygnałów elektrycznych,
• tranzystor bipolarny jako podstawowy element układów cyfrowych,
• charakterystyka przejściowa tranzystora bipolarnego pracującego jako przełącznik,
• sygnały logiczne,
• napięcia poziomów logicznych,
• marginesy zakłóceń,
• funkcje logiczne,
• tablice prawdy,
• tablice prawdy, symbole graficzne, wyrażenia algebraiczne podstawowych układów
cyfrowych typu NAND, AND, NOR, OR, EXOR,
• podstawowe prawa algebry Boole’a,
• liczby binarne,
• kody binarne,
• podstawowe parametry układów cyfrowych
• przerzutnik SR,
• przerzutnik JK,
• liczniki,
• dzielniki częstotliwości,
• multipleksery i demultipleksery,
• dekodery.
Literatura
1. Kalisz J.: Podstawy elektroniki cyfrowej,. WKiŁ, Warszawa 202.
2. Marciniak W.: Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone. Zasady działania,
technologia i zastosowania
,. WNT Warszawa 1977r.
3. Horowitz P.: Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa 2001.
4. Rusek, A., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, WSiP, Warszawa 1983.
5.
Schenk Ch., Tietze U.: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1987.