I.Wstęp

Tematem ćwiczenia jest zapoznanie z własnościami podstawowych bramek

logicznych bipolarnych.Układami logicznymi (funktorami lub bramkami) nazywa się układy realizujące funkcje oparte na algebrze Boole'a. W układach logicznych wartości występujących sygnałów przyjmują pewne dozwolone poziomy dyskretne, co zewnętrznie stanowi najbardziej charakterystyczną cechę tych układów.

W doświadczeniu badaliśmy przede wszystkim bramkę TTL a także bramkę CMOS.

Bramka TTL to









bramka typu NAND o dwóch wejściach i jednym wyjściu.

x1

x2 J

Realizuje ona funkcję logiczną: y=NOT (X1 AND X2). Układy cyfrowe, do których

należy seria TTL opierają się na logice binarnej.

Bramka CMOS charakteryzuje się przede wszystkim znikomym poborem mocy w warunkach pracy ststycznej układu.

II. Obserwacje i pomiary.

Charakterystyki badanych układów możemy obserwować dwoma sposobami: metodą punkt po punkcie oraz obserwując charakterystyki na oscyloskopie. My wybraliśmy metodę punkt po punkcie, która daje możliwość dokładnego wykreślenia charakterystyk.

1.Wyniki pomiarów:

A)Bramka TTL (rys.1 i rys.2)

bez obciążenia z obciążeniem

Ujemny znak oznacza, że prąd wypływa z wejścia bramki do wyjścia stopnia

poprzedniego.Prąd wejściowy w stanie logicznym wejścia: „1” jest bliski zeru. W obszarze przejściowym wynosi około 0.3 - 0.4 mA. W stanie logicznym „0” prąd jest maksymalny, wynosi około 1 mA.

Mając te dane możemy obliczyć maksymalną ilość (n) bramek obciążających

wyjście jednej bramki TTL. Z katalogu znajdujemy maksymalny prąd wyjściowy

bramki w stanie niskim -”0” i wynosi on około 15 mA.

zatem n= 15 mA / 1 mA = 15

W stanie logicznym wysokim ze względu na znikomy prąd wejściowy bramki,

nie obliczamy dopuszczalnej ilości bramek obciążających, która byłaby znacznie większa. Ponieważ w układach występują na przemian stany „1” i „0”, przyjmujemy

n = 15.

B) Bramka CMOS

Charakterystyka przejściowa (rys. nr 4)

III.Pomiar czasu propagacji.

Ze względu na brak czasu nie zdążyliśmy wykonać tej części ćwiczenia, dlatego też przedstawimy to zagadnienie tylko teoretycznie.

Opóźnienie propagacji, zwane też czasem propagacji, określa średnie opóźnienie sygnału przełączającego , przypadające na jeden stopień w długiej kaskadzie układów logicznych. Jest to wielkość określająca efektywny czas przerzutu , zbiorczo okreslająca czas trwania wszystkich zjawisk zachodzących w czasie przerzutu, z opóźnieniem włącznie.

Opóźnienia propagacji są mierzone zwykle w warunkach zbliżonych do waunków pracy układów w kaskadzie.

Typowy układ pomiarowy przedstawiamy poniżej:

Sposób określania czasów propagacji wyjaśnia rysunek nr 5. Czas propagacji t ­_pHL przejścia ze stanu wysokiego do stanu niskiego oraz t _pLH przejścia ze stanu niskiego do stanu wysokiego są określane przez chwile pzez sygnał sterujący i przebieg wyjściowy poziomów równych 50% wartości różnicy poziomów stanu II i I.

Dla łącznej oceny szybkości przełączania stosuje się wartość średnią opóźnienia propagacji t _pd określa się jako średnią czasów t _pHL i t _pLH :

t_pd= (t­ _pHL + t _pLH ) /2

IV.Wnioski końcowe.

Charakterystyki przejściowe wyznaczone metodą punkt po punkcie mają podobny

kształt. Charakterystyka bramki jest nieliniowa. Przy wzroście napięcia wejściowego

od zera do pewnej wartości bramka utrzymuje na wyjściu stały poziom (w tym

wypadku wysoki). Przy dalszym wzroście napięcia wejściowego o około 1 V

następuje dosyć szybkie przejście wyjścia bramki w przeciwny stan logiczny

(w tym wypadku „0”).

Wyznaczone dopuszczalne wartości napięcia wejściowego bramki

w stanie 0 i 1 okazały się zbliżone do danych katologowych układów TTL.

Bramki TTL gwarantują na wyjściu napięcie Uwy >= 2.4 V (stan 1) i

Uwy <= 0.4 V (stan 2). Takie poziomy napięcia doprowadzone na wejście

bramki wprowadzają ją w stan 0 lub 1, z dużym marginesem na zakłócenia.

Taka charakterystyka w odróżnieniu od liniowej zapewnia lepszą

odporność na zakłócenia (jeszcze lepszą charakterystykę mają bramki z przerzutnikiem Schmit'a)