BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Transkrypt

1 BADANIE 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. POMIARY 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 1

2 Tabela 1. Charakterystyka wejściowa układu cyfrowego serii TTL U we [V] 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 V 1 (U we ), V 2 (U wy ) 20V, A 20mA. 2

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] U wy [V] I z [ma] Tabela 3. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej i mocy rozpraszanej układu cyfrowego serii TTL dla n=10 U we [V] U wy [V] I z [ma] a) b) Rys.4. Przykładowa charakterystyka a) przejściowa, b) mocy rozpraszanej układu cyfrowego serii TTL 3

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 V 2 (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] 4

5 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 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 V 2 (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. OBLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW UKŁADU CYFROWEGO 4.1 OBLICZANIE POCY ROZPRASZANEJ Na podstawie pomiarów zawartych w tabeli 3 i 4 obliczyć wartość mocy rozpraszanej ze wzoru P z = U cc I z = 5 I z Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli 7. Sprawozdanie I. Część formalna: a) temat ćwiczenia laboratoryjnego, b) skład zespołu laboratoryjnego, 5

6 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 ), 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, 6

7 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 Marciniak W.: Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone. Zasady działania, technologia i zastosowania,. WNT Warszawa 1977r. 3. Horowitz P.: Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa Rusek, A., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, WSiP, Warszawa Schenk Ch., Tietze U.: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa