LABORATORIUM TECHNIKA CYFROWA BRAMKI Rev..0
LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ: Bramki. CEL ĆWICZENIA - praktyczna weryfikacja wiedzy teoretycznej z zakresu działania bramek, - pomiary parametrów bramek.. PRZYGOTOWANIE KONSPEKTU Konspekt do ćwiczenia naleŝy wykonać według formatki dostępnej na stronie laboratorium (http://www.scalak.elektro.agh.edu.pl/?q=pl/node/).. WYKORZYSTYWANE MODELE i ELEMENTY W trakcie ćwiczenia wykorzystane zostaną modele dydaktyczne TC-B i TC-B oraz niezbędne przyrządy pomiarowe. Model TC-B słuŝy do badania inwertera. Widok modelu przedstawiono na rysunku, a schemat ideowy na rysunku. Model pozwala na badanie pojedynczego inwertera, oscylatora pierścieniowego przy róŝnych napięciach zasilania. MoŜna takŝe mierzyć prąd zasilania. Rys.. Widok modelu dydaktycznego TC-B C P UF LS0 UE P 0 V 0V V +V +V A 0 LS0 Z,V UA LS0 UB LS0 UC LS0 P UD LS0 Z J WY U 0 C 0n C 00n U LT0-. + C 0u + C 0u J WE Rys.. Schemat ideowy modelu dydaktycznego TC-B KATEDRA ELEKTRONIKI AGH
LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ: Bramki Model TC-B słuŝy do badania bramek - i -wejściowych. Widok modelu przedstawiono na rysunku, a jego schemat ideowy na rys.. Rys.. Widok modelu dydaktycznego TC-B D LED_cz R +V D LED_ziel R J WE R P P P? 0 D LED_cz P_XZPOZ_O R +V PODSTAWKA TESTOWA D LED_ziel R J WY J WE R P V +V D LED_cz 0 P 0 0V V,V +V +V R +V D LED_ziel J WE R R P P U 0 C 0n C 00n U LT0-. + C 0u + C 0u Rys.. Schemat ideowy modelu dydaktycznego TC-B Model pozwala na badanie bramek dwu- i trójwejściowych przy róŝnych napięciach zasilania oraz badanie charakterystyk przejściowych dla róŝnych sposobów przełączania bramek. Przełączniki P, P, P pozwalają na bezpośrednie połączenie wejść bramki z wejściami modelu (na czołówce) lub na zadawanie stanów logicznych 0 i. Przełącznik P pozwala na zwieranie poszczególnych wejść bramki w róŝnych konfiguracjach zapewniając róŝne sposoby sterowania bramki. P wybiera liczbę wejść do bramki. KATEDRA ELEKTRONIKI AGH
. PRZEBIEG ĆWICZENIA.. Badanie inwertwera... Charakterystyka przejściowa Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania odpowiednie dla aktualnie badanego układu (przełącznik P). Przełącznik P ustawić w pozycji BR. Umieścić badany układ w podstawce testowej zwracając szczególną uwagę na jego właściwe umieszczenie. Podłączyć do wejścia WE generator oraz oscyloskop (np. kanał ), a do wyjścia drugi kanał oscyloskopu. Oscyloskop ustawić w trybie X-Y. Włączyć zasilanie modelu. Podać z generatora przebieg piłokształtny o napięciu zmieniającym się od 0 do napięcia zasilania. Zaobserwować charakterystykę przejściową oraz przerysować do sprawozdania. Powtórzyć pomiary dla inwerterów wykonanych róŝnych technologiach. W przypadku inwerterów CMOS (0) przeprowadzić pomiary dla róŝnych napięć zasilania. UWAGA: Układy wymieniać w podstawce przy wyłączonym zasilaniu i odłączonym przebiegu z generatora. Na podstawie zabranych charakterystyk przejściowych dla kaŝdej z bramek: wyznaczyć napięcie przełączania U T, wyznaczyć napięcia typowe na wyjściu dla stanu niskiego (U OLtyp ) i wysokiego (U OH-typ ), oszacować typowe wartości marginesów zakłóceń statycznych dla stanu niskiego (MLtyp) i wysokiego (MHtyp). Wyniki zestawić w tabeli.... Czas propagacji Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania odpowiednie dla aktualnie badanego układu (przełącznik P). Przełącznik P ustawić w pozycji BR. Umieścić badany układ w podstawce testowej zwracając szczególną uwagę na jego właściwe umieszczenie. Podłączyć do wejścia WE generator. Podać z generatora przebieg prostokątny o amplitudzie dostosowanej do napięcia zasilania badanego układu (sprawdzić przed podłączeniem np. za pomocą oscyloskopu). Częstotliwość przebiegu powinna być na tyle duŝa, aby na oscyloskopie moŝna było łatwo zaobserwować czasy rzędu kilkunastu nanosekund (chyba, Ŝe studenci umieją wykorzystać tzw. lupę zoom, oscyloskopu). Pomiarów dokonać dwoma sposobami. Podłączając bezpośrednio kablami BNC oscyloskop do wejścia i wyjścia modelu oraz wykorzystując sondy oscyloskopowe podłączone do punktów pomiarowych na płytce modelu. W sondach naleŝy włączyć dzielnik (przełącznik ustawiony w pozycji x0). Zmierzyć czasy propagacji t phl i t plh. Czas mierzyć przy połowie amplitudy. Powtórzyć pomiary dla inwerterów wykonanych róŝnych technologiach. W przypadku inwerterów CMOS (0) przeprowadzić pomiary dla róŝnych napięć zasilania. UWAGA: Układy wymieniać w podstawce przy wyłączonym zasilaniu i odłączonym przebiegu z generatora. Wyniki zanotować i obliczyć średni czas propagacji, wyjaśnić ewentualne rozbieŝności w sprawozdaniu. Wyniki najlepiej zebrać w tabeli. KATEDRA ELEKTRONIKI AGH
... Czas propagacji z wykorzystaniem oscylatora pierścieniowego Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania odpowiednie dla aktualnie badanego układu (przełącznik P). Przełącznik P ustawić w pozycji OSC. Przełącznik P w pozycji. Umieścić badany układ w podstawce testowej zwracając szczególną uwagę na jego właściwe umieszczenie. Do wyjścia modelu podłączyć oscyloskop i zaobserwować przebieg. Następnie podłączyć częstościomierz i zmierzyć częstotliwość przebiegu wyjściowego. Następnie kolejno przełączyć przełącznik P w pozycję i mierząc częstotliwość. Powtórzyć pomiary dla inwerterów wykonanych róŝnych technologiach. W przypadku inwerterów CMOS (0) przeprowadzić pomiary dla róŝnych napięć zasilania. UWAGA: Układy wymieniać w podstawce przy wyłączonym zasilaniu i odłączonym przebiegu z generatora. Na podstawie zmierzonej częstotliwości obliczyć średni czas propagacji badanych inwerterów (pamiętając, Ŝe oscylator jest zbudowany z połączonych szeregowo inwerterów). Wyniki porównać z wynikami uzyskanymi w poprzednim punkcie (np. wspólna tabela). Skomentować rozbieŝności. Korzystając z pomiarów częstotliwości oscylatora obciąŝonego, lub inwerterami (przeł. P) określić wpływ wejścia jednego inwertera na czas propagacji inwertera sterującego.... Pobór mocy Wykonać pomiary dla bramki z rodziny TTL, TTL-LS i CMOS. Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania V (przełącznik P). Przełącznik P ustawić w pozycji BR. Umieścić badany układ w podstawce testowej zwracając szczególną uwagę na jego właściwe umieszczenie. Podłączyć do wejścia WE generator. Do wejścia I ZAS podłączyć amperomierz. Podać z generatora przebieg prostokątny. Wykonać pomiary dla kilku wartości częstotliwości (moŝliwie duŝych, na które pozwala dostępny generator). Następnie do zacisków Z podłączyć kondensator o wartości, np. 00pF, oraz innych dostępnych w laboratorium. Wykonać pomiary dla kilku wartości pojemności. Na podstawie zebranych wyników wykreślić zaleŝności poboru mocy przez bramki od częstotliwości i pojemności obciąŝającej bramkę... Badanie bramek... Charakterystyka przejściowa Pomiary przeprowadzić przynajmniej dla jednej bramki z rodziny TTL i CMOS. Obserwacje wykonać dla róŝnych warunków przełączania bramek. Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania odpowiednie dla aktualnie badanego układu (przełącznik P). Przełączniki P, P, P i P pozwalają na zrealizowanie wszystkich moŝliwych sposobów przełączania bramek. P ustawić stosownie do badanej bramki (-we lub -we). Na początku podłączyć do KATEDRA ELEKTRONIKI AGH
wejścia WE generator oraz oscyloskop (np. kanał ), a do wyjścia drugi kanał oscyloskopu. Oscyloskop ustawić w trybie X-Y. Włączyć zasilanie modelu. Podać z -generatora przebieg piłokształtny o napięciu zmieniającym się od 0 do napięcia zasilania. Przełącznik P ustawić na 0. W tej pozycji moŝna badać ch-ki przejściowe w przypadku sterowania bramki z jednego wejścia. Jeśli P jest na WE, a P i P na 0 lub stosownie do badanego rodzaju bramki (AND, NAND, NOR, itd.), to obserwowane jest przełączenie bramki będące wynikiem sterowania WE. Zaobserwować charakterystyki przejściowe oraz przerysować do sprawozdania zmieniając pozycję przełącznika P tak, aby przebadać wszystkie moŝliwe przypadki. Na podstawie zabranych charakterystyk przejściowych dla kaŝdej z bramek: wyznaczyć średnie napięcie przełączania U T, wyznaczyć napięcia typowe oraz skrajne na wyjściu dla stanu niskiego i wysokiego, oszacować minimalne wartości marginesów zakłóceń statycznych dla stanu niskiego i wysokiego. Wyniki zestawić w tabeli. Wyjaśnić efekt powstawania rodziny charakterystyk przejściowych dla bramki.... Prądy wyjściowe Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku. Na płytce modelu TC-B ustawić napięcie zasilania odpowiednie dla aktualnie badanego układu (przełącznik P). Przełącznik P ustawić stosownie do badanej bramki (-we lub -we). Za pomocą przełączników P, P i P ustawić odpowiednie stany logiczne na wejściach bramki tak, aby moŝna było zmierzyć prądy wyjściowe w stanie niskim i wysokim na wyjściu. Zmierzyć maksymalny prąd wyjściowy w stanie niskim (I OLmax ) i (I OHmax ). Dla bramek TTL pomiary wykonać przy U OLmax i U OHmin, dla bramek CMOS dla 0% i 0% napięcia zasilania. Powtórzyć pomiary dla róŝnych rodzajów bramek i róŝnych technologii. A I OH A I OL U OH V U OL V Rys.. Schematy pomiarowe do wyznaczania pr ą dów wyjś ciowych Wyniki zebrać w tabeli i porównać z danymi katalogowymi.. LITERATURA [] Wykład z TC - dr inŝ. J. Kasperek, dr inŝ. P. Rajda [] http://layer.uci.agh.edu.pl/~maglay/wrona/pl/podstrony/dydaktyka/bramki KATEDRA ELEKTRONIKI AGH
. DODATKI.. Bramki oznaczenia układów scalonych serie XX... seria 0... (CMOS) Typ bramki -wejściowa -wejściowa NOT 0 AND 0 OR NAND 00 0 NOR 0 NOT 0 NAND 0 0 NOR 00 0 KATEDRA ELEKTRONIKI AGH