Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника»




НазваниеМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника»
страница8/9
Дата публикации27.01.2014
Размер0.78 Mb.
ТипМетодические указания
uchebilka.ru > Информатика > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9
^

7 Лабораторная работа №7
«Исследование базовых элементов интегральных логических микросхем ТТЛ-логики»



7.1 Цель работы
Целью работы является изучение принципиальных схем, основных характеристик и параметров ИМС ТТЛ логики, экспериментальное исследование заданных типов ИМС, получение практических навыков работы с ИМС ТТЛ.
7.2 Основные положения
Транзисторно-транзисторные логические элементы ТТЛ и ТТЛШ составляют основу нескольких широко распространенных серий цифровых микросхем (155, 531, 555, 556, 559, 589, 1533). Схема базового логического элемента ТТЛ приведена на рисунке 7.1. Она содержит входной многоэмиттерный транзистор VT1, парафазный усилитель на транзисторе VT2 и двухтактный выходной каскад (сложный инвертор) на транзисторах VT3 и VT4. Диоды VD1 и VD2 служат для ограничения отрицательного напряжения на входах микросхемы. Диодом VD3 вводится отрицательная нелинейная обратная связь по току, обеспечивающая надежное закрывание транзистора VT3 и повышение помехоустойчивости схемы.

При действии хотя бы на одном из входов логического элемента напряжения логического нуля, т.е. напряжения низкого уровня, соответствующий эмиттерный переход многоэмиттерного транзистора VT1 открыт и входной ток протекает через резистор R1, открытый p-n переход и источник логического сигнала. При этом ток в базовой цепи транзистора VT2 близок к нулю, напряжение на базе транзистора VT2 меньше порога его отпирания и VT2 закрыт. Вследствие этого закрыт и транзистор VT4, а транзистор VT3 работает как эмиттерный повторитель. Напряжение источника питания через открытый транзистор VT3, диод VD3 и резистор R4 подключается к выходу и тем самым обеспечивается высокий уровень выходного напряжения, соответствующий логической единице. При этом в цепи входа, на котором действует напряжение низкого уровня, последовательно включены переход эмиттер - база открытого транзистора VT1, сопротивление R1 и источник питания.

Если на оба входа микросхемы поданы напряжения высокого уровня, то транзистор VT1 оказывается в инверсном включении, поскольку его эмиттерные напряжения положительнее коллекторного, равного сумме напряжений на переходах эмиттер-база открытых транзисторов VT2 и VT4. Транзистор VT3 закрыт, и, таким образом, на выходах обеспечивается низкий уровень напряжения, соответствующий логическому нулю. Во входных цепях микросхемы протекает малый ток, равный току утечки закрытого эмиттерного перехода транзистора VT1.

Таким образом, данная микросхема выполняет логическую функцию И-НЕ. Если исключить взаимоинверсное состояние входов, что проще всего осуществляется их объединением, то микросхема выполняет роль одновходового инвертора.


7.3 Подготовка к выполнению работы
7.3.1 В лабораторной работе исследуются логические элементы типа И-НЕ и ИЛИ-НЕ интегральных микросхем серий К155, К555, К531, К1533. При подготовке к выполнению работы следует по справочникам определить типы элементов 2И-НЕ, 2И-2ИЛИ-НЕ. Привести в отчете их принципиальные схемы, величины сопротивлений резисторов, входящих в схему. Заполнить таблицу с основными параметрами выбранных ИМС (таблица 7.1). Привести условные графические обозначения выбранных ИМС в соответствии с требованиями стандартов.
^

Таблица 7.1- Основные параметры исследуемых ИМС ТТЛ


Тип микросхемы

Потребляемая мощность
^

Время задержки


Нагрузочная способность

7.3.2 Изучить по рекомендованной литературе основные характеристики и параметры ИМС: передаточная, входная, выходная и нагрузочная характеристики, уровни логических сигналов, параметры быстродействия и нагрузочной способности.

7.3.3 Составить схемы проведения экспериментов по программе работ.
7.4 Порядок выполнения работы
7.4.1 Исследование амплитудной передаточной характеристики (АПХ) логического элемента Uвых = f(Uвх).

Собрать схему подключения элемента для измерения амплитудной передаточной характеристики (рисунок 7.2). Измерения выполнять в режиме холостого хода.


Снять передаточную характеристику элемента следующим образом. На вход логического элемента подать напряжение с выхода генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). При этом следует наблюдать изменение напряжения на выходе элемента. Для наблюдения за изменениями входного и выходного напряжений и для измерения их значений использовать осциллограф. ГЛИН формирует периодическое пилообразное напряжение. При подаче на вход логического элемента пилообразного напряжения форма выходного сигнала повторяет амплитудную передаточную характеристику элемента. Масштаб изменения напряжения по оси абсцисс определяется через скорость нарастания пилообразного напряжения как

,

где Uглин и Тглин - амплитуда и время прямого хода пилообразного напряжения, соответственно.

Величина входного напряжения для каждой точки характеристики определяется как произведение MU на соответствующее число делений по оси Х осциллографа.

Результаты измерений заносить в таблицу. Построить график зависимости Uвых = f(Uвх).

Определить следующие параметры логического элемента:

- асимптотический уровень логического нуля - Uвых0;

- асимптотический уровень логической единицы - Uвых1;

- выходное пороговое (минимальное) напряжение уровня логической единицы Uвыхпор1;

- входное пороговое (минимальное) напряжение уровня логической единицы Uвхпор1;

- входное пороговое (максимальное) напряжение уровня логического нуля Uвхпор0;

- выходное пороговое (максимальное) напряжение уровня логического нуля Uвыхпор0;

- статические запасы помехоустойчивости для уровня логического нуля - Uпом0; для уровня логической единицы - Uпом1;

- относительную помехоустойчивость: для уровня логического нуля - Kпом0; для уровня логической единицы - Kпом1.

Относительная помехоустойчивость логического элемента определяется по формуле:

,

где Uпом - статический запас помехоустойчивости;

Uл - минимальный перепад между уровнями логических нуля и единицы.

Определить коэффициент усиления по напряжению Ku для каждого фиксированного значения входного напряжения Uвх, используя передаточную характеристику логического элемента. В связи с нелинейным характером зависимости Uвых = f(Uвх) коэффициент усиления вычисляется по формуле:



Результаты вычислений занести в таблицу, построить график зависимости Ku = f(Uвх). Определить максимальный коэффициент усиления Kumax.

Полученные результаты сравнить с ожидаемыми значениями (найденными по справочной литературе).

Сделать выводы по результатам исследования передаточной характеристики логического элемента.
7.4.2 Исследование амплитудной передаточной характеристики повторителя

Схема повторителя состоит из двух последовательно включенных инверторов. Схема подключения повторителя для исследования его передаточной характеристики аналогична используемой в п. 7.4.1 (рисунок 7.2). Провести исследования в соответствии с аналогичными п.7.4.1. Сопоставить полученные результаты с характеристиками инвертора.
7.4.3 Исследование входной характеристики логического элемента Iвх = f(Uвх)

Собрать схему подключения логического элемента для исследования его входной характеристики (рисунок 7.3). Для измерения входного напряжения элемента следует использовать вольтметр с большим входным сопротивлением, в частности вольтметр типа ВУ-15. Это требование обусловлено тем, что в рассматриваемой схеме амперметр показывает суммарный ток, протекающий через вольтметр и входной каскад логического элемента.

Снять входную характеристику элемента следующим образом. Входное напряжение менять с помощью потенциометра или переключателя сопротивлений в диапазоне от 0 В до 4,5 В. Соответствующие значения входного тока фиксировать с помощью амперметра. Результаты измерений занести в таблицу. Построить график зависимости Iвх = f(Uвх).

Определить следующие параметры логического элемента:

- максимальный входной ток - Iвхmax;

- входной ток логического нуля - Iвх0;

- входной ток логической единицы - Iвх1;

Полученные результаты сравнить с ожидаемыми значениями параметров (найденными по справочной литературе).

Определить входное сопротивление логического элемента по входной характеристике, результаты вычислений занести в таблицу и построить график зависимости Rвх = f(Uвх). При вычислении входного сопротивления следует обратить внимание на нелинейный характер зависимости входного тока от входного напряжения и использовать закон Ома в дифференциальной форме:



Сделать выводы по результатам исследования входной характеристики логического элемента.

7.4.4 Исследование выходных характеристик логического элемента

Получить две выходные характеристики:

- для уровня логического нуля Uвых0 = f(Iвых0);

- для уровня логической единицы Uвых1 = f(Iвых1).

Схема подключения элемента для снятия выходной характеристики при уровне нуля на выходе показана на рисунке 7.4, при уровне единицы - на рисунке 7.5.




Выходные характеристики снимать следующим образом. Выходной ток элемента изменять с помощью потенциометра или переключателя сопротивлений. Соответствующие значения выходного напряжения фиксируются вольтметром. Результаты измерений занести в таблицы. Измерения проводить до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет порогового значения: максимального напряжения уровня логического нуля Uвыхпор0 для характеристики Uвых0 = f(Iвых0) или минимального напряжения уровня логической единицы Uвыхпор1 для характеристики Uвых1 = f(Iвых1).

Построить графики полученных зависимостей.

Определить выходное сопротивление элемента в состоянии логического нуля на выходе - Rвых0 и в состоянии логической единицы на выходе Rвых1 для нескольких точек выходной характеристики. Выходное сопротивление элемента вычисляется по формуле:

,

где Uхх - напряжение на выходе элемента в режиме холостого хода (Iвых = 0);

Uвых.н - напряжение на выходе элемента при выходном токе, отличном от нуля (т.е. выход элемента нагружен);

Iвых.н - выходной ток элемента в режиме подключенной нагрузки.

Сравнить входное и выходное сопротивления элемента для уровней логического нуля и логической единицы. Проверить выполнение условия согласования по напряжению.

Определить максимальные выходные токи:

- для уровня логического нуля на выходе (ток, соответствующий максимальному напряжению уровня логического нуля) - Iвыхmax0;

- для уровня логической единицы на выходе (ток, соответствующий минимальному напряжению уровня логической единицы) - Iвыхmax1.

Определить нагрузочные способности логического элемента по выходным характеристикам с использованием результатов, полученных в п.7.4.3. Для этого найти коэффициент разветвления по выходу для уровней логических нуля и единицы:

.
Наименьшее из найденных значений Kраз, является коэффициентом разветвления по выходу и определяет нагрузочные способности элемента.

Полученные результаты сравнить с ожидаемыми значениями (найденными по справочной литературе).

Сделать выводы по результатам исследования выходных характеристик логического элемента.
7.4.5 Определение среднего времени задержки распространения сигнала логического элемента tзд.р.

Собрать схему кольцевого генератора, соединив последовательно нечетное число логических элементов (рисунок 7.6).



Измерить с помощью осциллографа период T следования импульсов генератора. Вычислить среднее время задержки распространения сигнала tзд.р., учитывая зависимость

,
где N - число элементов кольцевого генератора.

Определить среднее время задержки распространения сигнала для возможных вариантов подключения свободных входов логических элементов.

Полученные результаты сравнить с ожидаемыми значениями (найденными по справочной литературе).

Сделать выводы по результатам исследования динамических параметров логического элемента.
7.5 Контрольные вопросы
7.5.1 Нарисуйте принципиальные схемы и объясните принцип действия логических элементов ТТЛ типа "И-НЕ", "И-ИЛИ-НЕ", элементов с открытым коллекторным выходом и с тремя состояниями по выходу.

7.5.2 Основные параметры и характеристики логических элементов ТТЛ, какими физическими процессами в схеме они определяются.

7.5.3 Экспериментальное определение основных параметров и характеристик ТТЛ микросхем.

7.5.4 Какими факторами ограничивается быстродействие ТТЛ микросхем.

7.5.5 Особенности работы микросхем ТТЛ на емкостную нагрузку.

7.5.6 Микросхемы ТТЛ с диодами Шотки.
7.6 Рекомендуемая литература: [1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21].



1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная графика»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерная графика» (для студентов, обучающихся по направлению...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине 
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Водоснабжение (для студентов 4 курса всех форм обучения специальности...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «электромагнитная техника»
Методические указания к выполнению лабораторных работ и контрольных заданий по дисциплине "Электромагнитная техника". Раздел "Электромагнитные...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «прикладная гидроэкология»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная гидроэкология» (для студентов 3 курса дневной формы...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "Технологические основы машиностроения" для студентов специальности...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Физика” для студентов всех специальностей (Разделы: “Механика”,...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания по выполнению Самостоятельной работы по дисциплине...
Основную роль в овладении учебной дисциплиной играет самостоятельная работа студентов

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Компьютерная инженерия” (для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 091501 “Компьютерные системы и сети”, 091502...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «вычислительная...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Вычислительная техника и программирование», (для студентов 2 курса...

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «компьютерная электроника и схемотехника» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Физические...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Физиче­ские свойства и методы исследования» /Составитель В. А. Пчелинцев....

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<