POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU

LABORATORIUM PODSTAW AUTOMATYKI

S P R A W O Z D A N I E

ĆWICZENIE NR 2

ELEMENTY LOGICZNE

Zespół nr 2	Grupa	Semestr
Mirosław Białek Dariusz Koliński Marek Modrzejewski Adam Wasilewski	SRK	V

Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania
21.10.2000	01.12.2000

ELEMENTY LOGICZNE

I . Cel ćwiczenia

1. Realizacja diodowa funkcji logicznych

Na podstawie analizy pracy badanych układów zbudowanych zgodnie ze

schematami , należało określić :

a) jaką funkcję logiczną realizuje badany układ

b) określenie wartości opornika jakie powinny być używane do budowy

układów podobnego typu

c) jakie funkcje logiczne będą realizowały badane układy w przypadku

-- zmiany napięć zasilania i wejścia

-- po zmianie konwencji napięciowo logicznej na przeciwną.

2. Realizacja tranzystorowa funkcji logicznych

a) Na podstawie przeprowadzonego badania funktora NOT , należało

określić optymalny zestaw oporników dla badanego układu

II Wykonanie ćwiczenia

Realizacja diodowa funkcji logicznych.

1) Połączono układ zgodnie z podanym schematem

A

B R

0

Dobrano dwie wartości oporników 470  , i 220k kierując się kryterium, że

największe rozbieżności w działaniu układu występują dla najbardziej różnych

wartości użytych oporników. Dokonano pomiarów napięcia na wyjściu układu

przy różnych stanach jego wejść, dla R1 = 470 i R2 = 220k

Wyniki zapisano w tabeli:

UA [V]	UB [V]	UR1 [V]	UR2 [ V]		A	B	X	470	220k
0	0	0	0		0	0	0	5,3	5,3
0	-6	2,7	4,8		0	1	1
-6	0	2,9	5,1		1	0	1
-6	-6	2,9	5,1		1	1	1	3,3	5,3

Przyjęto, że dla wejść układu stan niski „0” = 0 V

stan wysoki „ 1” = 2,7 V dla R = 470 

lub = 4,8 V dla R = 220 k

W związku z uzyskaniem dużo niższych napięć na wyjściu układu dla R₁ dokonano pomiaru napięć zasilania układu :

dla R₁= 470  U_zas ”1-1” = 3,3 V

dla R₂ = 220k  U_zas ”1-1” = 5,3 V

Wnioski :

1. Przyjęto, że stanowi „1” odpowiada napięcie -6 V, a stanowi „0” odpowiada napięcie 0 V.

2. Na podstawie wyników pomiarów i przyjetej konwencji napięciowo logicznej możemy powiedzieć, że badany układ realizuje funkcję sumy logicznej „ OR”. Równanie ma postać:

X = A + B

3. Rezystor 470  powoduje, że układ pobiera większy prąd ze żródła co jest powodem znacznie większych spadków na rezystancji wewnętrznej żródła. Dlatego w układach tego typu powinno się dążyć do stosowania możliwie dużych wartości rezystorów.

4. Na podstawie napięć wyjściowych dla stanów A=1 B=0 oraz A=0 B=1 można powiedzieć, że diody zastosowane w ukladzie mają różne parametry.

5. Jeżeli dokonalibyśmy zmiany polaryzacji napięć wejściowych diody będą spolaryzowane zaporowo i układ nie będzie działał ani pod względem logicznym , a pod względem elektrycznym w obwodzie pojawiłyby się bardzo małe prądy wsteczne diód..

6. Jeżeli dokonalibyśmy zmiany konwencji napięciowo logicznej tzn. że stanowi „0” odpowiada napięcie -6 V, a stanowi „1” odpowiada napięcie 0 V to układ realizowałby funkcję iloczynu logicznego „ AND ” Równanie funkcji ma postać :

X = A* B

2) Połączono drugi układ zgodnie ze schematem.

R

A

B

0

Dokonano pomiarów napięcia na wyjściu układu przy rożnych stanach jego

wejść.

Wyniki zapisano w tabeli:

UA [V]	UB	UR1	UR2		A	B	X	470 	220 k
0	0	0,4	0,1		0	0	0	3,0	3,8
0	-3	0,4	0,1		0	1	0
-3	0	0,7	0,4		1	0	0
-3	-3	3,8	3,8		1	1	1	3,8	3,8

Pomierzono również wartość napięcia zasilania dla stanów największego obciążenia

Wnioski:

1. Przyjęto, że stanowi „1” odpowiada napięcie -3 V, a stanowi „0” odpowiada napięcie od -1 V do 0V, a napięcie zasilające Uz wynosi -3V.

2. Na podstawie wyników badania oraz przyjętej konwencji napięciowo logicznej stwierdzamy, że badany układ realizuje funkcję koniunkcji - iloczynu logicznego, czyli „AND”; równanie funkcji : X = A * B

3. Podobnie jak w punkcie 1) dla stanów A=1 B=0 oraz A=0 B=1 można powiedzieć, że diody zastosowane w ukladzie mają różne parametry

4. Wartość stanu „0” zależy od wartości dzielnika napięć zbudowanego z rezystora R i rezystancji złącza w kierunku przewodzenia diody przewodzącej.

5. Jeżeli dokonalibyśmy zmiany polaryzacji na przeciwną napięcia zasilającego Uz oraz napięć wejściowych Ua i Ub diody będą spolaryzowane zaporowo i układ nie będzie działał ani pod względem logicznym , a woltomierz wskazywał będzie napięcie zasilające niezależnie od stanu wejść .

6. Jeżeli dokonalibyśmy zmiany konwencji napięciowo logicznej tzn. że stanowi „0” odpowiada napięcie -3V, a stanowi „1” odpowiada napięcie od -1V do 0V to układ realizowałby funkcję sumy logicznej „ OR ” Równanie funkcji miałoby postać :

X = A + B

3. Realizacja tranzystorowa funkcji logicznych

1. Badanie funktora NOT (negacji )

Połączono układ według schematu , na wykresie naszkicowano żądaną charakterystykę Ux = f ( Ua ) .

Założyliśmy, że:
wartość logiczna dla 1 to -9V, dla 0 to 0V

przedział zera logicznego to ( 0V , -3V]

przedział jedynki logicznej to [ -3 V , -9V )

Zmieniając kilkakrotnie wartości oporników R_a , R_b , R_c , określiliśmy optymalny

zestaw oporników z istniejących na tablicy:

dla R_a = 12 k

dla R_b = 4,7 k

dla R_c = 1 k

Wyniki zamieszczono w tabeli:

Lp.	Ua	V	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	Ra	Rb	Rc
1	Ux	V	9	9	9	0,3	0	0	0	0	0	0	0	12K	12K	12K
2	Ux	V	9	9	9	9	99	8,5	5,5	0,3	0,1	0	0	39	12k	12k
3	Ux	V	9	9	9	9	9	6,9	6,1	0	0	0	0	12k	3,7k	12k
4	Ux	V	9	9	9	9	9	8,7	7,1	4,4	1,4	0,1	0	12k	3,7k	1k
5	Ux	V	9	9	9	9	9	8,2	5,5	2,6	0,2	0,1	0	12k	4,7k	1k
6	Ux	V	9	9	9	9	8,5	6,5	3,5	0,5	0,1	0	0

Wnioski:

1. Zastosowanie tranzystora pozwala uzyskać zanegowanie napięć wejściowych.

2. Przed rozpoczeciem pomiarów założyliśmy, że :

• Strefa napięć odpowiadających stanowi „1” na wyjściu będzie gdy napięcie Ua będzie w przedziale od 0 do 1/3 Uz

• Strefa napięć odpowiadających stanowi „0” na wyjściu będzie gdy napięcie Ua będzie w przedziale od 1/3Uz do Uz.

• Strefa przełączenia będzie możliwie „ wąska ” i charakterystyka przechodzić będzie przez punkt (3,3)

• Dokonywać będziemy zmiany tylko jednego rezystora aby łatwo było wyciągnąć wnioski z efektu zmian.

3. W pierwszym układzie zastosowaliśmy rezystory o jednakowej oporności równej 12k Po dokonaniu pomiarów stwierdziliśmy, że strefa stau wysokiego („1”) na wyjściu jest zbyt wąska ( zaledwie 1/3 zakładanej szerokości ).

4. Aby powiększyć strefę stanu „1” należało zmniejszyć prąd bazy tranzystora co pstanowiliśmy uzyskać zwiększając wartość rezystora Ra =39k w obwodzie bazy tranzystora.Efektem tej zmiany było przesunięcie charakterystyki, ale zbyt małe w stosunku do oczekiwań jednocześnie nastąpił znaczny wzrost szerokości strefy przełączeń.

5. Rezystor Ra zmieniliśmy na 12k jak na początku. Druga mozliwością zmniejszenia prądu bazy było zmniejszenie wartości rezystora Rb w obwodzie bazy. Zastosowaliśmy rezystor 3,7k strefa stanu „1” miała już 2,5V, strefa zmiany stanu była bardzo wąska , ale nie przechodziła przez punkt (3,3).

6. Z tego względu zmniejszyliśmy wartość rezystora Rc na 1k i wykonaliśmy pomiary.Strefa zmiany stanu zwiększyła się znacznie , ale jednocześnie zwiększył się się zakres „1”. Aby skrócić strefe przełanczania zwiększyliśmy wartość rezystora Rb do 4,7 k .

7. Po wykonaniu pomiarów okzało się, że dwa z trzech założeń są spełnione stefy „1” i zmiany stanu są zadawalające , ale charakterystyka nie przechodzi przez punkt (3,3).

8. Z tego względu zmniejszyliśmy wartość rezystora Rb na 5,17k i wykonaliśmy pomiary. Carakterystyka przeszła bardzo blisko punktu (3,3). Strefa zmiany stanu nie zmieniła się , ale jednocześnie niewiele ( o 0,5V ) zmniejszył się waski z założenia zakres „1”. Efekt tej zminay powodowałby zmniejszenie odporności układu na zakłócenia w zakresie „1” na wejściu.

9. Dokonując zmian wartości rezystorów dążyliśmy do spełnienia założeń wymienionych w p.2. Jednoczesne ich spełnienie okazało się niemożliwe przy pomocy odstepnych elenentów na tablicy. Najkożystniejszy przebieg ma carakterystyka nr 5 mimo, że nie przechodzi przez wybrany punkt (3,3).

2.2 Badanie funktorów NOR i NAND.

V

V

---