Wydział Matematyki i Informatyki 

UWM w Olsztynie 

 

 

Ćwiczenie 4  

 

 

 

 

III rok Informatyki     

 

Technika 

cyfrowa 

Pracownia

 

 
 
 

[

BRAMKA NAND TTL

] 

 

 

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

2

 

Cel  ćwiczenia: 

Poznanie zasady działania bramki NAND oraz wyznaczenie jej wybranych charakterystyk 

pracy. 

Wprowadzenie: 

Znajomość wewnętrznej konstrukcji oraz wartości poszczególnych komponentów wewnątrz  

bramki  nie  jest  niezbędna,  by  móc  z  nich  korzystać.  Bardzo  często  cyfrowe  układy  scalone 

traktowane  są  jako  czarne  pudełka  realizujące  określone  funkcje  logiczne.    Rysunek  4-1 

przedstawia  dwa  typy  dwuwejściowych  bramek  NAND  wykonanych  w  technologii  TTL 

(Transistor-Transistor  Logic):  (a)  standardowa  z  aktywnym  wyjściem  (7400),  (b)  z  otwartym 

kolektorem (7403). 

Działanie  standardowej  bramki  NAND  można  wyjaśnić  w  następujący  sposób.  Jeśli  do 

którekolwiek z wejść A lub B jest dołączone napięcie mniejsze niż ok. 0.7 V, to złącze baza-

emiter  tranzystora  wieloemiterowego  Q1  przewodzi  i  w  punkcie  N  ustala  się  napięcie  ok. 

0.7 V,  co  nie  wystarcza  do  wysterowania  tranzystorów  Q2  oraz  Q3.  W  takiej  sytuacji 

przewodzi  tranzystor  Q4,  który  pracuje  jako  wtórnik  emiterowy  i  na  wyjściu  powstaje 

napięcie o ok. 1.4 V niższe od napięcia zasilania (spadek napięcia na diodzie D oraz złączu BE 

tranzystora  Q4  i  pomijając  zależny  od  obciążenia  układu  niewielki  spadek  napięcia  na 

rezystorze  1,6kΩ),  czyli  ok.  3.6  V.  Widać  zatem,  że  niski  poziom  napięcia  na  dowolnym 

wejściu wytwarza na wyjściu wysoki poziom napięcia. 

Sytuacja zmienia się, gdy jedno z wejść jest spolaryzowane napięciem wyższym niż ok. 2.1 V. 

Tranzystor  Q1  pracuje  w  trybie  inwersyjnym  (rola  końcówek  emitera  i  kolektora  ulega 

zamianie), a tranzystory Q2 i Q3 wchodzą w stan nasycenia. Tranzystor Q4 jest odcięty, więc 

napięcie wyjściowe bramki wynosi ok. 0.2 V. Dioda D zapewnia odcięcie tranzystora Q4, gdy 

Q2 oraz Q3 są w stanie nasycenia. 

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

3

 

Dwie typowe charakterystyki przełączania bramki NAND przedstawiono na rys. 4-2. 

Rys.  4-2.  Charakterystyka  przełączania  bramki  NAND  (góra)  oraz  charakterystyka  poboru 

prądu zasilania podczas przełączania (dół). 

Bramka z otwartym kolektorem 7403 (OC – ang. Open Collector) różni się od standardowych 

bramek  tym,  że  w  jej  stopniu  wyjściowym  znajduje  się  zwykły  inwerter.  Gdy  wyjście  Y 

zostanie  dołączone  do  napięcia  U

CC

  przez  dołączany  rezystor  R

L

,  wówczas  układ  realizuje 

funkcję  NAND.  Wartość  rezystora  R

L

  dobiera  się w  zależności  od  liczby  dołączonych  wejść  i 

wyjść bramek: 

 

2.6

Lmax

IHmax

OHmax

N I

M

I

R

=

⋅

+

⋅

 

 

min

4.6

L

OLmax

ILmax

I

N I

R

=

−

⋅

 

Gdzie: N – liczba wejść dołączonych bramek, M – liczba wyjść dołączonych bramek, I

I

 – prąd 

wejściowy bramki, I

O

 – prąd wyjściowy bramki. 

Jedną  z  zalet  bramek  z  otwartym  kolektorem  jest  możliwość  łączenia  ze  sobą  ich  wyjść.  Z 

bramkami  standardowymi  nie  wolno  tak  postępować.  Bramki  z  otwartym  kolektorem 

oznacza się kółeczkiem umiejscowionym wewnątrz podstawowego symbolu bramki. 

Istotnym  parametrem  układu  scalonego  jest  jego  odporność  na  zakłócenia,  określona  dla 

każdego stanu logicznego na wejściu. Wartość odporności na zakłócenia w określonym stanie 

na wejściu to maksymalna amplituda sygnału, która oddziałując na to wejście nie spowoduje 

niepożądanej zmiany stanu wyjściowego.  

Rozważmy przypadek w którym bramka K steruje bramką L, obie należą do tej samej rodziny 

układów logicznych (Rys. 4-3).   

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

4

 

 

Zakładamy,  że  na  wyjściu  bramki  K  tj.  w  pkt.  A  mamy  stan  1,  to  spowoduje,  że  na  wyjściu 

bramki  L,  w  pkt.  C  pojawi  się  stan  0.  Oczekujemy,  że  szum  w  formie  (1) 

elektromagnetycznego  sprzężenia  ‘’wire  AB”  lub  (2)  elektrostatycznego  zmieni    napięcie na 

wejściu B.  Jak duża zmiana napięcia może być tolerowana przez bramkę L zanim wpłynie na 

jej  działanie?  Napięcie  w  pkt.  B  może  zmienić  się  w  chwili,  gdy  bramka  L  zmieni  swój  stan 

logiczny. Jednak najpierw należy ustalić wartość napięcia wejściowego, przy którym bramka 

zmienia  swój  stan  od  jednego  do  drugiego  poziomu  logicznego,  wartość  tą  nazwiemy 

wartością  progową  napięcia  (Threshold  voltage).  Podobny  czynnik  musi  być  rozważony 

kiedy  na  wyjściu  bramki  K  (pkt.  A)  jest  niskie  napięcie  (logiczne  0),  w  tym  przypadku 

najmniejszy  wzrost  napięcia  powyżej  wartości  progowej  spowoduje  na  wyjściu  bramki  L 

niepożądaną  zmianę.  Rysunek  4-4  przedstawia  charakterystykę  przejściową  obu  bramek  z 

zaznaczoną  wartością  progową  napięcia.  Charakterystyka  ta  pozwala  wyznaczyć  odporność 

na szumy, która wyraża się następującymi wyrażeniami: 

 

 

UWAGA: 

Używane w ćwiczeniu układy scalone wykonane są w technologii TTL, zasilane są napięciem 

stałym +5V (pin 14), działają w logice dodatniej tj. sygnał TTL jest niski (logiczne 0 lub L),  gdy 

potencjał ma wartość od 0 V do 0,8 V w odniesieniu do masy (pin 7), wysoki (logiczna  1 lub 

H) przy wartości potencjału między 2 V a 5 V. 

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

5

 

 

UCY 7400 

 

 

 

 

POMIARY i DYSKUSJA WYNIKÓW 

 

OPIS ĆWICZENIA 

Zadanie 1  

Charakterystyka przejściowa i poboru prądu bramki NAND 

Charakterystyka  przejściowa  jest  krzywą  przedstawiającą  wykres  napięcia  wyjściowego 

(U

OUT

) w funkcji napięcia wejściowego (U

IN

). Ze względu na charakter krzywej pomiary należy 

wykonywać bardzo dokładnie i z możliwe małym krokiem pomiarowym (0.05 - 0.1 V), tak by 

otrzymać jak najwięcej punktów pomiarowych w obszarze, w którym następuje zmiana stanu 

logicznego bramki – patrz rys. 4-2. 

Charakterystyka  poboru  prądu  jest  krzywą  przedstawiającą  zmiany  natężenia  prądu 

pobieranego ze źródła zasilania (I

CC

) w funkcji napięcia wejściowego (U

IN

). 

Układ pomiarowy obu charakterystyk przedstawia rys. 4-5. 

Imię i Nazwisko 

Data 

Ocena 

 

 

 

 

 

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

6

 

Rys. 4-5. Schemat układu do badania charakterystyk bramki NAND TTL. 

Tabela pomiarowa: 
 

 

U

IN 

[V]

 

U

OUT

 

[V] 

I

CC 

[mA] 

 

U

IN 

[V]

 

U

OUT

 

[V] 

I

CC 

[mA] 

 

U

IN 

[V]

 

U

OUT

 

[V] 

I

CC 

[mA] 

1 

 

 

 

15 

 

 

 

29 

 

 

 

2 

 

 

 

16 

 

 

 

30 

 

 

 

3 

 

 

 

17 

 

 

 

31 

 

 

 

4 

 

 

 

18 

 

 

 

32 

 

 

 

5 

 

 

 

19 

 

 

 

33 

 

 

 

6 

 

 

 

20 

 

 

 

34 

 

 

 

7 

 

 

 

21 

 

 

 

35 

 

 

 

8 

 

 

 

22 

 

 

 

36 

 

 

 

9 

 

 

 

23 

 

 

 

37 

 

 

 

10 

 

 

 

24 

 

 

 

38 

 

 

 

11 

 

 

 

25 

 

 

 

39 

 

 

 

12 

 

 

 

26 

 

 

 

40 

 

 

 

13 

 

 

 

27 

 

 

 

41 

 

 

 

14 

 

 

 

28 

 

 

 

42 

 

 

 

 

DYSKUSJA WYNIKÓW 

Na podstawie danych z tabeli pomiarowej należy sporządzić charakterystykę przejściową 
bramki NAND (wkleić wykres na papierze milimetrowym lub wydruku komputerowym): 

 

 

 

 

 

 

Ćwiczenie nr 4 

[

BRAMKI TTL: NAND

] 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Charakterystyka poboru prądu bramki NAND: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na podstawie sporządzonych wykresów proszę odczytać: 

1) maksymalne napięcie wejściowe w stanie niskim U

ILmax

: 

2) minimalne napięcie wejściowe w stanie wysokim U

IHmin

: 

3) maksymalne napięcie wyjściowe w stanie niskim U

OLmax

: 

4) minimalne napięcie wyjściowe w stanie wysokim U

OHmin

: 

5) Maksymalny prąd zasilania I

CCmax

: 

6) Maksymalną moc pobieraną z zasilania P

max

: