C-1. Bramka NAND w technologii TTL i jej

zastosowania

Podstawowymi w technice cyfrowej układami, realizuj ˛

acymi funkcje kombinacyjne i sekwen-

cyjne s ˛

a funktory logiczne potocznie zwane bramkami. Bramki wykonuj ˛

a ró˙znorodne funkcje lo-

giczne na 1, 2 lub wi˛ekszej ilo´sci dwuwarto´sciowych wej´sciowych zmiennych logicznych. Wyró˙z-
niamy bramki dla operacji: negacji NOT (Y

= A), iloczynu logicznego AND (Y = A • B •

. . .),

sumy logicznej OR (Y

= A + B +

. . .) oraz funkcji ALBO czyli operacji Ex-OR (Y = A

⊕

B ⊕

. . .).

Podstawow ˛

a i uniwersaln ˛

a dla wielu zastosowa´n jest bramka NAND. Wykonuje ona operacje ne-

gacji iloczynu (Y

= A • B •

. . .) i umo ˙

zliwia zrealizowanie wszystkich powy˙zej zaprezentowanych

funkcji logicznych.

Dla realizacji technicznej prezentowanych układów cyfrowych s ˛

a stosowane technologie mono-

lityczne bazuj ˛

ace na tranzystorach unipolarnych oraz bipolarnych. Du˙ze rozpowszechnienie, szcze-

gólnie w elektronice przemysłowej pozyskały układy scalone produkowane w technologii TTL
(Transistor–Transistor–Logic) opracowanej przez firm˛e Texas Instruments. Technologia ta bazuje
na tranzystorach bipolarnych a charakterystycznym dla niej jest zastosowanie wieloemiterowego
tranzystora wej´sciowego.

Układy cyfrowe w technologii TTL s ˛

a produkowane w wersjach: standardowych (SN74 . . . ),

małej mocy (SN74L . . . ), szybkiej (SN74H . . . ) i bardzo szybkiej (SN74S . . . ). Równie˙z w wyko-
naniach dla celów przemysłowych (SN64 . . . ) i militarnych (SN54 . . . ).

Układy scalone TTL charakteryzuj ˛

a si˛e du˙z ˛

a szybko´sci ˛

a działania, małym poborem mocy, du˙z ˛

a

odporno´sci ˛

a na zakłócenia, prac ˛

a w szerokim zakresie temperatur, du˙z ˛

a niezawodno´sci ˛

a działania

oraz pojedynczym napi˛eciem zasilania. Schemat ideowy standardowej bramki dwuwej´sciowej jest
przedstawiony na poni˙zszym rysunku.

R

1

4 k

Ω

R

2

1,6 k

Ω

R

3

1 k

Ω

R

4

130

Ω

T1

T2

T3

T4

A
B

D

Y

U

cc

Bramka NAND

laboratorium z Podstaw Elektroniki, AGH WFiIS

Podstawowe parametry techniczne bramek TTL serii standardowej:

Parametr

Warto´s´c

Napi˛ecie w stanie 0 (L) na wej´sciu układu

U

I

[V]

-0,5

. . . 0,8

Napi˛ecie w stanie 1 (H) na wej´sciu układu

U

I

[V]

2,0

. . . 5

Napi˛ecie w stanie 0 (L) na wyj´sciu układu

U

O

[V]

0

. . . 0,4

Napi˛ecie w stanie 1 (H) na wyj´sciu układu

U

O

[V]

2,4

. . . 4

Napi˛ecie zasilania

U

cc

[V]

5,0 ± 5%

´Sredni czas propagacji

t

psr:

[ns]

10

Typowa moc rozpraszania

P

s

[mW]

10

Temperatura pracy

t

amb

[

◦

C]

0

. . . 70

Obci ˛

a˙zalno´s´c

N

10

I

Badanie dwuwej´sciowej bramki NAND

7

11

10

12

13

14

9

8

1

2

3

4

5

6

UCY 7400

(widok z góry)

Pomiar charakterystyk

U

cc

= +5 V

I

cc

10 nF

U

I

U

O

H

1) Dla jednej z bramek wyznaczy´c charakterystyki:

a) charakterystyk˛e przeł ˛

aczenia U

O

= f(U

I

),

b) charakterystyk˛e poboru pr ˛

adu I

cc

= f(U

I

).

Wej´scia nieu˙zywanych pozostałych bramek podł ˛

aczy´c do masy układu. Wykona´c pomiar

w zakresie napi˛e´c wej´sciowych U

I

od 0 do 5,0 V.

2) Sprawdzi´c tablic˛e prawdy bramki NAND. Stany 0

(L) uzyska´c przez po ł ˛

aczenie wej´s´c z po-

tencjałem masy a stany 1

(H) przez poł ˛

aczenie wej´s´c do napi˛ecia zasilania.

Bramka NAND

laboratorium z Podstaw Elektroniki, AGH WFiIS

3) Zbada´c własno´sci dynamiczne bramki. Na wej´scie bramki poda´c krótki impuls prostok ˛

atny

o poziomach wymaganych dla układów TTL. Zmierzy´c czasy propagacji t

pHL

i t

pLH

, na

poziomie 1,5 V, obliczy´c ´sredni czas propagacji t

p

oraz czas narastania t

r

i czas opadania t

f

mi˛edzy poziomami 10% i 90% warto´sci ustalonej.

II

Przykłady zastosowania bramek NAND

1)

Układ formuj ˛

acy

skracaj ˛

acy czas trwania impulsu. Zbudowa´c i uruchomi´c układ. U˙zy´c

w tym celu dwóch układów UCY7400N. Zmierzy´c czas trwania impulsu wyj´sciowego t

w

oraz zin-

terpretowa´c ´sredni czas propagacji t

p

przypadaj ˛

acy na pojedyncz ˛

a bramk˛e.

n = 7

wej´scie

wyj´scie

L

H

t

w

2)

Generator samowzbudny

Zbudowa´c i uruchomi´c układ. Zmierzy´c okres drga´n i obli-

czy´c cz˛estotliwo´s´c pracy generatora.

n = 7

wyj´scie

L - stop

H - praca

T

3)

Multiwibrator monostabilny

Zbudowa´c i uruchomi´c układ dla warto´sci elementów

R

= 10kΩ, C = 1 nF. Przeprowadzi´c analiz˛e pracy układu na podstawie obserwacji przebiegów

napi˛eciowych w punktach od A do F. Zmierzy´c czas trwania impulsu wyj´sciowego t

w

i okre´sli´c

jego zale˙zno´s´c od stałej czasowej układu

τ

= RC.

U

cc

wej´scie

wyj´scie

L

H

A

B

C

D

E

F

t

w

C

R

(+5 V)

Bramka NAND

laboratorium z Podstaw Elektroniki, AGH WFiIS

III

Zastosowania bramki NAND w układach kombinacyjnych

Zbudowa´c układy dla realizacji poni˙zszych funkcji logicznych wykorzystuj ˛

ac bramki UCY7400.

Uruchomi´c je i wyznaczy´c stosowne dla nich tablice prawdy:

1) Układ sumy logicznej OR,

2) Układ funkcji ALBO (Exclusive–OR),

3) Multiplekser z 2 linii na jedn ˛

a (2 wej´scia informacyjne, 2 wej´scia adresowe, 1 wyj´scie),

4) Dekoder zadanej cyfry w kodzie BCD 8421,

5) Komparator dwóch liczb dwubitowych A i B.

IV

Okre´sli´c wyra˙zenie Boole’owskie Y

i

dla zadanej poni˙zej ta-

blicy prawdy

Zrealizowa´c układy z bramek NAND (UCY7400N).

A

B

C

Y

1

Y

2

Y

3

Y

4

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

0

1

1

V

Literatura:

1) Pienko´s, Turczy´nski — „Układy scalone TTL w systemach cyfrowych”.

2) Sasal — „Układy scalone serii UCA64/UCY74”.

3) Tietze, Schenk — „Układy półprzewodnikowe”.

4) Łakomy, Zabrodzki — „Cyfrowe układy scalone”.