Klasa	Imię i nazwisko	Nr w dzienniku	Zespół Szkół Łączności
3Ti		21	w Krakowie
			Pracownia elektroniczna
Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data	Ocena	Podpis
17	Badanie funktorów logicznych.	17.IV

1. Zapoznać się z ogólną teorią funktorów logicznych zbudowanych w oparciu o układy TTL.

2. Narysować schematy bramek logicznych typu:

• AND

• OR

• NOT

• NAND

• NOR

3. Przeanalizować rodzaje wejść i wyjść w/w układów.

4. W opraciu o katalog układów TTL określić symbole podstawowych funktorów logicznych, zwrócić uwagę na ilość wejść analizowanych układów.

5. Na modelu uniwersalnym zestawić układ pomiarowy i wykonać pomiar stanów logicznych wejść i wyjść funktorów określonych w punkcie 2-gim.

6. Zestawić zamienniki podstawowych funktorów wykorzystując przykładowo bramki typu NAND w celu uzyskania NOR.

7. Wyniki zestawić w tabelach stanów logicznych.

8. Podać zestaw użytych przyrządów.

9. Podać własne wnioski.

1. Układy TTL.

Standard TTL określa charakterystyczne właściwości scalonych układów logicznych zbudowanych z tranzystorów bipolarnych. Najważniejszą częścią tego standardu są wymagania dotyczące zakresów wartości napięć wejściowych, które układ wykonany w tym standardzie na pewno będzie traktował jako określony stan logiczny (0 lub 1) na wejściu, oraz zakresów napięć wyjściowych, które układ będzie gwarantował przy określonym poziomie logicznym (0 lub 1) na wyjściu. Na rysunku 1.1 po prawej stronie osi napięcia zaznaczono dozwolone zakresy wartości napięć wejściowych układu TTL:

• 0,5 = 0,8 V - poziom niski (stan 0);

• 2 = 5 V - poziom wysoki (stan 1).

Po lewej stronie osi napięcia zaznaczono gwarantowane zakresy wartości napięć na wyjściu układu TTL:

• 0 = 0,4 V - poziom niski (stan 0);

• 2,4 = 5 V - poziom wysoki (stan 1).

Różnice między zakresami napięć wejściowych i wyjściowych wynikają stąd, że w rzeczywistach układach na ścieżkach doprowadzających mogą wystąpić spadki napięć, jak również mogą się indukować zakłócenia. Taki dobór zakresów napięć sygnałów zapewnia dużą odporność układu na zakłócenia.

Przykładem układu wykonanego w standardzie TTL jest układ 7400 (zawierający cztery bramki NAND, czyli bramki AND z negatorami na wyjściach). Schemat jednej bramki NAND oraz jej charakterystykę przejściową przedstawiono na rys. 1.2 W układzie tym można wyróżnić trzy części oddzielone od siebie na schemacie liniami przerywanymi. Elementem realizującym funkcję AND jest tranzystor wieloemiterowy Tl. Tranzystor T2 pracuje jako wzmacniacz sterujący, dostarczający sygnał o odpowiedniej amplitudzie i wydajności prądowej do stopnia wyjściowego zrealizowanego na tranzystorach T3 i T4. Sygnał wejściowy jest podawany na emitery tranzystora Tl, które pracują jako układ diod (złączy PN).

Jeżeli na oba wejścia bramki będą podane sygnały o wysokim poziomie, to oba złącza emiter-baza tego tranzystora będą w stanie nieprzewodzenia. Spowoduje to przewodzenie złącza baza-kolektor tego tranzystora, wysterowanie tranzystora T2 do stanu nasycenia oraz zatkanie tranzystora T3. Część prądu emitera tranzystora T2 płynie przez rezystor R3, a część wpływa do bazy tranzystora T4, powodując jego nasycenie. W typowych warunkach wartość napięcia wyjściowego wynosi w tym stanie 220 mV, przy prądzie wyjściowym do 16 mA (rys. 1.2b - bramka jest w stanie włączenia, tzn. na wyjściu jest stan 0).

Gdy na jedno z wejść będzie podany sygnał o wartości 0, spowoduje to przewodzenie odpowiedniego złącza emiter-baza i spolaryzowanie złącza ba­za-kolektor w kierunku zaporowym. Wynikiem tego jest zatkanie tranzystorów T2 i T4, przewodzenie tranzystora T3 i diody D3. Napięcie wyjściowe osiąga poziom wysoki (rys. 1.2b - bramka jest w stanie wyłączenia, tzn. na wyjściu jest stan 1). Diody D1 i D2 ograniczają napięcie wejściowe: nie może się ono zmniejszyć i poniżej wartości -0,5 V. Wadą tej bramki jest to, że w stanie 0 na wyjściu pobiera ona duży prąd ze źródła zasilania (20 mA). Inną wadą jest wąski zakres napięcia zasilania, wymuszający konieczność stosowania stabilizowanego źródła tego napięcia.

Do zalet układów TTL zalicza się:

• dużą szybkość przełączania;

• duży margines zakłóceń;

• dużą obciążalność;

• duży asortyment obejmujący ponad 500 różnych układów logicznych od pojedyńczych bramek po wielkie pamięci i mikroprocesory.

Ważnym zagadnieniem jest zapewnienie dokładnej stabilizacji napięcia zasilania ( + 5 V). Ponieważ w chwilach przełączania występują impulsy prądowe mogące na ścieżkach zasilających układu (płytki) wywołać spadki napięcia zasilającego, ważne jest zapewnienie bardzo małej impedancji źródła zasilania, zwłaszcza przy dużych częstotliwościach. W tym celu odpowiednio prowadzi się ścieżki (powinny być możliwie krótkie i szerokie), jak również blokuje się napięcie zasilania kondensatorami bezindukcyjnymi o pojemności od 1 do 10 nF (czasem 47 nF) dołączonymi jak najbliżej układu scalonego, między masą a napięciem zasilania, oraz kondensatorami o pojemności od 10 do 100,uF umieszczonymi w pobliżu doprowadzeń do układu (płytki) napięcia zasilającego i masy. Największą jednak niedogodnością, z jaką należy się liczyć podczas stosowania układów TTL jest ich stosunkowo duży pobór prądu (zwłaszcza układów scalonych o wielkiej skali integracji, zawierających bardzo dużą liczbę tranzystorów i bramek). Tej niekorzys­tnej właściwości nie mają układy cyfrowe CMOS.

8. Wnioski

Podczas ćwiczenia badaliśmy cechy funktorów logicznych, bramki AND, NAND, OR, NOR, NOT. Wykorzystywaliśmy układy scalone UCY. Za pomocą kilku bramek jednego rodzaju możemy stworzyć układ posiadający cechy innej bramki. Każda bramka posiada inną funkcję logiczną.

Funkcja AND dwóch zmiennych x i y, zapisywana jako x · y jest równa jedności, gdy jednocześnie x i y są równe jedności, w pozostałych przypadkach funkcja ta jest równa zeru.

Funkcja OR dwóch zmiennych x i y, zapisywana jako x + y jest równa zeru wtedy, gdy jednocześnie x i y są równe zeru, w pozostałych przypadkach funkcja OR jest równa jedności.

Funkcja NOT zmiennej x, zapisywana jako x, oznacza że wynikiem operacji NOT jest liczba inna niż x.

Funkcja NAND dwóch zmiennych x i y, zapisywana jako x · y jest tylko wtedy równa zero, gdy jednocześnie x i y są równe zeru.

W celu ułatwienia zapisu funkcje te zapisuje się w postaci tablicy wartości funkcji logicznych (prawdy), gdzie zebrane są wszystkie możliwe kombinacje zmiennych x i y.

Zauwazamy, że funkcja NAND jest funkcja przeciwna do funkcji AND (i odwrotni), podobnie jak funkcja NOR jest przeciwna do funkcji OR (i odwrotnie).

9. Spis przyrządów.

• Model do badania funktorów logicznych.

Rys 1.2 Bramka NAND: a) schemat zasadniczy.

b) charakterystyka przejściowa.

---