Politechnika Śląska

Wydział Elektryczny

Kierunek: Elektrotechnika

semestr V

grupa I

LABORATORIUM TECHNIKI CYFROWEJ I MIKROPROCESOROWEJ

Badanie właściwości statycznych bramek cyfrowych

Sekcja II Prowadzący:

Waligóra Witold

Byczek Dariusz

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z właściwościami bramek wykonanymi w różnych technologiach, poznanie ich własności przy podawaniu rożnych rodzajów sygnałów na ich wejściu i poznanie reakcji otrzymywanej na jej wyjściu.

2. Schemat układu pomiarowego

3. Badanie bramki typu MH7404

• Tabele pomiarowe

Dokonujemy pomiaru napięcia i prądu wejściowego oraz prądu zasilania bramki

UZ = 5 V
L.p.
-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

L.p.	IZ = 8,2 mA
	UWE
	V
1	5
2	5
3	5
4	5
5	5
6	5
7	5
8	5
9	5
10	5
11	5

Podajemy na wejście stan wysoki i otrzymujemy na wyjściu stan niski notując wartości wyjściowe prądu i napięcia

Podajemy na wejście stan niski i otrzymujemy na wyjściu stan wysoki

L.p.	UWE	IWY	UWY
	V	mA	V
1	0	0	3,83
2	0	3	3,27
3	0	6	3,07
4	0	9	2,75
5	0	12	2,35
6	0	15	2
7	0	18	1,6
8	0	21	1,23
9	0	24	0,88
10	0	27	0,52
11	0	30	0,18

4. Badanie bramki typu 74LS04

Dokonując pomiaru prądu zasilania i napięcia wejściowego wykreślamy charakterystykę

I_Z = f(U_WE). Pomiar napięcia wyjściowego i wejściowego pozwolił na uzyskanie charakterystyki przejściowej

L.p.	UZ = 5 V
	UWE
	V
1	0
2	0,3
3	0,6
4	0,9
5	1
6	1,02
7	1,04
8	1,06
9	1,08
10	1,1
11	1,11
12	1,5
13	2
14	3
15	4
16	5

Pomiar parametrów wyjściowych (prądu i napięcia) w stanach wysokim i niskim na wyjściu.

L.p.	Stan niski na wyjsciu	Stan wysoki na wyjćciu
	UZ = 5 V	UZ = 5 V
	UWE	UWY
	V	V
1	5	0,13
2	5	0,22
3	5	0,35
4	5	0,46
5	5	0,52
6	5	1,67
7	5	1,95
8	5	2,09
9	5	2,20
10	5	2,34
11	5	2,43

5. Badanie bramki typu 74HC04

• Tabele pomiarowe

Dokonujemy pomiaru wartości napięcia wyjściowego i wejściowego w celu wykreślenia charakterystyki przejściowej bramki 74HC04 i porównania jej z wcześniej badanymi strukturami TTL.

L.p.	UWE	UZ	UWY	IWE	IZ	IWY
	V	V	V	mA	mA	mA
	0	4	3,96	0	0	0
	0,5	4	3,96	0	0	0
	1	4	3,96	0	0	0
	1,5	4	3,96	0	0,05	0
	1,7	4	3,96	0	0,084	0
	1,9	4	1,56	0	0,134	0
	2	4	0,96	0	0,25	0
	2,02	4	0,60	0	0,4	0
	2,04	4	0,50	0	0,534	0
	2,06	4	0,36	0	0,534	0
	2,08	4	0,20	0	0,317	0
	2,1	4	0	0	0,219	0
	2,12	4	0	0	0,166	0
	2,2	4	0	0	0,134	0
	2,4	4	0	0	0,084	0
	2,6	4	0	0	0,05	0
	2,8	4	0	0	0,084	0
	3,0	4	0	0	0	0
	4,0	4	0	0	0	0
	0	5	5	0	0	0
	0,5	5	5	0	0	0
	1	5	5	0	0	0
	1,5	5	5	0	0,067	0
	2	5	5	0	0,166	0
	2,3	5	5	0	0,217	0
	2,4	5	5	0	0,284	0
	2,5	5	5	0	0,5	0
	2,54	5	5	0	0,95	0
	2,56	4,99	0	0	1,117	0
	2,58	4,35	0	0	2,72	0
	2,59	0,23	0	0	1,92	0
	2,60	0,00	0	0	0,95	0
	2,64	0,00	0	0	0,434	0
	2,98	0,00	0	0	0,267	0
	3	0,00	0	0	0,184	0
	3,5	0,00	0	0	0,1	0
	4,3	0,00	0	0	0,034	0
	5	0,00	0	0	0	0

Dla stanu niskiego i wysokiego na wyjściu

Zanotowano wartości napięć i prądów wyjściowych które pozwoliły nam na otrzymanie charakterystyk

U_WY = f(I_WY) w różnych stanach na wyjściu i przy różnych napięciach zasilania.

6. Porównanie właściwości badanych bramek cyfrowych - charakterystyki

-

7. Wnioski:

Poprzez wykonanie powyższego ćwiczenia zapoznaliśmy się z budowa i działaniem bramek cyfrowych produkowanych w strukturach typu TTL i CMOS. Zakres naszego ćwiczenia obejmował układy scalone których struktura zbudowana jest z sześciu inwerterów . Są to układy:

• HC 7404 (struktura TTL)

• 74LS04 (struktura TTL)

• 74HC04 (struktura CMOS)

Na podstawie serii pomiarów wykreśliliśmy charakterystyki obrazujące nam właściwości badanych bramek oraz ich wzajemne porównanie. Charakterystyka I_Z=f(U_WE) najlepiej pokazuje różnice działania pomiędzy strukturą TTL a CMOS. Wykonane w tej samej technologii (TTL) bramki MH7404 i 74LS04 posiadają niemal identyczny kształt przebiegu prądu I_Z. Różnica tkwi jedynie w wartości prąd I_Z oraz jego skokowym przyroście. Bramka typu 74HC04 (CMOS) w porównaniu z badanymi TTL-ami wykazuje bardzo duży impuls prądowy I_Z (niemal bliski wartości I_Z dla struktury MH7404). Przyrost ten występuje przy większej wartości napięcia wejścia niż w układach TTL, i osmaga połowę wartości napięcia zasilania. W dalszej kolejności wyznaczono charakterystyki napięciowe przejściowe – tym razem dostrzegalne są różnice pomiędzy dwoma typami struktur. Napięcie wyjścia w układach TTL zmienia się w przedziale 0÷1,47 V (dla 74LS04 napięcie wyjścia posiada większa wartość dla U_WE = 0, w dodatku przy niższym napięciu U_WE zachodzi spadek U_WY niż w układzie MH7404). Dla porównania charakterystyka układu CMOS odznacza się skokowym spadkiem wartości napięcia wyjściowego. Porównując struktury TTL wyznaczone zostały charakterystykę I_WE = f(U_WE). Pokazuje Ina że układ MH7404 przy takim samym napięciu zasilania jak 74LS04 pobiera znacznie większy prąd niż 74LS04.

W drugiej części ćwiczenia zbadano bramki podając stan niski lub wysoki na wejście. Układ MH7404 charakteryzuje się opadaniem napięcia wyjścia przy wzroście prądu na wyjściu, dla stanu wysokiego na wyjściu. W stanie niskim na wyjściu występuje stała, zerowa wartość napięcia wyjścia, mimo zmian prądu wyjścia. Struktura TTL typu 74LS04 w stanie wysokim cechuje się zbliżonym kształtem charakterystyki U_WY = f(I_WY) w stanie wysokim na wyjściu. W stanie niskim na wyjściu prąd I_WY osiąga ujemne wartości powodując przyrost napięcia wyjściowego. Bramka CMOS (74HC04) w stanie niskim posiada nieliniowy wzrost wartości U_WY przy narastającym dodatnim prądzie wyjścia. Stan wysoki posiada przebieg całkowicie odwrotny w porównaniu ze stanem niskim. Wzrost ujemnej wartości prądu wyjścia decyduje o opadaniu napięcia wyjściowego.