ZESPÓŁ SZKÓŁ NR 9 im. ROMUALDA TRAUGUTTA
W KOSZALINIE

Instrukcja do ćwiczenia

Temat: Badanie bramek CMOS

Rok szkolny 2002/2003

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie fizycznych właściwości bramek CMOS, ich charakterystyk, właściwości statycznych i dynamicznych, oraz sposobu ich badania.

1. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej U_wy = f (U_we).

Włączyć napięcie zasilania do badanej bramki. Na wejście bramki podać napięcie stałe z zasilacza regulowanego. Woltomierzami napięcia stałego mierzyć napięcie wyjściowe i wejściowe, a wyniki zanotować w tabelce.

Pomiaru dokonać dla napięć zasilających U_zas = 5V i 10 V.

Rys. 1. Układ pomiarowy do pomiaru charakterystyki przejściowej.

Podczas pomiaru, napięcie wejściowe należy dobierać tak, aby dokładnie wyznaczyć moment przejścia napięcia wyjściowego ze stanu wysokiego na niski lub odwrotnie.

Wyznaczając charakterystykę bramki z przerzutnikiem Schmitta, należy pamiętać, aby wykonać dwa pomiary. Raz zmieniając napięcie wejściowe od minimum do maksimum a potem od maksimum do minimum (pole tabeli zaznaczone pogrubieniem).

Uzas

Bramki

Uwe [V]

0,5

5

5V

AND

Uwy [V]

NAND

Uwy [V]

Uwy [V]

NOT

Uwy [V]

Uzas

Bramki

Uwe [V]

0,5

10

10V

AND

Uwy [V]

NAND

Uwy [V]

Uwy [V]

NOT

Uwy [V]

W sprawozdaniu wykreślić charakterystykę przejściową i określić wartość napięcia wejściowego przy, którym następuje zmiana stanu poziomu logicznego na wyjściu. W tym samym układzie współrzędnych umieścić wykres z następnego punktu.

2. Wyznaczanie charakterystyki I_zas = f (U­_we).

Pomiar ten polega na wyznaczeniu zależności prądu pobieranego z zasilania w zależności o wartości napięcia wejściowego bramki.

Rys. 2. Układ pomiarowy do pomiaru charakterystyki I_zas = f (U_we).

Podczas pomiaru tak dobierać napięcia wejściowe, aby w zakresie widocznych zmian prądu zasilania „zagęścić” ilość punktów pomiarowych tak, aby wykres był w tym zakresie najdokładniejszy.

Pomiaru dokonać dla napięcia zasilania U­_zas = 10V.

Bramki	Uwe [V]	Od 0V do Uzas co 0,2 V
AND	Izas
NAND
NOT

3. Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej U_wy = f (I_wy).

1. Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej bramki dla stanu wysokiego na wyjściu.

Na wejście bramki podać takie napięcie, aby na wyjściu pojawił się stan wysoki „1”. Dołączyć obciążenie rezystancyjne R poprzez miliamperomierz, a drugi koniec obciążenia poprzez przełącznik dołączyć do masy według schematu.

Wartością rezystancji R regulujemy wartość prądu wyjściowego i odczytujemy napięcie wyjściowe.

Pomiaru dokonać dla napięć zasilania 5V i 10V.

Rys. 3. Układ pomiarowy do zdejmowania charakterystyki wyjściowej.

2. Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej bramki dla stanu niskiego na wyjściu.

Na wejście bramki podać takie napięcie, aby na wyjściu pojawił się stan niski „0”. Dołączyć obciążenie rezystancyjne R poprzez miliamperomierz, a drugi koniec obciążenia poprzez przełącznik dołączyć do plusa zasilania według schematu.

Rys. 4. Układ pomiarowy do zdejmowania charakterystyki wyjściowej

Wyniki pomiarów zanotować w tabelce, i sporządzić wykresy na jednym wspólnym układzie współrzędnych. Biorąc pod uwagę poziomy logiczne TTL określić ile wejść bramek TTL można podłączyć do jednego wyjścia CMOS.

Uzas 5V	Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 20 mA
		AND	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]
		Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 20 mA
		NAND	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]
		Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 20 mA
		NOT	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]
	Uzas 10V	Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 2 mA
		AND	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]
		Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 2 mA
		NAND	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]
		Bramka	Iwy	[mA]	Od I­wy min do 20mA co 2 mA
		NOT	WY-„1”	Uwy [V]
				WY-„0”	Uwy [V]

4. Wyznaczanie charakterystyki prądu zasilania w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego bramki NAND.

Pomiar polega na wyznaczeniu charakterystyki I_zas = f (f) czyli prądu zasilania w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego dla różnego rodzaju obciążenia.

Rodzaje obciążenia:

• rezystancyjne R_min

• rezystancyjne R_max

• pojemnościowe C₁, C₂, C₃

• bez obciążenia

Na wejście podajemy sygnał prostokątny z generatora funkcyjnego o amplitudzie równej napięciu zasilania (ustawić przy pomocy oscyloskopu) i częstotliwości podanej w tabeli. Do wyjścia dołączamy obciążenie rezystancyjne R_min i R_max (potencjometr R skręcony w lewo i w prawo) i pojemności o różnych wartościach.

Rys. 5. Układ pomiarowy do zdejmowania charakterystyk I_zas = f (f).

Wyniki zanotować w tabelce i sporządzić wykres określając, co ma największy wpływ na wielkość prądu zasilania.

Uzas = 5V

f [kHz]

1

5

10

20

50

80

100

150

Bez obciążenia

Izas

Obciążenie rezystancyjne

Rmin

Izas

Rmax

Izas

Obciążenie pojemnościowe

C1

Izas

C2

Izas

C3

Izas

Uzas = 10V

f [kHz]

1

5

10

20

50

80

100

150

200

Bez obciążenia

Izas

Obciążenie rezystancyjne

Rmin

Izas

Rmax

Izas

Obciążenie pojemnościowe

C1

Izas

C2

Izas

C3

Izas

5

5

5

6

Badanie bramek CMOS.

5

Instrukcja do ćwiczenia.

---