Zespół Szkół Elektrycznych nr 1 w Poznaniu			Pracownia elektryczna i elektroniczna
Kamil Piechowiak			Temat: Pomiar parametrów statycznych bramki NAND.				Ćwiczenie 14
Rok szkolny 03/04	Klasa IV4	Grupa 6	Data wykonania 12.02.04	Data oddania 19.02.04	Ocena	Podpis	Numer w dzienniku 14

1. Cel ćwiczenia

- Pomiar parametrów statycznych bramki NAND

- Przypomnienie i pogłębienie wiadomości dotyczących podstawowych układów cyfrowych

- Przypomnienie wiadomości na temat technologii TTL - parametry i stany poziomów logicznych na przykładzie konkretnego funktora

- Poznanie zasad i rodzajów przeprowadzonych pomiarów

2. Wiadomości teoretyczne

Parametrami statycznymi są wielkości charakteryzujące pewne cechy układu, przy wyeliminowaniu czasu. Oznacza to po prostu, że parametry te są mierzone w warunkach ustalonych. Sygnały wejściowe i wyjściowe nie zmieniaj się. Następny pomiar po zmianie wartości jakiejś wielkości, (która w tych pomiarach jest regulowana) może zostać wykonany dopiero po ustaleniu się odpowiedzi układu na tę zmianę.

Parametry bramek TTL i CMOS wyznacza się na podstawie charakterystyk statycznych, (czyli zdej­mowanych w warunkach ustalonych, jak wyjaśniono to powyżej). Zwykle określa się wartości mak­symalne bądź minimalne tych parametrów. Wartości graniczne wyznacza się przy zachowaniu pewnych wartości parametrów charakteryzujących daną rodzinę układów i gwarantowanych przez producenta tych układów. Takimi parametrami w przypadku układów cyfrowych są skrajne (minimalna, maksymalna) wartości napięcia wejściowego i wyjściowego. Wartości te należy odczytać z katalogu badanego układu. Na przykład dla układów TTL serii 74LS minimalne napięcie wejściowe wynosi U_Imin = -1,5 V, mak­symalne napięcie wejściowe w stanie niskim U_ILmax = 0,8 V (wyjściowe U_OLmax = 0,5 V), minimalne napięcie wejściowe w stanie wysokim U_IHmin = 2 V (wyjściowe (U_OHmin = 2.7 V), a maksymalne na­pięcie wejściowe w sianie wysokim U_IHmax = 7.0 V.

Dla układów CMOS poziomy napięć w sianie H i L niewiele się różnią od napięcia zasilającego układ i dlatego do wyznaczania wartości parametrów statycznych tych układów przyjmuje się poziomy na­pięć różniące siy od napięcia zasilającego o ±10% (dla napięcia U_CC = 5 V będzie to 0,5 V). Znak „+" odnosi się do dolnego potencjału, a znak „-" do górnego potencjału napięcia zasilającego. Po­wyższa uwaga dotyczy serii HC i AC, natomiast dla serii HCT i ACT postępuje się identycznie jak dla układów TTL.

Katalogi podają zawsze wartości graniczne parametrów i niekiedy także ich wartości znamionowe. Wartości graniczne są wyznaczane przy skrajnie niekorzystnych warunkach pracy układu (np. skrajne wartości napięć zasilających, sterujących, temperatury otoczenia itp.). Wartości znamionowe parametrów to wartości, jakie ma układ w znamionowych (zalecanych) warunkach pracy układu.

3. Przebieg ćwiczenia

a) sprawdzenie realizacji funkcji logicznej układu, sporządzenie tabeli prawdy, określenie poziomów stanów logicznych.

b1) wyznaczenie charakterystyk wejściowych bramki punkt po punkcie

Uwaga: przy wszystkich pomiarach kierujemy się tzw. Zasadą najgorszego punktu (wiorst case).

- Schemat pomiarowy U_I = f(I_I)

b2) Wyznaczenie charakterystyk wyjściowych

- U_OL = f(I_OL)

- U_OH = f(I_OH)

c) Wyznaczenie charakterystyki przejściowej i zasilania czyli poboru prądu

c1) U_O = f(U_I) - char. przejściowa

c2) I_CC = f(U_I) - char. zasilania

c1) c2)

4. Wykaz przyrządów

- dekada - AT-92 nr.5041

- zasilacz 5V

- multimetr elektroniczny

- układ logiczny UCY 7400

- przełącznik

- woltomierz ZSE-I-109/24/584, zakresy: 1,5 ; 3 ; 7,5

- miliamperomierz zakres od 7,5 do 7500, nr. Brak

5. Wnioski

Ćwiczenia nie można było wykonać z powodu niewyjaśnionych przyczyn. Niewiadomo, dlaczego po włączeniu układu napięcie zasilające z 5V spadało do 2V, co powodowało, że po zmniejszeniu współczynnika U₁/U₂ z 999Ω na dekadzie do 998Ω napięcie zasilające spadło poniżej 1V. W ten sposób udało nam się wykreślić tylko taką charakterystykę.

U (V)	0,1	0,04	0,03	0,02	0,01
I (A)	50	30	20	15	5

Po wykreśleniu tej charakterystyki postanowiliśmy trochę inaczej połączyć układ, który także był poprawny. Wówczas po włączeniu układu i po zmniejszaniu wartości współczynnika na dekadzie napięcie malało tak jak miało, ale przy napięciu 5V i 0V wartość natężenia prądu nie malał, cały czas wynosiła 46A.

Mimo wszelkich starań nie udało nam się uzyskać prawidłowej charakterystyki, dlatego umieściłem obok schematów charakterystyki takie, jakie powinniśmy uzyskać.

V

µA

mA

+ - + -

U_I

U_CC

U_O

I_I

V

V

mA

U_CC

U_OL

R_L1

I_OL

V

µA

U_CC

U_OH

I_OH

R_L2

V

V

mA

U_CC

U_I

U_O

I_CC

1k

10k

I_{IL max}

I_{IH max}

I_I

U_CC

U_I

U_{OL max}

U_OL

I_{OL max}

I_OL

U_{OH min}

U_OH

I_{OH max}

I_OH

∆U_H

∆U_L

U_p

U_{OL max}

U_{OL max}

U_O

U_{OH min}

U_{OH min}

U_I

I_{CC L}

I_CC

I_{CC H}

U_p

U_I

---