Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Transkript

1 Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar Förberedelseuppgifter: 1. Förklara vad som menas med logiskt sving. 2. Förklara vad som menas med störmarginal. 3. Förklara vad som menas med stegfördröjning. 4. Förklara vad beteckningen V OHMIN står för. 5. Förklara vad beteckningen V OLMAX står för. 6. Förklara vad beteckningen V IHMIN står för. 7. Förklara vad beteckningen V ILMAX står för. 8. Förklara vad beteckningen I CC står för. 9. Förklara vad beteckningen t Pd står för. lab-logi lec

2 Logikkretsar Uppgift 1: Funktionstabellen för NAND-grinden 74HC00 Mätning: Koppla upp kretsen 74HC00. Matningsspänningen ( V CC ) väljs till 6 V. Fyll i funktionstabellen utgående från dina mätresultat och jämför med databokens. INPUTS OUTPUTS A B Y H H L X X L H = 6 V L = 0 V X = don t care Anslut en variabel inspänning 0-6 V till båda ingångarna A och B på en av grindarna i ICkretsen. Öka inspänningen långsamt och läs av spänningen på ingången precis när utspänningen ändrar värde. Öka därefter inspänningen till 6 V (absolut inte mer!) och minska den långsamt till utspänningen ändrar värde. Mät även utspänningen vid låg och hög nivå. Resultat: V ILMAX =. V IHMIN =. V OH =. V OL =. Antag att två grindar av ovanstående typ är sammankopplade enligt figuren. I figuren är utspänningen V O ansluten till den efterföljande grinden. För att funktionen skall vara helt säker måste utspänningen vara "bättre" än vad ingången kräver och skillnaden mellan V O och V I kallas normalt för störmarginal, noise margin. Markera de uppmätta spänningsnivåerna och fyll i värdet på störmarginaler och logiskt sving i den vänstra delen av figuren. Bestäm på samma sätt de garanterade nivåerna enligt databladet för den högra delen av figuren. V O V I V O V I Uppmätta värden Värden enligt datablad lab-logi lec

3 I databladet anges även typvärden för utsignalerna, fyll i fabrikantens värden: Typvärden: VOHtyp VOLtyp 74HC00 När man jämför de uppmätta värdena och de av fabrikanten uppgivna ser man att de uppmätta är bättre. Förklara varför. Svar: Uppgift 2: Bestämning av överföringsfunktionen för 74HC14. IC-kretsen 74HC14 innehåller 6 inverterare med ingångar av typen Schmitt-trigger. Kretsen är vanlig som ingångssteg i digitala konstruktioner eftersom den tar bort störningar och ger riktiga övergångar mellan de logiska värdena. Funktionen bestäms av Schmitt-triggeringången som har två omslagsnivåer som ger olika logiskt värde om insignalen är stigande respektive fallande. Studera databladet för kretsen och bestäm omslagsnivåerna (tröskelspänningarna) för grinden vid V cc = 6 V. V T+ =. V T- =. Koppling: Koppla upp enligt schemat nedan. V CC = 6 V. 1N4148 HC14 HC14 Uin 1 kω U1 Uut Insignalen Uin är en sinusformad spänning med amplituden cirka 5 V, dioden och motståndet hindrar de negativa halvperioderna att nå TTL-ingången. Studera Uin och U1 med oscilloskop. lab-logi lec

4 Upptagning av överföringsfunktionen, (Uut som funktion av U1): Överföringsfunktionen skall tas upp på oscilloskopet. Inspänningen till kretsen skall styra strålen i X-led och utspänningen skall styra strålen i Y-led. Detta kan göras genom att koppla bort svepgeneratorn. Tidbasomkopplaren skall då stå i läge X-Y. Då styr CH1 strålen i X-led och CH2 strålen i Y-led. Ställ in oscilloskopet så att du får en så stor bild som möjligt på skärmen med origo längst ned till vänster. Rita av oscilloskopbilden med utsatta värden på axlarna. 74HC14 Markera databladets värdena på V ILMAX, V IHMIN, V OLMAX och V OHMIN i figuren. lab-logi lec

5 Uppgift 3: Bestämning av stegfördröjningen för 74HC00. Du skall nu jämföra ut- och in-signal för ett steg och se hur stor stegfördröjningen är. Det finns en utgång på signalgeneratorn som ger en fyrkantvåg där undre delen på vågen ligger på noll volt. Utgången heter TTL-CMOS. Drar man ut knappen kan puslhöjden regleras. Se till att pulshöjden blir 6.0 V. Den första NAND-grinden är till för att ge en bra fyrkantvåg till nästa grind. Fyrkantvågen från signalgeneratorn är deformerad vid höga frekvenser. 6V & 6V & Utgången TTL-CMOS 6 V pulshöjd CH1 CH2 Mät stegfördröjningarna t phl och t plh. Eftersom vi nu rör oss med tider ner mot några nanosekunder är mätningen på gränsen av vad vår utrustning klarar. En uppskattning av tiderna kan emellertid göras. Använd högsta möjliga frekvens på insignalen. 50% 50% tphl tplh 50% 50% Fyll i tabellen. 74HC00 Enligt datablad Uppmätt t pdmax t phl t plh t pd (medelvärdet av t phl och t plh) Kommentar: lab-logi lec

6 Uppgift 4: Strömförbrukningen hos 74HC00 Statiska mätningar: Mät hela kretsens strömförbrukning då alla ingångar är låga. V CC = 6 V Enligt datablad ICCMAX Uppmätt ICC Kommentar: Dynamiska mätningar: Mät strömförbrukningen för olika frekvenser på inspänningen enligt tabell. Inspänningen skall vara en fyrkantvåg me pulshöjden 6.00 V Använd utgången TTL- CMOS på signalgeneratorn. Kontrollera med oscilloskop. Signalen skall kopplas till samtliga ingångar på kretsen. 74HC00 10 Hz 100 Hz 1 khz 10 khz 100 khz 1 MHz ICC [ A ] 100m 10m 1m 100 µ 10 µ 1 µ 100n 10n 1n k 10k 100k 1M 10M 100M f [Hz] Vilket samband råder mellan frekvens och strömförbrukning? Svar: lab-logi lec