Лабораторная работа: Интегральные логические элементы
1. Цель и содержание работы
Изучение принципа работы и технических характеристик интегральных микросхем, приобретение навыков составления, минимизации и реализации на логических элементах простых логических функций.
2. Домашнее задание
1. Записать паспортные данные логических элементов ТТЛ серии 155 типа И-НЕ, И-ИЛИ-НЕ [8].
2. Рассмотреть основные понятия и теоремы алгебры логики. Познакомиться с методами минимизации логических функций (диаграммы Вейча, карты Карно) [2,5,7].
3. Произвести синтез комбинационной схемы. Данные взять из табл. 2.
3. Краткие сведения из теории полупроводниковой электроники
В цифровой схемотехнике простейшие логические операции осуществляются с помощью логических элементов (ЛЭ). Широкое распространение получили интегральные схемы (ИС) транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Большинство ИС, выпускаемых промышленностью серийно, представляют собой ЛЭ, выполняющие функции НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и т.д.
Возможность использования ЛЭ в цифровой аппаратуре оценивается параметрами, основными из которых являются: Еп – номинальное напряжение источника питания, равное +5В для ТТЛ элементов;
Р пот – потребляемая элементом мощность от Еп;
U 0 вх – входное напряжение «0»;
U 1 вх – входное напряжение «1»;
U 0 вых – выходное напряжение «0»;
U 1 вых – выходное напряжение «1»;
U п – помехи статического напряжения;
Краз – нагрузочная способность;
Коб – коэффициент объединения по входу.
Для оценки большинства параметров ИС используют передаточную, входную и выходную характеристики ЛЭ [1,2].
Передаточная характеристика – это зависимость выходного напряжения от входного
U вых = F (U вх ).
Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения I вх = F (U вх ). Выходная характеристика – это зависимость выходного напряжения от тока нагрузки (выхода) U вых = F (I н ). По этой характеристике находят выходные токи и напряжения при различных режимах работы логического элемента. Совместное использование входной и выходной характеристик позволяет определить нагрузочную способность, коэффициент объединения по входу, а также входное и выходное сопротивления ЛЭ. Передаточная характеристика для ЛЭ с инвертированием входных сигналов и усилением по напряжению, к числу которых относятся элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, имеет два линейных участка, соответствующих уровням логического «0» и логической «1», и узкий переходной участок (см. рис. I). Переходный участок имеет пороговую точку А, являющуюся точкой пересечения передаточной характеристики с прямой единичного усиления (U вых = U вх ). Передаточная характеристика совокупности однотипных логических элементов из-за отклонений параметров отдельных компонентов, обусловленных нестабильностью технологических процессов изготовления интегральных микросхем, представляет собой не одну кривую, а некоторую область, ограниченную сверху и снизу двумя граничными кривыми, показанными на рис. 2.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема элемента И-НЕ:
а – на два входа; б – условное обозначение ЛЭ; в-нумерация выводов микросхемы
По этой характеристике можно определить запасы помехоустойчивости элемента, проведя под углом 45° (при условии равенства масштабов по осям координат) касательные к нижней и верхней граничным кривым передаточной характеристики (рис. 2).
Согласно рис. 2, запас помехоустойчивости по нулевому уровню на входе (допустимый уровень положительной помехи) равен ∆U + п = U н -U вых макс . Запас помехоустойчивости по единичному уровню сигнала на входе или допустимый уровень отрицательной помехи на входе равен
∆U - п = U 1 вык мин – U пор .
На рис. 3, а представлена принципиальная электрическая схема элемента И-НЕ, являющегося базовым элементом ТТЛ. На рис. 3, б показано условное обозначение ЛЭ на принципиальных электрических схемах. (Выводы питания +5 В и общий провод допускается не показывать). На рис. 3, в-нумерация выводов микросхемы К155ЛА3 (4 логических элемента 2И-НЕ).
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--