ENKLE LOGISKE KRETSER

Transkript

1 Kurs: FY-IN204 Elektronikk med prosjektoppgaver - 4 vekttall Gruppe: Gruppe-dag: Oppgave: LABORATORIEØVELSE NR 3 Omhandler: ENKLE LOGISKE KRETSER Revidert utgave Utført dato: Utført av: Navn: Navn: Godkjent:dato: Godkjent av: Kommentar fra veileder:

2 Litteratur: Millman, Kap. 6 Mål: Undersøkelse av en diskret NAND-krets: Bygge en diode-transistor NAND-krets. Undersøke kretsens logiske og elektriske egenskaper. Undersøke egenskapene til en integrert NAND-krets (SN74LS00) 1. Innledning Logiske kretser kan behandles ved hjelp av symbolske ligninger. Emnet ble studert allerede i 1847 av G. Boole, og ble i 1930-årene tatt i bruk for å beskrive koblingsnettverk for telefonsentraler, og senere for datamaskiner. Et logisk signal kan være 1 eller 0. Logisk 1 Logisk 0 Sant Ikke sant Signalnivå "1" Signalnivå "0" De elektriske signalnivåene må være entydig definert. Som regel blir den høyeste spenningen definert som logisk 1. (Positiv logikk). 1.1 OR-krets ("minst en av") Dette er en krets der utgangen er i tilstand 1 hvis minst en av inngangene er i tilstand 1. For en krets med inngangssignaler A og B, skrives utgangssignalet symbolsk som Y = A + B. I praksis brukes ofte kretser som kombinerer en OR- operasjon med invertering av signalet. Disse betegnes NOR- kretser (NOT-OR - krets). En krets som bare gir signal ut når det er signal inn på en av inngangene, men ikke når det er signal til stede samtidig på flere innganger, kalles en EXCLUSIVE-OR -krets. 1.2 AND--krets ("Både -og", "alle") Dette er en krets der utgangen er i tilstand 1 dersom alle inngangene er i tilstand 1. For en krets med to inngangssignaler A og B, kan utgangssignalet symbolsk skrives som Y = A B. En kombinasjon av AND-operasjonen med invertering av signalet gir NAND-operasjonen. (NOT-AND -operasjon). OR, NOR og XOR A B OR NOR XOR Figur 1: Kretssymboler og Funksjonstabell for OR, NOR og XOR. 2

3 AND og NAND A B AND NAND Figur 2: Kretssymboler og Funksjonstabell for AND og NAND. 2 Oppgavene I oppgavene benyttes koblingsbrett hvor ledningene bare stikkes nedi hull uten å loddes ("breadboard"). Forbindelsene mellom hullene på disse brettene er slik som strekene på brettet antyder. Husk : Ledninger og komponenter som det har vært loddet på, må ikke brukes i innstikks-brettene. Tykke ledninger eller flere ledninger i samme hull er ikke tillatt. 2.1 Diskret diode--transistor NAND--krets Bygg en diode-transistor NAND-krets som vist i fig. 3 (Millman side 243). Figur 3: Diode-transistor NAND-krets Oppgave 2.1: Forsøk med de forskjellige kombinasjonene av +5 og 0 volt på inngangene A og B, og verifiser funksjonstabellen. Oppgave 2.2: Bruk XY-skriveren og mål den statiske overføringskarakteristikken for kretsen, dvs. utgangsspenningen som funksjon av V A når V B = 5 volt. Bruk potentiometeret på 1 kω til å variere V A, slik som antydet på skjemaet. Husk : Kalibrerte akser! Oppgave 2.3: Sammenlign inngangssignal og utgangssignal med oscilloskopet når inngangssignalet til A er en sinusspenning fra signalgeneratoren, mens V B holdes fast lik 0 volt og lik 5 volt. 3

4 2.2 Integrert NAND--krets. Den integrerte kretsen SN 74LS00 inneholder 4 uavhengige NAND -kretser med to innganger. Koblingsskjema for en av NAND -kretsene er vist i fig. 4, og skjema for tilkobling av pakken er vist i fig. 5. Figur 4: Koblingsskjema for en NAND-krets i SN74LS00. Figur 5: Skjema for tilkoblinger til SN74LS00 (sett ovennfra). Oppgave 2.4: La utgangen fra kretsen som ble brukt i oppgavene drive en av NAND - kretsene i 74LS00. Sammenlign signalene med oscilloskopet. OBS! Legg den ledige inngangen til begge kretsene til +5 volt. Oppgave 2.5: Bruk skriveren og mål følgende karakteristikker for en av kretsene i 74LS00 (se fig. 6). Husk kalibrering av aksene! 1. Utgangsspenning som funksjon av inngangsspenning. 2. Inngangsstrøm som funksjon av inngangsspenning. 3. Utgangsstrøm som funksjon av utgangsspenning med utgang "Høy". 4. Som 3., men med utgang "Lav". 4

5 Figur 6: Koblinger for oppgave Spesifikasjoner for positive NAND-porter og inverterer Recommended Operating Conditions Parameter Symbol Value Unit Supply voltage V CC V High -level output current I OH µa Low-level output current I OL ma Operating free air temp. T A C Electrical Characteristics DC Characteristics Vcc=+5V + 5%, T A = -20 C +75 C Parameter Symbol Conndition Value Unit High-level input voltage V IH V Low-level input voltage V IL V Input clamp voltage V IC Vcc=4.75v, I I = -18mA V High-level output voltage V OH Vcc=4.75v, V IL = 0.8V, I OH = -400 µv V Low-level ouput voltage V OL Vcc=4.75v, V IH = 2.0V I OL = 4mA V I OL = 8ma Input current at max input voltage I I Vcc=5.25v, VI = 7V ma High-level input current I IH Vcc=5.25v, VI = 2.7V µa Low-level input current I IL Vcc=5.25v, VI = 0.4 V ma Short-circuit output current I OS Vcc=5.25v, See Note ma Supply current I CCH Vcc=5.25v, V IL = 0V ma I CCL Vcc=5.25v, V IH = 4.5V Note 1 : Typical values are at Vcc = +5.0 V, T A = 25 C Note 2 : Output duration of short-circuit should not exeed 1 second and not more than one output should be shorted at a time. Switching characteristics Parameter Symbol Conndition Value Unit Propagation delay time t PLH C L = 15 pf, R L = 2KΩ ns t PHL