Ход работы

1. Собрать электрическую цепь, изображенную на схеме (рис.7)

Рис.7. Электрическая схема соединения потребителей треугольником.

2. Произвести измерения для случая активной нагрузки в следующих режимах работы:

   1. равномерная нагрузка;

   2. неравномерная нагрузка;

   3. обрыв линейного провода.

Напряжения измеряются путем подключения вольтметра к соответствующим точкам схемы. Измерение фазных и линейных токов производится путем включения вилки амперметра в соответствующие контакты коммутаторов тока. Общая мощность (Р) измеряется по методу одного и двух ваттметров

Показания приборов занести в табл.1

Таблица 1

Данные измерений Режим нагрузки

A

A

A

A

A

A

B

B

B

Bт

Bт

Bт

Равномерная

Неравномерная

Обрыв одного линейного провода

В соответствии с данными измерений построить методом засечек векторные диаграммы напряжений и токов для всех перечисленных режимов работы.

Сделать выводы по работе.

Микроэлектроника Лабораторная работа №1 Диодные логические элементы

Цель работы: ознакомиться со способами реализации основных логи­ческих операций (конъюнкции и дизъюнкции) на дискретных компо­нентах.

Оборудование: макет логического элемента на диодах, комбинирован­ный прибор "Сура", мультиметр.

Литература:

1. Е.М Гершензон, Г.Д. Полянина, Н.В. Соина "Радиотехника", М., 1986.

2. B.C. Ямпольский "Основы автоматики и электронно-вычислительной техники", М., 1991

3. В.Л. Шило " Популярные цифровые микросхемы", М., 1989

4. П.М. Грицевский, А.Е. Мамченко, М. Степенский "Основы автомати­ки, импульсной и вычислительной техники", М., 1987

Контрольные вопросы:

1. Физические процессы в р-n переходе.

2. Включение диода в прямом, обратном направлениях, ВАХ диода.

3. Способы задания логических "0" и "1"

4. Положительная и отрицательная логика.

1. Схема диодного логического элемента ИЛИ. Принцип работы. Табли­ца истинности, временные диаграммы.

5. Каким уровнем управляется диодный логический ИЛИ? Почему?

2. Схема диодного логического элемента И. Принцип работы. Таблица истинности, временные диаграммы.

6. Каким уровнем управляется диодный логический И? Почему?

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Устройства, предназначенные для формирования функций алгебры логики, называются логическими или цифровыми устройствами. Отли­чительная особенность функций алгебры логики (булевой алгебры) со­стоит в том, что сама функция и её аргументы могут принимать значе­ния: значения логического нуля и логической единицы (0 и 1).

По типу схемного построения логического устройства (и их схемы) делят на два класса: комбинационные устройства (и соответственно ком­бинационные схемы) и последовательные устройства (последователь­ные схемы).

В комбинационном устройстве (называемом также автоматом без памяти) каждый символ на выходе (логический 0 или логическая 1) оп­ределяется лишь значениями (0 или 1), действующими в данный момент времени на вход устройства, и не зависят от того, какие символы дейст­вовали раньше на эти входы. В этом смысле комбинационные устройст­ва лишены памяти (не хранят сведений о прошлом состоянии устройст­ва). В последовательных устройствах (или автоматах с памятью) выход­ной сигнал определяется не только набором символов, действующих в данный момент времени на входах, но и внутренним состоянием устрой­ства, а последнее зависит от того, какие наборы символов действовали во все предшествовавшие моменты времени. Поэтому можно говорить, что последовательные устройства обладают памятью.

В математике для задания функций обычно используют два способа: аналитический (запись формулой) и табличный. Подобными же спосо­бами могут задаваться логические функции. При использовании таблич­ного способа строится так называемая таблица истинности, в которой приводятся все возможные сочетания значений аргументов и соответст­вующие им значения логической функции. Возможен и аналитический способ записи логической функции в форме логического выражения, по­казывающего, какие и в какой последовательности должны выполняться логические операции над аргументами функции.

Основными логическими операциями являются конъюнкция (логиче­ское И), дизъюнкция (логическое ИЛИ) и инверсия (отрицание). Все ло­гические функции могут быть выражены через операции И, ИЛИ, НЕ

Таблица истинности логической операции И:

X1	X2	F(X)=X1 X2
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Таблица истинности логической операции ИЛИ:

X1	X2	F(X)=X1 X2
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Таблица истинности логической операции НЕ:

X	F(X)=
0	1
1	0

Логические функции и их аргументы принимают значения логиче­ских 0, либо 1., таким же образом с помощью цифр 0 и 1 представляется любая цифровая информация. Такой способ описания информации удо­бен при анализе и синтезе цифровых систем. В реальных устройствах логическим 0 и 1 физически соответствует напряжение (либо ток), опре­делённым образом меняющееся во времени. Наиболее часто использу­ются два способа физического представления логических 0 и 1: потенци­альный и импульсный.

При потенциальной форме для представления логических 0 и 1 ис­пользуется напряжение двух уровней: высокого уровня (положительной либо отрицательной полярности) для представления логической 1 (так называемый уровень логической 1) и низкого (близкого к нулю) для представления логического нуля (так называемый уровень логического 0). При импульсной форме логической единице соответствует наличие импульса, логическому нулю отсутствие импульса. Обозначение логических элементов:

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В БАЗИСЕ И, ИЛИ, НЕ

НА ДИСКРЕТНЫХ КОМПОНЕНТАХ

Диодный элемент ИЛИ (схема собирания, сборка)

Логический элемент ИЛИ, выполняемый на диодах, имеет два или более входов и один выход. Элемент может работать как при потенци­альном, так и при импульсном представлении логических переменных.

На рис. 1 приведена схема диодного элемента для работы с потен­циалами или импульсами положительной полярности. При работе с по­тенциалами или импульсами отрицательной полярности необходимо из­менить включение диодов, как показано на рис. 2.

Если импульс (или высокий потенциал) действует лишь на одном из входов, то открывается подключённый к этому входу диод и импульс (либо высокий потенциал) передаётся через открытый диод на резистор R. При этом на резисторе R образуется напряжение такой полярности, при которой диоды в цепях остальных входов оказываются под действи­ем запирающего напряжения.

Если сигналы, соответствующие логической единице, одновременно поступают на несколько входов, то при строгом равенстве уровней этих сигналов откроются все диоды, подключённые к этим входам.

Если сопротивление открытого диода мало по сравнению с сопро­тивлением резистора R, уровень выходного напряжения будет близок к уровню входного сигнала, независимо от того, на скольких входах одно­временно действует сигнал. Заметим, что если уровни входных сигналов расходятся, то открывается лишь один диод того из входов, уровень сиг­нала на котором имеет большее значение. На резисторе R образуется напряжение, близкое к наибольшему из напряжений, действующих на входах. Все остальные диоды закрываются, отключая от входа источни­ки с малым уровнем сигнала. Таким образом, на выходе элемента обра­зуется сигнал, соответствующий логической 1, если хотя бы на одном из входов действует логическая 1. Следовательно, элемент реализует опе­рацию дизъюнкции операцию (ИЛИ). Рассмотрим факторы, влияющие на форму выходного импульса.

Пусть элемент имеет n входов и на один из них подан П- образной формы импульс напряжения от источника с выходным сопротивлением Rвых. Подключённый к этому входу диод открыт и представляет собой ничтожное сопротивление. Остальные диоды закрыты, ёмкости Сд их р-n - переходов через выходные сопротивления, подключённых ко входам источников, оказываются включёнными параллельно входу элемента. Вместе с ёмкостью нагрузки и монтажа. Сн образуется некоторая эквива­лентная ёмкость Сэ = Сн + Сд, подключённая параллельно.

В момент подачи на вход импульса из-за ёмкости Сэ напряжение на выходе не может возрасти скачком, оно растёт по экспоненциальному закону с постоянной времени нарастания, стремясь к значению U выхода.

В момент окончания входного импульса напряжение на заряженном конденсаторе не: может упасть скачком: оно снижается по экспоненци­альному закону (в это время все диоды оказываются закрытыми), так как длительность среза выходного импульса больше длительности его фронта. Подача следующего импульса на вход элемента допускается лишь после того, как остаточное напряжение на выходе после действия предыдущего импульса снизится до предельно малого значения, поэтому медленный спад выходного напряжения вызывает необходимость увели­чения тактового интервала, и, следовательно, является причиной сниже­ния быстродействия.

Диодный элемент И (схема совпадения).

Логический элемент имеет один выход и два или более входов. Ди­одный элемент И может работать как с импульсной, так и с потенциаль­ной формами представления информации. На рис. 4 приведена схема, используемая при положительных значениях входных напряжений; в схеме, предназначенной для отрицательных входных напряжений, изменяют полярность включения диодов и полярность напряжения источника питания.

Пусть на одном из входов цепи действует низкий потенциал, соот­ветствующий уровню логического 0. Ток будет замыкаться от источника Е, резистор R, открытый диод и источник низкого входного напряжения Так как сопротивление открытого диода мало, то низкий потенциал со входа через открытый диод будет передаваться на выход. Диоды, под­ключённые к остальным входам, на которых действует высокий потен­циал, оказываются закрытыми. Действующее на диоде напряжение мож­но определить путем суммирования напряжений при обходе внешней по отношению к диоду цепи от его анода к катоду.

При таком обходе напряжение на диоде оказывается равным Uд=Uвых- -Ubx. Таким образом, выходное напряжение, прикладываемое к анодам диодов, является для них положительным, стремящимся от­крыть диоды; входное напряжение прикладываемое к катоду - отрица­тельное, стремящимся закрыть диоды. И если Uвых < Ubx, то Uд отри­цательное и диод закрыт. Именно поэтому, когда на выходе элемента низкий потенциал (логический 0),а на входе высокий потенциал (логиче­ская 1) подключённый к этому входу диод оказывается закрытым.

Таким образом, если хотя бы на одном из входов действует напряже­ние низкого уровня (логический 0), то на выходе элемента образуется напряжение низкого уровня (логический 0).Пусть на всех входах дейст­вует напряжение высокого уровня (логическая 1). Эти напряжения могут несколько отличаться по значению. При этом будет открыт тот из дио­дов, который подключён ко входу с меньшим напряжением. Это напря­жение через диод будет направляться (передаваться) на выход. Осталь­ные диоды будут практически закрыты. На выходе образуется напряже­ние высокого уровня (логическая 1).

Следовательно, на выходе образуется напряжение логической 1 в том и только в том случае, когда на всех входах действует напряжение логи­ческой 1. Таким образом, мы убеждаемся в том, что элемент выполняет логическую операцию И.

Рассмотрим форму выходного импульса. Будем считать, что к выхо­ду подключён некоторый эквивалентный конденсатор Сэ, ёмкость которого включает в себя ёмкость нагрузки, монтажа и закрытых диодов. В момент подачи импульса напряжения одновременно на все входы, на­пряжение на Сэ (на выходе элемента) не может возрастать скачком. Все диоды вначале оказываются закрытыми входными напряжениями, яв­ляющимися для диода отрицательными. Тем самым источники входных сигналов отключены от Сэ. Конденсатор Сэ заряжается от источника Е через резистор R. Напряжение в конденсаторе (а значит и на выходе элемента) растет по экспоненциальному закону с постоянной времени. В момент, когда Uвых превысит минимальное из входных напряжений, откроется соответствующий диод, рост Uвых прекратиться. Ток от ис­точника Е, ранее замыкающийся через Сэ, переключается в цепь от­крытого диода.

В момент окончания входных импульсов все диоды открываются по­ложительным для них напряжением Uвых. Происходит относительно быстрый разряд Сэ через открытые диоды и малые выходные сопро­тивления источников входных сигналов. Напряжение на выходе снижа­ется по экспоненциальному закону с малой постоянной времени.

Сравнение форм выходных импульсов диодных элементов ИЛИ и И показывает, что в элементе ИЛИ оказывается более растянутым срез им­пульса, в элементе И- его фронт