фоэ,1ч

-напряжение источника питания UИП;

-напряжение логического нуля U0;

-напряжение логической единицы U1;

-потребляемая от источника питания мощность Р, мВт;

-максимальное число входов mвх;

– нагрузочная способность nвых или коэффициент разветвления по выходу Краз – это максимальное число входов аналогичных элементов, которое можно подключить к выходу данного элемента без нарушения его режимов работы;

– быстродействие – время перехода логического элемента из состояния "0" в состояние "1" и наоборот t, нс.

Промышленностью выпускаются интегральные логические элементы, отличающиеся схемотехнической реализацией. Например, элементы транзио- торно-транзисторной логики ТТЛ (микросхемы серий 155, 555, 1533 и др.); на комплементарных МОП-парах (КМОП) (микросхемы серий 561, 564, 1561) и др.

Элементы, отличающиеся схемотехнической реализацией, имеют разные параметры.

6.4. Порядок выполнения работы

Лабораторный макет собран на микросхемах ТТЛ серии К1533. Питание на микросхемы подается с базового блока от источника напряжения 5 вольт. Напряжение питания можно регулировать ручками «Грубо» и «Точно» источника напряжения 1 на базовом блоке. Для измерения регулируемого напряжения необходимо соединить гнездо «ВОЛЬТМЕТР» на лабораторном стенде с одним из гнезд 37 – 40, а напряжение определить по цифровому индикатору прибора комбинированного №1 на базовом блоке.

Для проверки таблиц истинности логических элементов в статическом режиме в макете выполнен формирователь статических логических сигналов, имеющий выходы 45, 46, 47 и 48. Нажатие клавиши соответствует подаче сигнала «1» к указанным гнездам.

Для определения уровня выходного сигнала в макете собран измеритель логических уровней (ИЛУ). Загорание красной лампочки на выходе ИЛУ соответствует сигналу «1», зеленой – «0».

Для проверки работы логических элементов в динамическом режиме в макете собран генератор импульсов (G), имеющий 2 сдвоенных выхода (17, 18 и 19, 20). Прямоугольные импульсы, снимаемые с выходов генератора, имеют различную частоту следования, но связаны во времени: каждому положительному перепаду напряжения на выходе 17 или 18 соответствует поочередный перепад напряжения на выходе 19 или 20.

60

6.4.1.Исследование статической передаточной характеристики

иопределение порогов срабатывания логического элемента ТТЛ

Передаточную характеристику (зависимость выходного напряжения от входного) снимите для одновходового логического элемента НЕ. Для этого гнездо 45 соедините с гнездом 13, гнездо 65 с гнездом 15, гнездо «ВОЛЬТМЕТР» с гнездом 37. Ручку «Грубо» источника напряжения 1 на базовом блоке выведите влево. Плавно увеличивая входное напряжение вращением ручки «Грубо» вправо, замерьте пороговое напряжение переключения логи-

ческого элемента из 1 в 0 Uпор1,0 (в момент погасания красной лампочки на

выходе ИЛУ) и пороговое напряжение переключения логического элемента из 0 в 1 Uпор0,1 (в момент загорания зеленой лампочки на выходе ИЛУ). Для

более точного определения порогов срабатывания можно пользоваться ручкой «Точно». Установите напряжение источника 5 В и приступите к дальнейшему выполнению работы.

6.4.2. Исследование работы логических элементов в статическом

режиме а) проверьте таблицу истинности логического элемента И. Для этого

внешними проводниками соедините гнезда 45 и 1, 46 и 3, а к гнезду 5 подключите вход ИЛУ. С помощью клавиш 45 и 46 подавайте различные комбинации входных логических переменных и по выходу ИЛУ определите значения выходной функции;

б) проверьте таблицу истинности логического элемента НЕ. Для этого гнездо 45 соедините с гнездом 13, а 15 с входом ИЛУ. Клавишей 45 подавайте различные значения входной переменной;

в) проверьте таблицу истинности логического элемента ИЛИ. Для этого соедините гнезда 45 и 7, 46 и 9, а к гнезду 11 подключите вход ИЛУ, далее повторите указания п а);

г) проверьте таблицу истинности логического элемента И-НЕ. Для этого соедините гнезда 45 и 59, 46 и 61, к гнезду 63 подключите вход ИЛУ, далее повторите указания п. а);

д) проверьте таблицу истинности логического элемента И-ИЛИ-НЕ. Для этого соедините гнезда 45 и 49, 46 и 51, 47 и 53, 48 и 55, к гнезду 57 подключите вход ИЛУ. С помощью 45.46, 47, 48 задавайте различные комбинации входных переменных и с помощью ИЛУ определяйте значения выходной функции.

6.4.3.Исследование интегральных логических элементов

вдинамическом режиме

В динамическом режиме на входы логических элементов подается сигнал с выхода генератора G, а напряжение на входах и выходе элемента на-

61

блюдается с помощью осциллографа.

а) соберите схему для исследования элемента И: соедините гнезда 17 и 1, 19 и 3, к гнездам 41 и 18 подключите один вход осциллографа, а к гнездам 42 и 20 второй вход осциллографа. Переключатель развертки осциллографа поставьте в положение 0,1 ms/дел (100 μs/дел). Зарисуйте форму напряжений на входах логического элемента, совместив их во времени. Второй вход осциллографа подключите к гнезду 5 и зарисуйте форму напряжения на выходе логического элемента, совместив ее во времени с изображенными осциллограммами входных напряжений;

б) соберите схему для исследования элемента ИЛИ: соедините гнезда 17 и 7, 19 и 9, к гнездам 41 и 18 подключите один вход осциллографа, а к гнездам 42 и 20 второй вход осциллографа. Переключатель развертки осциллографа поставьте в положение 0,1 ms/дел (100 μs/дел). Зарисуйте форму напряжений на входах логического элемента, совместив их во времени. Второй вход осциллографа подключите к гнезду 11 и зарисуйте форму напряжения на выходе логического элемента, совместив ее во времени с изображенными осциллограммами входных напряжений;

в) соберите схему для исследования элемента И-НЕ: соедините гнезда 17 и 59, 19 и 61, к гнездам 41 и 18 подключите один вход осциллографа, а к гнездам 42 и 20 второй вход осциллографа. Переключатель развертки осциллографа поставьте в положение 0,1 ms/дел (100 μs/дел). Зарисуйте форму напряжений на входах логического элемента, совместив их во времени. Второй вход осциллографа подключите к гнезду 63 и зарисуйте форму напряжения на выходе логического элемента, совместив ее во времени с изображенными осциллограммами входных напряжений.

6.5. Выполнение работы с использованием программы моделирования электронных устройств “Electronics Workbench”

6.5.1. Для изучения статической передаточной характеристики логического элемента ТТЛ «НЕ» соберите схему, изображенную на рис. 6.10.

Рис.6.10

62

Установите вольтметр на измерение постоянного напряжения (DC), приращение сопротивления переменного резистора (Increment) 1%, тип логического элемента TTL. Изменение сопротивления переменного резистора в сторону уменьшения производится нажатием клавиши “R”, а в сторону увеличения – комбинацией клавиш “Shift+R”.

6.5.2. Активизируйте схему, затем, увеличивая сопротивление переменного резистора, зафиксируйте и запишите значение входного напряжения

Uпор1,0 в момент погасания логического индикатора. Далее, уменьшая сопротивление переменного резистора, зафиксируйте и запишите значение входного напряжения Uпор0,1 в момент загорания логического индикатора. Сделайте

выводы.

6.5.3. Для проверки таблицы истинности логического элемента (ЛЭ) 2И-НЕ соберите схему, приведенную на рис. 6.11.

Рис. 6.11

6.5.4.Составьте и заполните таблицу истинности ЛЭ 2И-НЕ, подавая с помощью тумблеров (1) и (2) различные комбинации входных логических переменных (5 В соответствует логической единице, 0 В - логическому нулю) и по свечению индикатора определяя значения выходной функции (свечение - 1, нет свечения - 0).

6.5.5.Действуя аналогично п. 6.5.4, составьте и заполните таблицу истинности для ЛЭ НЕ (используется только тумблер (1) 2И, 2ИЛИ и 2ИЛИНЕ.

6.5.6.Для проверки работы логических элементов в динамическом режиме соберите схему, изображенную на рис. 6.12. В качестве индикатора в схеме используется логический анализатор – своеобразный многоканальный осциллограф, показывающий только логические уровни «0» и «1». Триггер D1 служит для деления частоты колебаний генератора “ru” на 2, в результате на входы исследуемого ЛЭ DR подаются прямоугольные импульсы различных частот.

63

Рис. 6.12

6.5.7.Установите амплитуду выходных импульсов генератора ‘ru” 5 В, частоту 1000 Гц, число отсчетов на деление логического анализатора (Clocks per division) 4. Для лучшей наглядности отметьте провода, идущие к логическому анализатору различными цветами. Активизируйте схему и зарисуйте форму сигналов на входах и выходе ЛЭ.

6.5.8.Повторите действия п. 6.5.5 для ЛЭ 2И, 2ИЛИ, 2ИЛИ-НЕ и НЕ (в последнем случае используется только выход генератора). Сделайте выводы.

Примечание: условные графические обозначения логических элемен-

тов в программе “Electronics Workbench”

НЕ 2И 2ИЛИ 2И-НЕ 2ИЛИ-НЕ

6.6. Содержание отчета

В отчете зарисуйте передаточную характеристику и запишите пороги срабатывания ИМС серии 1533, приведите таблицы истинности и условное обозначение исследуемых функций на схемах, эпюры напряжений на входах и выходах элементов И, ИЛИ, И-НЕ, сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1.Почему транзисторный ключ можно назвать инвертором?

2.Перечислите основные логические функции и приведите их таблицы истинности.

3.Как в лабораторном макете реализованы функции И и ИЛИ?

4.Что такое передаточная характеристика логического элемента?

5.Перечислите и охарактеризуйте основные параметры интегральных логических элементов.

64

Лариса Николаевна Воронцова Геннадий Львович Штрапенин

Физические основы электроники

Методическое руководство к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190402

“Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте”

В2-х частях Часть 1

Редактор С.В. Пилюгина

620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, УрГУПС Редакционно-издательский отдел

__________________________________________________________________

	Подписано в печать	Усл. п.л. 4,0 Уч-изд. л 3,2
Бумага тип №1	Формат 60х84 1/16
Тираж 300	Цена договорная	Заказ

_________________________________________________________________