Laboratórium 1 - 9. Mérés: Logikai áramkörök vizsgálata

Ez az oldal a korábbi SCH wiki-ről lett áthozva. Az eredeti változata itt érhető el.

Ha úgy érzed, hogy bármilyen formázási vagy tartalmi probléma van vele, akkor kérlek javíts rajta egy rövid szerkesztéssel.

Ha nem tudod, hogyan indulj el, olvasd el a migrálási útmutatót

%TOC{depth="5"}% %STARTINCLUDE%

Házi feladatról

Bár a TINA hasznos, meg minden, a mérésvezetők nem nagyon szeretik, eléggé kimeríti a nem megengedett segédeszközt, ne használd a házihoz. Egyszerűen nem tanulsz belőle. Tessék végigbogarászni. Annak idején, amikor ezt a mérést tartottam - jó rég volt - akkor volt ebből gond. Végül addig sikerült gyötörni a hallgatót, amíg rá nem jött, hogyan kell TINA nélkül megoldani.

Alapgondolat: Ne akard kiszámolni. Bemenetre elképzelsz valamilyen kombinációt. Általában diódák vannak utána, ezek szépen nyitnak, ha 1-et kötsz rájuk (mivel nyitóirányú fesz. esik rajtuk). Magyarul logikai 1 van a diódák után is. Tranzisztort hogyan kezeled: ha a bázisán tápfesz. közeli fesz. van, akkor rövidzár a kollektor és emitter közt. Egyébként szakadás. "Digitálisan" elég jól ki lehet hozni a feladatot. -- Main.wachag - 2012.09.29.

Mérésről

A mérést beugróval kezdtük, 3 kérdés volt:

• TTL alapkapcsolás és működése röviden
• setup time, hold time, propagation time
• mi a latch up, mit lehet ellene tenni

A házi feladatokat gondosan átnézték a mérésvezetők, akiknél gond volt azokat odahívták ki kellett javítani, de segítettek. A mérés során bármikor bármiben ( használható! ) segítséget kaptunk.

Ellenőrző kérdésekre a válaszok:

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) 9_ellkrd.pdf nevű fájl ("Ellenőrző kérdésekre válaszok" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) 9_ellkrd2.pdf nevű fájl ("Ellenőrző kérdésekre válaszok 2" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) 9_ellkrd3.pdf nevű fájl ("Ellenőrző kérdésekre válaszok 3" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

egy drága jó FF-os kérdés

a példa: D-FF CLK bemenetén inverteren át jön az órajel, és a D bemene elé is teszünk egy invertert, így kapunk egy negatív élvezérelt D-FF-ot. Adottak t_setup_max és t_hold_max, továbbá az inverterek fel-/lefutási idejei, azaz "késleltetései": Felfutási idő minimum t_HL_min, maximum t_HL_max lehet, lefutási időre ezek: t_LH_min, t_LH_max. Ezeket én úgy értelmeztem, hogy ha az inverter bemenetén például HL van, akkor a kimenetére a LH ennyi idővel érkezik meg maximum ill. minimum.

Ezek után rajzolunk egy idődiagramot, majd a legrosszabb esetre gondolunk bele a helyzetbe.

t_setup akkor maximális, ha a D bemenet kezdeti váltása a lehető legjobban balra van csúszva, és a CLK bemenet a lehető legjobban jobbra van elcsúszva. Előbbi nem teljesül, mert olyan állat nincs, ami balratol valamit egy idődiagramon, max egy időgép. D viszont mindenképp eltolódik jobbra min(t_LH_min, t_HL min) [a kettő közül a kisebb] értékkel. A CLK bemeneten mintavételező pozitív él (ami az előtte levő inverteren negatív, HL él) maximális késése t_HL_max. Így t_setup_max_új = t_setup_max + t_HL_max - min(t_LH_min, t_HL_min)

t_hold akkor maximális, ha a lehető legelőrébb van az órajel felfutó éle (azaz az a megkésett ám, de invertált HL) , és leghátrébb van D-nek vége. Így t_hold_max_új = t_hold_max + max(t_LH_max, t_HL_max) - t_HL_min

TTL és CMOS inverterek fogyasztása

A tápfesz mindegyiknél 5V, ezt szoroztam a tápárammal, amit vagy Quiescent (nyugalmi) áramként vagy ICC-ként emlegetnek az adatlapok. Ha alacsony szint a kimenet, akkor tud a legnagyobbat fogyasztani, ha magas a kimenet, akkor pedig a legkevesebbet, így jöttek ki a +- értékek.

Típus	I_CC [mA]	P [mW]
MM74HC04	[math] 0,021 \pm 0,019 [/math]	[math] 0,105 \pm 0,095 [/math]
MM74HCT04	[math] 0,021 \pm 0,019 [/math]	[math] 0,105 \pm 0,095 [/math]
74AC04	[math] 0,011 \pm 0,009 [/math]	[math] 0,055 \pm 0,045 [/math]
74ACT04	[math] 0,011 \pm 0,009 [/math]	[math] 0,055 \pm 0,045 [/math]
74F04	[math] 9 \pm 6 [/math]	[math] 45 \pm 30 [/math]
DM74ALS04B	[math] 2,4 \pm 1,8 [/math]	[math] 12 \pm 9 [/math]
DM74AS04	[math] 14 \pm 11 [/math]	[math] 70 \pm 55 [/math]
sn7404	[math] 19 \pm 13 [/math]	[math] 95 \pm 65 [/math]
sn74ls04	[math] 3,9 \pm 2,7 [/math]	[math] 19,5 \pm 13,5 [/math]

Házik:

Egy kilences házi megoldása

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) 9_HF_kidolg.pdf nevű fájl ("Házi kidolgozás" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

-> sztem az első feladat az tuti h nem jó (lásd lejjebb)

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) Lab1_feladatok.ZIP nevű fájl ("Lab1_feladatok.ZIP" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

9. méréshez feladat

-

9. mo:

• Kapcsolási rajz:
  

Ezen a helyen volt linkelve a 09.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

1.1 és 1.2
Ha A és B földön van (logikai alacsony szint, 0, GND, ahogy "jobban tetszik"),
(/bázisnál/ dióda nyitófesz)- (/emitternél/ dióda nyitófesz)< Tranzisztor nyitófesz
akkor T1 és T2 lezár, olyan mintha szakadás lenne a kollektoruk és emitterük között
=> Z=Vcc-(T7bázisáram)*11k , azaz logikai 1
A Z pont és Y között egy invertert "láthatunk"
(ennek a működését most nincs kedvem részletezni)
Y=Z_negált=GND+U_T6_szat.fesz (vagy T6 maradék fesz), azaz logikai 0 .

Ha A vagy B tápfeszen van (logikai magas szint, 1, VCC, ahogy "jobban tetszik"),
T1 vagy T2 nyitva lesz,
amelyik(amelyek) nyitva vannak

 ~helyettesíthetők egy rövidzárral, ami a kollektor(uk) és emitter(ük) között húzódik.

Z=(dióda nyitó fesz) , azaz kb. logikai 0
=> T7 zárva lesz, mert bázisa és emittere között nem lesz meg a nyitó fesz.
T3 nyitva T5 nyitva...
Y=Z_negált=logikai1

1.1 vagy (OR) kaput valósít meg

1.2 NOR kaput valósít meg
...
Az igazságtábla ellenőrzésére szolgáló szimuláció:

Ezen a helyen volt linkelve a 1.2.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

1.3 Határozza meg, hogy hogyan változik a tranzisztorok állapota, ha az A lábon 0-tól 5 V-ig folyamatosan emeljük a feszültséget és a másik lábra 0 V-ot adunk! TINA szimuláció eredménye:

Ezen a helyen volt linkelve a 1.3.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

1.4. Határozza meg, hogy hogyan változik a tranzisztorok állapota, ha az A lábon 0-tól 5 V-ig folyamatosan emeljük a feszültséget és a másik lábra 5 V-ot adunk!

Ezen a helyen volt linkelve a 1.4.gif nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

---

Még egy 9. megoldás:

<a target="Kapcsolási rajz" onclick="return launchWindow('Kapcsolási rajz','Kapcsolási rajz')" href="%ATTACHURLPATH%/09_2.jpg">Kapcsolási rajz</a>

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) 09_2.jpg nevű fájl ("09_2.jpg" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

Kapcsolási rajz

Ezen a helyen volt linkelve a 09_2.jpg nevű kép a régi wiki ezen oldaláról. (Kérlek hozd át ezt a képet ide, különben idővel el fog tűnni a régi wikivel együtt)

• Ezen a helyen volt linkelve a(z) labor_9_and.bmp nevű fájl ("labor_9_and.bmp" link szöveggel) a régi wiki http://wiki-old.sch.bme.hu/bin/view/Villanyalap/LaborI9esMeres oldaláról. (Ha szükséged lenne a fájlra, akkor a pontos oldalmegnevezéssel együtt küldd el a wiki

  Hiba a bélyegkép létrehozásakor: Nem lehet a bélyegképet a célhelyre menteni

  @NO-SPAM.sch.bme.hu címre a kérésedet)

működést szemléltető ábra. (Komment a rajzhoz: A rajzban vezérelt kapcsolókkal helyettesítem a tranzisztorokat. Logikai 0 vezérlő jel esetén a kapcsoló tulajdonképpen szakadás, logikai 1 vezérlés esetén a kapcsoló átvezet. A lent olvasható leírásban: Ha egy tranzisztor NYITVA van, az a kapcsoló ZÁRT állapotának felel meg, ha a tranzisztor ZÁRVA van, az kapcsoló NYITOTT állapotának (szakadásnak) Gondolj bele! Az 1. esetnek a képen az alsó, a 2. esetnek a felső ábra felel meg. -- Györke - 2007.11.23. )

Huzalozott ÉS (AND)-nek (is) tekinthető a bemeneti rész (T1 bázisa..).

(Olvasás közben nézd az ábrát.. (közelítő számítások: a Diódát "idelálisnak" veszem, azaz csak a nyitófeszültségét veszem figyelembe (~0,7V), a Tranzisztornak a bázisáramával sem számolok.., nyitófeszültségét ~0,7V-nak veszem))

"Két" eset lehetséges logikai szempontból T1 vagy nyitva van vagy zárva.

-=====1. eset:===== T1 nyitva ha bázisa és emittere között nyitófeszültségnyi esik (BJT esetén (szoba hőmérsékleten) <~0,7V), ez akkor van ha a bázisa a földhöz (GND) képest 2* nyitófesz.-nyire van (~1,4V) (mivel T1 emittere és a föld között ott van egy Schottky dióda.. (annak is van nyitó feszültsége.. ~0,7V)). A bemaneteknek (A és B) ilyenkor a T1 bázisán lévő potenciálhoz képest nem lehetnek (a Schottky diódák) nyitófesz.-nyivel alacsonyabb potenciálon (földhöz (GND) képest (a két pont külön-külön) nem lehet ~0,7V -alatt) Logikai szempontból A és B is logikai 1 szintű.. Ha T1 nyitva van akkor kollektora és emittere közötti feszültség közel 0V (maradék fesz. esik rajta ~0,1V), ekkor T2 zárva van mivel bázisa és emitere közöt nem esik nyitófesz nyagyságú feszültség.(T2 bázisa a földhöz (GND) képest ~0.7V-nyira van (Dióda nyitó fesz+T1 maradék fesz.) //T2 nyitásához a bázisának a földhöz képest (GND) ~1.4 V-nyira kell lennie mivel ha T2 nyitva van akkor T6 is nyitva lesz, ebben az esetben viszont T6 bázisa ami T2 emittere a földhöz (GND) képest nyitófesz.-nyire van..//) T6, T4 zárva (mivel T2 zárva). T3-T5 nyitva ("képzelj" egy ellenállást az Y és GND közé) (együttes nyitófeszültségük ~1.4V). Tehát logikai szinteket nézve W=0, Y=1, Z=1.

2. eset

T1 zárva ha a bázisa és a föld (GND) közötti feszültség esés kisebb mint 2*nyitófesz ( <~1.4V). Ez akkor áll fenn ha a bemenetek (A vagy B) közül legalább az egyik földhöz (GND) képesti potenciálja kisebb mint nyitófesz. (<~0.7V), mert akkor T1 lezár. T2 nyitva van mivel bázisa 2*nyitófesz.-nyire (~1.4V) van a földhöz (GND) képest. T6 is nyitva van. Ezekből T3 bázisa (alias Z) ~0.8V-nyira van (T6 nyitófesz.+ T2 maradék fesz), ezért T3-T5 zárva. Tehát logikai szinteket nézve W=1, Y=0, Z=0.

T4 nyitva lehet ha T2 nyitva van..

__Igazságtábla__:

|*A*||*B*||*W*||*Y*||*Z* |} |0||0||1||0||0 |} |0||1||1||0||0 |} |1||0||1||0||0 |} |1||1||0||1||1 |}

• W* kimeneten NAND
  
• Y* kimeneten AND
  
• Z* kimeneten AND
  

---

-- Ger****** - 2007.10.08.

-- GAbika - 2010.