Кафедра: Автоматика и Информационные Технологии

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;

Рпот – потребляемая элементом мощность от Еп;

U0вх – входное напряжение «0»;

U1вх – входное напряжение «1»;

U0вых – выходное напряжение «0»;

U1вых – выходное напряжение «1»;

Uп – 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

Uвых = F (Uвх).

Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения Iвх = F(Uвх). Выходная характеристика – это зависимость выходного напряжения от тока нагрузки (выхода) Uвых = F(Iн). 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 (Uвых = Uвх). 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= Uн-Uвых макс. ............