Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
КН
Кафедра:
Кафедра автоматики та телемеханіки
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Звіт про виконання лабораторної роботи
Предмет:
Основи проектування та САПР
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
кафедра автоматики
та телемеханіки
Звіт
про виконання лабораторної роботи №1
з дисципліни: „Основи проектування та САПР”
Мета роботи: здобути навики роботи в середовищі програми Electronic WorkBench. Скласти і дослідити елементарні логічні схеми.
Теоретичні відомості
2.1. Елементарні логічні схеми на перемикачах
Логічні функції та їх аргументи приймають значення 1 або 0 (логічні рівні). Цим логічним рівням на фізичному рівні, як правило, ставляться у відповідність значення скалярного потенціалу електричного поля, створюваного в електричних колах. У позитивній логіці логічному рівню 1 відповідає високий рівень потенціалу, а логічному рівню 0 відповідає низький рівень потенціалу. Для негативної логіки співвідношення логічних та фізичних рівнів протилежне: логічній 1 відповідає низький рівень потенціалу, а 0 — високий. У подальшому будемо використовувати позитивну логіку.
Спосіб формування значення логічної функції декількох аргументів можна зрозуміти за допомогою елементарних схем, побудованих із використанням двохпозиційних перемикачів. Стану "ввімкнуто" ставитимемо у відповідність логічну 1, а стану "вимкнуто" — логічний 0.
Завдання 1. 1) Зібрати схему логічного елемента "I'(рис.і); 2) дослідити його таблицю істинності, результати записати в таблицю. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію F=S1*S2*S3
Завдання 2. 1) Зібрати схему логічного елемента "ЧИ" (рис.2); 2) дослідити його таблицю істинності, результати записати в таблицю, аналогічну таблиці 1. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію F = S, + S2 + S,.
Рисунок 2-Елемент “ЧИ” на перемикачах
2.2. Діодні логічні елементи
На напівпровідникових діодах будуються логічні схеми, що реалізують операції І, ЧИ та їх комбінації. В якості додаткових компонентів для навантажень у діодних логічних схемах використовуються активні або реактивні опори. Відповідно до цього діодні логічні схеми діляться на 1) діодно-резисторні; 2) діодно-резисторно-конденсаторні; 3) діодно-трансформаторні.
Наприклад, схема, що зображена на рис.6, реалізує логічну операцію І над вхідними сигналами, що подаються на діоди DI—D3. Тільки при подачі сигналів, що відповідають логічній 1 (позитивні напруги) одночасно на всі діоди, потенціал на виході зростає до рівня, що відповідає лог.1. Подібні схеми носять назву схем збігу.
Для функціонування схеми важливим є співвідношення опору R та опору діода при прямому його включенні Rdiod . При одночасній подачі напруги на входи схеми, високий потенціал утримується на виході схеми до моменту припинення дії хоча б одного з вхідних сигналів. Оскільки в подільнику напруги R » Rdiod, то потенціал на виході схеми різко падає і схема закривається.
Завдання_6. 1) Зібрати схему логічного елемента "І" на чотири входи; 2) дослідити його таблицю істинності , результати записати в таблицю. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію: F = [U 1 • U 2 • U3 • U,; 3) дослідити роботу схеми при різних значеннях ємності конденсатора С- Пояснити залежність часу спрацьовування елемента від ємності; 4) дослідити роботу схеми при різних значеннях напруги джерела V1 Пояснити таку залежність.
2.3. Діодно-транзисторні логічні елементи
Комбінації діодних логічних елементів та різного типу транзисторних підсилювачів отримали назву діодно-транзисторних логічних (ДТЛ) елементів. Звичайно, ДТЛ елементи включають один або два діодних каскади, кожен з яких реалізує операцію І або ЧИ. Відповідно відрізняють ДТЛ елементи з одноступінчатими та двоступінчатими логічними F = х1х2х3 v х4 v х5 , де . х1х2х3, - логічні рівні на входах елемента І, a х4х5 -- логічні рівні на входах елемента ЧИ схемами. Використання діодів дозволяє ізолювати вхідні сигнали один від одного.
Наявність транзисторних підсилювачів на виходах діодних схем забезпечує можливість побудови логічних елементів, узгоджених за вхідними та вихідними характеристиками. Тоді побудова складних електричних кіл цифрової обчислювальної машини зводиться до комутації типових елементів у відповідності з логічними схемами.
Розглянемо роботу ДТЛ елемента І-НЕ (рис.9). Схема складається з діодно-резисторної схеми І на два входи та транзисторного підсилювача-інвертора, який реалізує операцію НЕ. Якщо на обидва входи подати позитивний потенціал, що відповідає логічному рівню 1, то в точці а встановиться також високий рівень потенціалу і через опір ЛІ буде протікати прямий струм бази, який буде утримувати транзистор у відкритому стані в режимі насичення. Із-за малого внутрішнього опору відкритого транзистора на виході інвертора встановиться напруга, близька до 0, що відповідає логічному рівню 0.
При подачі хоча б на один із входів нульового потенціалу (логічний 0) потенціал в точці а знизиться. Транзистор закриється і надійно буде втримуватися в цьому стані напругою зміщення на опорі R2 . На виході підсилювача встановиться високий рівень потенціалу, який відповідає логічній 1. Зв'язок між схемою І та інвертором здійснюється через опір. Такі ДТЛ елементи характеризуються як ДТЛ елементи з резисторними зв'язками. Для прискорення перемикання паралельно опору ЛІ включають конденсатор. Тоді отримуємо ДТЛ елементи з резисторно-конденсаторними зв'язками.
Завдання 9. 1) Зібрати схему логічного елемента "І-НЕ" на два входи; 2) дослідити його таблицю істинності, результати записати в таблицю. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію І-НЕ; 3) дослідити роботу схеми при різних значеннях опорів R1, R2
.
Рис 9-ДТЛ елементІ-НЕ
2.4. Логічні елементи на основі польових транзисторів
На відміну від біполярних транзисторів, дія яких базується на рухові позитивних та негативних носіїв заряду, дія польових транзисторів базується на рухові зарядів одного знаку (уніполярні транзистори). В основі роботи польового транзистора лежить залежність опору деякого провідного шару (каналу) від величини прикладеної напруги, тобто від величини електричного поля (з чим пов'язаний термін польовий транзистор).
До переваг польового транзистора відносять: 1) вхідний опір польового транзистора набагато більший від вхідного опору біполярного транзистора, що знижує необхідну для управління потужність та спрощує узгодження послідовних каскадів; 2) у каналі транзистора рух носіїв заряду відбувається під дією електричного поля в проміжку витік-стік, тобто в порівнянні з біполярним транзистором в польовому вилучено повільний дифузійний рух носіїв, що приводить до підвищення швидкодії.
За конструктивними особливостями польові транзистори поділяють на: 1) транзистори з керованим р-п переходом; 2) транзистори з ізольованим заслоном МДН- (метал-діелектрик-напівпровідник) або МОН- (метал-оксид-напівпровідник) транзистори. У транзисторах першого типу керуюча область (заслін) утворює з областю каналу р-n перехід. При подачі на перехід заслін-канал напруги відбувається модуляція провідності каналу. Для транзисторів другого типу характерним є те, що металевий заслін ізольовано прошарком діелектрика від каналу в приповерхневому шарі напівпровідника. Дія МДН-транзистора базується на явищі керування просторовим зарядом через прошарок діелектрика. Відрізняють МДН-транзнстори з індукованим та вбудованим каналом. Залежно від типу провідності каналу МДН-транзистори можуть бути р - або п-типу. Тип провідності витоку та стоку транзистора завжди співпадає з типом провідності каналу.
Керування транзисторами із керованим р-п переходом та з індукованим каналом відбувається шляхом подачі на заслін потенціалу такого ж знаку, як і тип провідності каналу. Транзистор з керованим р-п переходом працює з від'ємним зміщенням для каналу п-типу та з додатнім зміщенням для каналу р -типу. У транзисторах з індукованим каналом для створення каналу n-типу слід подавати на заслін додатне зміщення, а для наведення каналу р -типу - від'ємне зміщення.
Полярність включення напруги стоку польового транзистора з керованим р-п переходом та каналом п типу показано на рис. 11а. На рис. 116 наведено полярність включення напруги стокового джерела для МДН-транзистора з вбудованим каналом. Полярність включення напруги стоку для МДН-транзистора з індукованим каналом n-типу показано на рис.11в.
Рисунок 11 - Полярність включення польових транзисторів
Логічні схеми на МДН-транзисторах одного типу використовують або р -канальні, або п -канальні транзистори. Схема елемента І-НЕ на п -канальних транзисторах наведена на рис. 12.
Рисунок 12 - Логічний елемент І-НЕ на МОН-транзисторах з індукованим каналом п –типу
Транзистори Q2 та Q2 включені послідовно, а транзистор Q3 виконує роль навантаження. Коли на заслонах транзисторів Q1 та Q2 діють високі напруги (15 В), то обидва транзистора відкриті і на виході встановлюється низька напруга. Коли ж хоча б один з транзисторів закритий, то на виході встановлюється висока напруга.
Завдання 11. 1) Зібрати схему логічного елемента "І-НЕ" на три входи на основі МДН-транзистора; 2) Дослідити його таблицю істинності. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію І-НЕ.
На рис. 13 зображено типову схему логічного елемента ЧИ-НЕ на МДН-транзисторах з індукованим каналом и-типу. Транзистори Q1 та Q2 відіграють роль активних , транзистор Q3 - навантажувальний.
Завдання 12. 1) Зібрати схему логічного елемента "ЧИ-НЕ" на три входи на основі МДП-транзнстора; 2) Дослідити його таблицю істинності. Впевнитися, що схема реалізує логічну функцію ЧИ-НЕ.
Рисунок 13 - Логічний елемент ЧИ-НЕ на МОН-транзисторах
з індукованим каналом п –типу
2.5.Транзисторні логічні схеми з безпосередніми зв'язками
На рис 21 показано схему з паралельно включеними транзисторами п-р-п типу, що реалізує логічну операцію ЧИ-НЕ для сигналів високого рівня та І-НЕ для сигналів низького рівня. Коли на всіх трьох входах низький рівень напруги, то всі транзистори закриті і напруга на виході має високий рівень. Тому, якщо високий рівень на входах та на виході відповідає логічній 1, то схема реалізує функцію ЧИ-НЕ. Якщо низький рівень напруги на вході та на виході відповідає логічній 1, то схема реалізує функцію І-НЕ. До недоліків схем із безпосередніми зв'язками слід віднести занадто високі вимоги до параметрів транзисторів. До переваг таких схем слід віднести відсутність індуктивних та ємнісних коригуючих кіл.
Рисунок 21 - Паралельне коло безпосередньо зв'язаних транзисторів
Завдання 17. 1) Зібрати схему логічного елемента "ЧИ-НЕ" на два входи на основі безпосередньо зв'язаних транзисторів; 2) дослідити його таблицю істинності, результати записати в таблицю; 3) впевнитися, що схема реалізує логічну функцію ЧИ-НЕ для високих рівнів напруги та функцію І-НЕ для низьких рівнів напруги; 4) дослідити залежність правильного функціонування схеми від значення напруги, що подається на бази транзисторів.
Висновок: на даній лабораторній роботі я здобув навики роботи в середовищі програми Electronic WorkBench. Склав і дослідив елементарні логічні схеми.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора