t_{з cр}=(t¹⁰+t⁰¹) / 2 - среднее время задержки логического сигнала,

где t¹⁰ - задержка включения, t⁰¹ - задерж- ка выключения, характеризует быстродействие ИЛС.

3. Методика выполнения работы

Первая группа экспериментов, проводимых в данной работе, выпол- няется на схеме (рис. 3.1), представленной слева вверху на лицевой панели макета. В этой схеме базовый элемент ТТЛ, нормально выпол- няющий операцию И-НЕ, включен как инвертор (у него задействован лишь один из входов), т.е. в лабораторном макете элемент выполня- ет операцию НЕ.

3.1. Эксперимент № I . Измерение уровней логического 0 ( U⁰_вых ) и логической I ( U¹_вых ) на выходе элемента, а также пороговых уровней U⁰_пор и U¹_пор на входе логического элемента

Параметры, измеряемые в данном эксперименте, являются характер- ными точками переходной характеристики логического элемента (рис. 3.2). Результаты эксперимента № I заносятся в таблицу типа табл. 3.1.

Таблица 3.1

3.1.1. Порядок выполнения эксперимента № I

1. Включить тумблер СЕТЬ (справа внизу на наклонной панели стенда). Должна загореться индикаторная лампочка.

2. Подать питание на макет, установив переключатель (расположен там же) в положение, соответствующее номеру макета лабораторной работы. Нумерация макетов идет слева направо и сверху вниз.

3. С помощью коммутационной дужки подключить переменный резистор R (рис. 3.1) ко входу логического элемента (Вх. рис. 3.1).

1. Тумблером установить предел измерений вольтметра VI + 5 В.

4. Подключить шнуром вход вольтметра VI ко входу логического элемента.

5. Подключить шнуром вход вольтметра V2 к выходу (Вых. рис. 3.1) логического элемента.

6. Сопротивление нагрузки R_H должно быть отключено от выхода логического элемента.

8. Изменяя положение подвижного контакта переменного резистора R (ручка резистора R расположена слева от его изображения на

лицевой панели макета (см. рис. 3.1), установить U⁰_вх= 0 (ори- ентируясь на показания вольтметра VI). При этом в соответствии с логикой работы инвертора (рис. 3.2) на выходе (вольтметр V 2) должен быть уровень логической I ( U¹_вых ). Измеренное с учетом

18

предела вольтметра V2 значение этого уровня заносится в табл. 3.1.

9. С помощью резистора R начинают плавно увеличивать U_вх , следя за показаниями VI и V 2. Напряжение на выходе элемента (по- казания V2) сначала остается неизменным (плоская часть переходной характеристики рис. 3.2 в районе U¹_вых ). Затем при некотором

U_вх = U¹_поp напряжение U_выx начинает убывать (элемент начинает выходить из состояния I). Четко зафиксированное значение U_вх = U¹_поp заносится в табл. 3.1.

10. С помощью резистора R устанавливают максимальное значение напряжения U_вх логического элемента, соответствующее логической I При этом на выходе возникает уровень логического 0 ( U⁰_вых ). Это значение, измеренное с помощью V2, заносится в табл. 3.1.

11. Изменяя положение подвижного контакта резистора R , начи- нают плавно уменьшать U_вх , следя за показаниями VI и V2. U_вых сначала остается неизменным (плоская часть переходной характерис- тики в районе уровня U⁰_вых ). Затем при значении U_вх = U°_поp нап- ряжение U_выx начинает возрастать (элемент выходит из состояния 0) Измеренное значение U_вх = U⁰_поp заносится в табл. 3.1.

12. В отчете по лабораторной работе изображают переходную ха- рактеристику элемента ТТЛ (типа рис. 3.2) с нанесенными на него значениями измеренных напряжений из табл. 3.1.

13. По полученным значениям параметров рассчитывают допустимое значение открывающей статической помехи ( U_вх = U_п⁺_доп ) по формуле U_п⁺_доп= U¹_пор -U_вых . Рассчитанное значение U_n⁺_доп заносят в табл. 3.1.

14. С помощью коммутационной дужки подключают эквивалент наг- рузки R_H к выходу логического элемента (см. рис. 3.1) и вновь повторяют опыты, описанные в п.п. 8-13). Результаты заносят в соот- ветствующую колонку табл. 3.1. Переходную характеристику элемента при наличии нагрузки строят на том же рисунке (по аналогии с

рис. 3.2).

Сопротивление R_H эквивалентно нагрузке, создаваемой десятью входами таких же нагрузочных элементов, подключенными к выходу данного элемента. Это соответствует коэффициенту разветвления n = 10, который имеет базовый элемент ТТЛ.

3.2. Эксперимент № 2. Измерение мощности, потребляемой логическим элементом в различных режимах работы

Настоящий эксперимент выполняется при отключенном сопротивле- нии R_H , поскольку мощность, рассеиваемая на нагрузке, не явля- ется частью мощности, потребляемой данным элементом.

Схема (см. рис. 3.1) содержит регулирующее устройство Р и из- мерительное сопротивление R_и =1 кОм, включенное в цепь общего провода элемента. Эта часть схемы построена таким образом, что позволяет оценивать мощность, потребляемую логическим элементом в любом режиме по значению падения напряжения на резисторе R_И .

3.2.1. Порядок выполнения эксперимента № 2

1. Тумблером установить предел измерений вольтметра VI, рав- ным минус 20 В.

2. Подключить вход вольтметра VI к гнезду, обозначенному V на рис. 3.1. Коммутация резистора R и вольтметра V 2 остается такой же, как в эксперименте № I.

3. Изменяя положение подвижного контакта переменного резистора R установить на выходе логического элемента (вольтметр V 2) уро- вень логического нуля. С учетом предела вольтметра VI измерить падение напряжения U на резисторе R_И в данном режиме и рассчи- тать мощность, потребляемую элементом в состоянии 0 (Р° мВт) по формуле P°=U²/R_И. Полученное значение Р° занести в таблицу (типа табл. 3.2).

Таблица 3.2

4. Повторить эксперимент, описанный в п. 3, при уровне U¹_вых рассчитать Р¹ мВт по той же формуле. Далее следует рассчитать среднее значение мощности, потребляемой элементом в статическом режиме работы, по формуле Р_ср = (P⁰ + P¹)/2 . Рассчитанные значения

Р¹ и Р_ср занести в табл. 3.2.

Р° , мВт	Р1, мВт	Рср, мВт	Рдин, мВт	t з ср

5. С помощью коммутационной дужки подключить ко входу логичес- кого элемента вместо резистора R генератор прямоугольных импуль- сов Г, изображенный в виде прямоугольника в левой части схемы рис. 3.1. Под действием сигнала с генератора логический элемент

с высокой частотой переходит из состояния 0 в состояние I и об- ратно (переключается). В результате транзисторы схемы элемента не столько пребывают в режимах отсечки и насыщения, сколько в режиме переключения, т.е. - в активном режиме. Как известно, транзистор ОЭ в активном режиме имеет большое выходное сопротив- ление и коллекторный (выходной) ток в этом режиме так же велик. Поэтому мощность, потребляемая элементом в динамическом режиме (в режиме переключений с высокой частотой), оказывается больше средней статической мощности Р_ср .

б. Измерить с помощью вольтметра VI падение напряжения на ре- зисторе R_и и рассчитать P_дин по той же формуле. Рассчитанное значение занести в табл. 3.2.

3.3. Эксперимент № 3. Измерение среднего времени задержки логического сигнала

Эксперимент № 3 выполняется на схеме (рис. 3.3), представлен- ной справа в верхней части макета.

Измерение t_{з ср} осуществля- ется с помощью меток времени осциллографа CI-65.Поскольку t_зср элемента ТТЛ много меньше минимальной цены клеток осциллографа 0,1 мкс, в экс- перименте используется косвен- ный метод измерений.

Схема рис. 3.3 представля- ет собой кольцевой генератор, построенный на нечетном числе (в данном случае на семи: от D I до D 7) логических эле- ментов, включенных инверторами. В схеме рис. 3.3 инверторы со-

единены последовательно друг с другом и цепь инверторов замкнута в кольцо. В результате, при наличии питания, если, например, на входе элемента D I логичес- кий 0, то на входе элемента D 2 будет I и т.д. - на выходе каж- дого нечетного элемента будет I, а на выходе каждого четного - 0. Логическая единица на выходе элемента D 7 появится, очевидно, лишь после последовательного срабатывания элементов D I - D 7, т.е. через промежуток времени после подачи 0 на вход элемента DI,

разный 7t_{з ср} . При этом на входе элемента DI появится логи- ческая I. Он сработает, а за ним последовательно сработают осталь- ные о элементов. То есть в схеме кольцевого генератора возникнут автоколебания в виде периодической последовательности импульсов (рис.3.4) с периодом Т_г = 14 t_{з ср} . Измерив Т_г , можно было бы рассчитать искомое значение t_{з ср}.• Однако t_{з ср} элементов ТТЛ столь мало, что быстродействия осциллографа CI-65 оказывается не- достаточно, чтобы развернуть на экране изображение колебаний коль- цевого генератора. Поэтому в схеме рис.3.3 период колебаний допол- нительно увеличивают путем деления частоты кольцевого генератора на 12. Период колебаний на выходе делителя оказывается равным Т = 12 Т_г . Такой период уже можно замерить с помощью клеток ос­ циллографа CI-65, а затем рассчитать величину t_{з ср} по формуле:

t_{з ср} = T / 12•14 = T / 168.

3.3.1. Порядок выполнения эксперимента № 3

1. Включить осциллограф и настроить его на режим ждущей раз- вертки с внутренней синхронизацией:

а) переключатель РОД РАБОТЫ в положении Z.•;

б) переключатель РОД СИНХР. в положении ВНУТР.;

в) переключатель РАЗВЕРТКА (ВРЕМЯ/ДЕЛ.) в положении 0,5 j S ;

г) переключатель V /ДЕЛ. в положении 2.

2. С помощью шнура подать сигнал с выхода делителя (см.рис.3.3) на ВХОД У осциллографа и, регулируя усиление синхронизации (ручка УРОВЕНЬ справа вверху на лицевой панели осциллографа), добиться устойчивого изображения нескольких периодов колебаний на экране.

3. С помощью клеток ценой 0,5 мкc измерить длительность пери- ода Т колебаний на выходе делителя, а затем рассчитать величину параметра t_{з ср} по приведенной выше формуле. Рассчитанное значе- ние занести в табл. 3.2.