Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОННИКИ (ТУСУР)
Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)
ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ КМОП
Отчет по лабораторной работе №4
по дисциплине «Электроника и схемотехника»
Вариант №6
Студент гр. 712-2
___________ Л.С. Болтушкин 13.01.2024
Руководитель Старший преподаватель
кафедры КИБЭВС
_______ __________ А.С. Семенов
13.01.2024
Томск 2024
Введение
Целью данной лабораторной работы является изучение работы логических элементов КМОП.
Постановка задачи следующая – собрать схему логических функций НЕ, 2 3И-НЕ, 4 ИЛИ-НЕ, 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода, 3И, для работы использовать транзистор P-МОП NDS9430 и транзистор N-MOP NDB606B, для каждой схемы составить таблицу с значением состояние входа, током потребления Iп, напряжением выхода Uв, и состоянием выхода. Сделать выводы о проделанной работе.
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Схемы собираются в компьютерной программе Electronics Workbench. Для исследование логического элемента НЕ собирается схема (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Схема ЛЭ НЕ
Значение переключателя имеют два состояния: 1 (рисунок 1.2) и 0 (рисунок 1.3). По данным схемам строится таблица (таблица 1.1).
Рисунок 1.2 - Схема ЛЭ НЕ со значением переключателя 1
Рисунок 1.3 - Схема ЛЭ НЕ со значением переключателя 0
Таблица 1.1 - Таблица по схеме ЛЭ НЕ
Переключатель 1 |
Ток потребления Iп, мкА |
Напряжение выхода Uв, мкВ |
Состояние |
1 |
1 |
0.049 |
0 |
0 |
0 |
5000000 |
1 |
Для исследования логического элемента 3 И-НЕ собирается схема (рисунок 1.4)
Рисунок 1.4 - Схема ЛЭ 3 И-НЕ
Значение переключателей могут быть следующими: 1 и 2 и 3 равны 1 (рисунок 1.5), 1 из переключателей равен 0, а остальные равны 1 (рисунок 1.6), 2 из переключателей равны 0, а оставшийся равен 1 (рисунок 1.7), переключатели 1 и 2 и 3 равны 0 (рисунок 1.8). По полученным схемам составлена таблица со значениями (таблица 1.2).
Рисунок 1.5 - Схема ЛЭ 3 И-НЕ со значениями переключателей равные 1
Рисунок 1.6 - Схема ЛЭ 3 И-НЕ со значениями переключателя 1 равный 0, а остальные равные 0
Рисунок 1.7 - Схема ЛЭ 3 И-НЕ со значениями переключателей 1 и 2 равное 0, а оставшийся равный 1
Рисунок 1.8 - Схема ЛЭ 3 И-НЕ со значениями переключателей 1 и 2 и 3
равные 0
Таблица 1.2 - Значения ЛЭ 3 И-НЕ
Переключа тель 1 |
Переключа тель 2 |
Переключа тель 3 |
Ток потреблен ия Iп, мкА |
Напряжен ие выхода Uв, мкВ |
Состояние |
1 |
1 |
1 |
-3 |
0.372 |
0 |
0 |
1 |
1 |
-1 |
5000000 |
1 |
1 |
0 |
1 |
-1 |
5000000 |
1 |
1 |
1 |
0 |
-1 |
5000000 |
1 |
0 |
0 |
1 |
-0.5 |
5000000 |
1 |
0 |
1 |
0 |
-0.5 |
5000000 |
1 |
1 |
0 |
0 |
-0.5 |
5000000 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5000000 |
1 |
Для исследование логического элемента 4 ИЛИ-НЕ собирается схема (рисунок 1.9).
Рисунок
1.9 -
Схема ЛЭ
4 ИЛИ-НЕ
Значение переключателей могут быть следующими: переключатель 1 и 2 и 3 и 4 равны 1 (рисунок 1.10), один из переключателей равен 0 остальные три равны 1 (рисунок 1.11), два из переключателей равны 0, оставшиеся два равны 1 (рисунок 1.12), трое переключателей равны 0, оставшийся равен 1 (рисунок 1.13), все четыре переключателя равны 0(рисунок 1.14). По полученным схемам составлена таблица со значениями (таблица 1.3).
Рисунок 1.10 - Схема ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ со значениями всех переключателей 1
Рисунок 1.11 - Схема ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ со значением одного из переключателей 0, оставшиеся 1
Рисунок 1.12 - Схема ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ со значением двух из переключателей 0, остальные 1
Рисунок 1.13 - Схема ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ со значением трёх переключателей 0, оставшийся 1
Рисунок 1.14 - Схема ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ со значением всех переключателей равные 0
Таблица 1.3 - Значения ЛЭ 4 ИЛИ-НЕ
Переклю чатель 1 |
Переклю чатель 2 |
Переклю чатель 3 |
Переклю чатель 4 |
Ток потребле ния Iп, мкА |
Напряже ние выхода Uв, мкВ |
Состоян ие |
1 |
1 |
1 |
1 |
-2.5 |
0.032 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
-2 |
0.033 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
-2 |
0.033 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
-2 |
0.033 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
-2 |
0.033 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
-1.5 |
0.037 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
-1 |
0.04 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
-1 |
0.04 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
-1 |
0.04 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
0.04 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5000000 |
1 |
Для исследование логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода собрана схема (рисунок 1.15).
Рисунок 1.15 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода.
Значения переключателей могут быть следующими: все переключатели равны 1 (рисунок 1.16), 1 или 2 равен 0, остальные равны 1 (рисунок 1.17), 1 и 2 равны 0, а 3 равен 1 (рисунок 1.18),1 и 2 равны 1,а 3 равен 0 (рисунок 1.19), 1 или 2 равны 0 и 3 равен 0, (рисунок 1.20), все переключатели равны 0 (рисунок 1.21). По полученным схемам составлена таблица со значениями (таблица 1.4).
Рисунок 1.16 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателей 1 и 2 и 3 равным 1
Рисунок 1.17 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателя 1 или 2 в состоянии 0 и остальные переключатели в состоянии 1
Рисунок 1.18 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателя 1 и 2 в состоянии 0 и переключателя 3 в состоянии 1
Рисунок 1.19 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателей 1 и 2 в состоянии 1, а переключатель 3
в состоянии 0
Рисунок 1.20 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателей 1 или 2 в состоянии 0, а переключатель 3 в состоянии 0, оставшийся переключатель в состоянии 1.
Рисунок 1.20 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении всех переключателей в состоянии 0
Таблица 1.4 - Значения ЛЭ 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода
Переключа тель 1 |
Переключа тель 2 |
Переключа тель 3 |
Ток потреблен ия Iy, мкА |
Напряжен ие выхода Uв, мкВ |
Состояние |
1 |
1 |
1 |
-202.5 |
30.52 |
0 |
1 |
0 |
1 |
-1 |
5000000 |
1 |
0 |
1 |
1 |
-1 |
5000000 |
1 |
0 |
0 |
1 |
-0.5 |
5000000 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
800000 |
Z |
1 |
0 |
0 |
0 |
504200 |
Z |
0 |
1 |
0 |
0 |
504200 |
Z |
0 |
0 |
0 |
0 |
145900 |
Z |
Для подтверждения данных из таблицы построим те же схемы при состоянии переключателя 3 в состоянии 0 и с включенным pull up (рисунки 1.21-1.23).
Рисунок 1.21 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателей 1 и 2 равным 1, а переключатель 3 в состоянии 0 с включенным pull up
Рисунок 1.22 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении переключателей 1 или 2 равным 0, а переключатель 3 в состоянии 0, оставшийся переключатель в состоянии 0 с включенным pull up
Рисунок 1.23 - Схема логического элемента 2 И-НЕ с тремя состояниями выхода при значении состояний всех переключателей равным 0 с включенным pull up
Для исследования логического элемента 3 И строится схема (рисунок 1.24).
Рисунок 1.24 - Схема логического элемента 3 И
Значение переключателей могут быть следующими: 1 и 2 и 3 равны 1 (рисунок 1.25), 1 из переключателей равен 0, а остальные равны 1 (рисунок 1.26), 2 из переключателей равны 0, а оставшийся равен 1 (рисунок 1.27), переключатели 1 и 2 и 3 равны 0 (рисунок 1.28). По полученным схемам составлена таблица со значениями (таблица 1.5).
Рисунок 1.25 - Схема логического элемента 3 И при значении всех переключателей равным 1
Рисунок 1.26 - Схема логического элемента 3 И при значении одного из переключателей равным 0, а остальные равные 1
Рисунок 1.27 - Схема логического элемента 3 И при значении двух переключателей равным 0, а оставшийся равен 1
Рисунок 1.28 - Схема логического элемента 3 И при значении всех переключателей равные 0
Таблица 1.5 - Значения ЛЭ 3 И.
Переключа тель 1 |
Переключа тель 2 |
Переключа тель 3 |
Ток потреблен ия Iп, мкА |
Напряжен ие выхода Uв, мкВ |
Состояние |
1 |
1 |
1 |
-4 |
5000000 |
1 |
0 |
1 |
1 |
-2 |
0.050 |
0 |
1 |
0 |
1 |
-2 |
0.050 |
0 |
1 |
1 |
0 |
-2 |
0.050 |
0 |
0 |
0 |
1 |
-1.5 |
0.050 |
0 |
0 |
1 |
0 |
-1.5 |
0.050 |
0 |
1 |
0 |
0 |
-1.5 |
0.050 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
0.049 |
0 |
Заключение
Во время выполнения лабораторной работы были изучены логические элементы НЕ, 3 И-НЕ, 4 ИЛИ-НЕ, 2 И-НЕ с 3 состояниями выхода, 3И и их создании при помощи транзистора P-МОП NDS9430 и транзистора N-MOP NDB606B.