методические указания для выполнения лабораторных работ / исследование характеристик интегральных микросхем

Цель работы: исследование статических и динамических характеристик интегральных микросхем, определение их статистических параметров и определение отклонения от справочных.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Основные характеристики логических элементов делятся на статические и динамические.

Статические включают в себя:

-уровень логического нуля U⁰; уровень логической единицы U¹;

Динамические включают в себя:

-t^0,1 – время перехода из 0 в 1; t^1,0 – время перехода из 1 в 0;

Рис.1

2. ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТАНОВКИ

Установка УМ16 – настольного типа (рис.2). Состоит из корпуса (с блоком питания) и лицевой панели. Основные соединения в устройствах выполнены печатным монтажом. На задней стенке имеется окно для доступа к предохранителю и гнездам контроля питающих напряжений. На лицевой панели размещены: ручки управления, приборы контроля питания исследуемой схемы и печатная плата с исследуемой интегральной схемой. Печатная плата с микросхемой помещается под крышкой из прозрачного оргстекла.

Для удобства работы с прибором на лицевой панели нанесена мнемоническая схема.

Функционально установка состоит из трех основных частей:

электронного блока; блока нагрузок; блока питания.

Ручки управления электронного блока выведены на лицевую панель и расположены в левой части ее.

Функциональное назначение каждого органа управления обозначено условными знаками. С помощью органов управления 1к и 2к можно изменять уровень "0", уровень "1" и длительность импульсов. Генератор пилообразного напряжения имеет регулировку амплитуды.

Задержка импульсов 1к относительно импульсов 2к осуществляется ручками "грубо" и "плавно" "τ задержки", выведенными на лицевую панель.

Установка включает в себя коммутатор, который позволяет наблюдать на экране однолучевого осциллографа последовательности импульсов первого и второго каналов. Выход коммутатора выведен на гнездо "Осцил".

Смещение сигналов 2к относительно 1к по вертикали регулируется ручкой "смещение луча".

Блок нагрузок

Состоит из шести магазинов (R, L, С). Для получения симметричной нагрузки каждый тип сопротивления имеет по два одинаковых сопротивления. Изменение величины нагрузок осуществляется дискретно с помощью шести переключателей. Нагрузка подключается к исследуемой интегральной схеме соединительными проводами, через соответствующие коммутационные гнезда.

Блок питания

Содержит четыре источника постоянного напряжения. Два из них независимы и предназначены для питания исследуемых микросхем. Напряжение на выходе этих источников можно изменять: дискретно (U_н = 3 В; 4 В; 5 В; 6,3 В); плавно в пределах от +0,6 В до U_н+0,6 В.

Ручки плавной регулировки этих напряжений расположены на лицевой панели возле контрольных приборов. Эти источники питания имеют устройства защиты от короткого замыкания.

Устройства обеспечивают автоматически восстановление напряжения после снятия короткого замыкания. Два других источника питания ( +9 В и +5 В) предназначены для питания электронного блока.

3. УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

Установка предназначена для работы в помещениях без повышенной опасности.

К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством, принципом действия.

Корпусная клемма установки должна быть заземлена.

При включении установки в сеть загорается сигнальная лампочка.

4. ОСЦИЛЛОГРАФ

Для выполнения данной лабораторной работы потребуется осциллограф, передняя панель которого приведена на рисунке 3.

С помощью индикаторов 2 можно определить где находится картина сигнала, внизу или вверху, и с помощью ручек 10 и 13 картина сигнала сдвигается вверх или вниз, а с помощью ручки 3 сдвигается влево или вправо. С помощью ручки 12 меняется масштаб по вертикали, а ручка 14 нужна для установки коэффициента масштаба по вертикали. Изменение масштаба по горизонтали происходит с помощью ручки 5. Ручка 4 синхронизирует частоту развертки с частотой входного сигнала, в результате чего стабилизируется картина. Ручкой 6 изменяется яркость развертки. Фокусировка развертки выполняется с помощью ручки 7. Ручка 8 является подсветкой. Заземление осуществляется на зажиме 11. Все остальные ручки находятся в положении изображенном на рисунке и не должны менять своего положения.

5. ПОДГОТОВКА СТЕНДА К РАБОТЕ

Перед включением установки в сеть убедиться, что предохранитель вставлен в держатель.

Р ис. 2.

Рис. 3.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛЕНИЯ РАБОТЫ

• При проведении лабораторных работ необходимо:

• открыть крышку, под которой помещена плата с исследуемой микросхемой;

• установить с помощью перемычек напряжение питания микросхемы U₁ и U₂, изображенные на рисунке под номерами 9 и 10 (рис.2) величиной в 5В;

• вставить плату с исследуемой микросхемой в разъем 8 (рис.2);

• закрыть крышку;

• произвести заземление путем соединения проводами выходов 1 и 3 (рис.2), 5 и 4 (рис.2), выход 2 (рис.2) и зажим 11 (рис.3);

• включить осциллограф и установку;

• для работы микросхемы подать напряжение с выхода 14 (рис.2) вольтметра 13 (рис.2) на вход 15 (рис.2) и с помощью ручки 12 (рис.2) выставить напряжение 5В;

• подать напряжение питания с выхода 16 (рис.2) на вход 6 (рис.2);

• в качестве генератора импульсов использовать выход калибровки осциллографа 9 (рис.3), который нужно соединить со входами 7 (рис.2) в соответствии со схемами изображенными на платах (один и тот же сигнал подать на все входы одного элемента микросхемы);

• подать сигнал с выхода микросхемы 11 (рис.2) в соответствии с логической схемой изображенной на плате на вход 15 (рис.3) осциллографа (для улучшения четкости картины выходной сигнал с выхода 11 (рис.2) можно пропустить через последовательно соединенное сопротивление 17 (рис.2), выставленное ручкой 18 (рис.2) величиной в 100 кОм, с входом 15 (рис.3) осциллографа);

• добиться устойчивой картины на экране осциллографа 1 (рис.3) с помощью ручек 4, 5, 6, 11, 13, 14, 15;

• после выполнения вышесказанного картина сигнала должна иметь вид изображенный на рисунке 4;

Рис.4

• для получения нуля необходимо соединить один из входов 7 (рис.2) с землей 5 (рис.2), таким образом, чтобы получился логический ноль на выходе;

• картина нуля примерно изображена на рисунке 5:

• 

• Рис.5

• снять показания осциллографа на миллиметровку;

• определить статические и динамические характеристики;

-занесите результаты в таблицу 1:

Таблица 1

№	U1, В	U0, В	t10, нс	t01, нс
1
2
3
4

• сравнить статические и динамические характеристики со справочными, представленными в таблице 2;

Таблица 2

Обозначение параметра	К155ЛА3	К155ЛА4
U1, В, не менее	2,4	2,4
U0, В, не более	0,4	0,4
t10, нс, не более	15	15
t01, нс, не более	29	29

- определите среднеарифметическое значение для каждого значения случайной величины:

где х_i - значение случайных величин. Это значение представляет собой оценку истинного значения.

- вычислите отклонение результатов измерений от среднего значения

- определите оценку значения средней квадратичной погрешности измерения

- определите среднеквадратичное отклонение среднеарифметического значениях х:

- сделайте выводы.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Входного контроля

1. Структура и назначение основных блоков учебного стенда;

2. Назначение ручек и входов осциллографа, используемых в лабораторной работе.

3. Порядок выполнения работы

7.2. К отчету

1. Статические характеристики микросхем;

2. Динамические характеристики микросхем;

3. Статистические показатели