1.8 Определение статической передаточной характеристики (спх) логических элементов

1.8.1 Построение первым способом

Для построения СПХ первым способом необходимо следующее оборудование:

- два цифровых вольтметра с входным сопротивлением не менее 1 мОм и пределом измерений от 0 до 15 В с точностью измерений не хуже 5 %;

- лабораторный стенд со встроенным источником стабильного напряжения на +5 В с коэффициентом нестабильности не более 5 % и двухступенчатым потенциометром с температурной нестабильностью не более 5 %.

Соберите схему эксперимента согласно рисунку 1.8. Вставьте сначала в сокет стенда микросхему, содержащую логический элемент (инвертор).

Рисунок 1.8 - Схема для измерения статической передаточной характеристики

Включите стенд. Для снятия прямой СПХ на вход микросхемы, с помощью потенциометров подавайте с малым приращением (примерно шагами 0,025-0,05 В) входное напряжение в диапазоне значений от 3 В до 1,2 В (диапазон напряжений, соответствующий порогу срабатывания логического элемента). Вольтметрами контролируйте входное и выходное напряжения при каждом изменении входного напряжения. Значения этих напряжений фиксируйте в таблице, а затем нарисуйте график СПХ, т.е. зависимость выходного напряжения как функции входного . Измерьте обратную СПХ, изменяя входное напряжение от 1,28 до 3 В.

Используя СПХ, найдите входные и выходные логические уровни «0» и «1», порог срабатывания и коэффициент усиления инвертора в точках перегибов СПХ и в точке порога срабатывания. Зафиксируйте результаты:

а) порог срабатывания (Vп) логического элемента, который определяется как точка пересечения прямой и обратной СПХ;

б) статический коэффициент усиления, который определяется как производная dV/dU в области порога срабатывания элемента, где V - выходное напряжение, а U - входное напряжение логического элемента.

1.8.2 Построение вторым способом

Для автоматизированного визуального наблюдения СПХ необходимы:

- осциллограф с полосой пропускания усилителя от 0 до 50 MHz;

- генератор пилообразного напряжения с линейностью не хуже 5 % с рабочим диапазоном частот от 10 Hz до 10 кHz (встроен в стенд).

Включите осциллограф и измерьте амплитуду и временные параметры импульсов генератора пилообразного напряжения стенда.

Соберите схему эксперимента согласно рисунку 1.9. Вставьте сначала в сокет стенда микросхему, содержащую логический элемент (инвертор) и подключите выход пилообразного сигнала с генератора стенда:

- к входу исследуемого инвертора (перемычкой);

- к входу "Х" осциллографа для синхронизации горизонтальной развертки осциллографа (с помощью кабеля).

Рисунок 1.9 - Схема для измерения статической передаточной характеристики (способ 2)

Выход инвертора необходимо кабелем подключить к входу Y усилителя вертикального отклонения осциллографа. Затем включите осциллограф в режиме запуска развертки от входа X и установите точку луча по горизонтальной оси в левое положение, а по вертикальной оси по средней линии экрана. После этого переключателем установите чувствительность усилителя вертикального отклонения осциллографа (вход Y), равную 0,5 В/деление.

Включите стенд, на экране осциллографа наблюдайте изображение СПХ. Масштабы по осям X и Y осциллографа будут зависеть от частоты развертки, амплитуды пилообразного напряжения и установленной на панели осциллографа чувствительности по входу Y. Зная все эти величины, а также напряжение питания исследуемого инвертора можно установить истинный масштаб изображения СПХ и найти основные статические параметры логического элемента.