1.Мета роботи: Дослідження статичних паратемтрів логічного елементу серії К176 виконаної на КМОН-транзисторах. 2. Схема макета:
Рис. 1. Схема макету 3. Теоретичні основи Логічний елемент АБО-НЕ реалізований на польових транзисторах класу метал-діелектрик – напівпровідник з індукованими каналами p та n типів (на комплементарних транзисторах) (Рис.2). Назва логічного елементу ЛЕ складена з перших букв слів: камплементарний, метал, діелектрик, на півпровідник (КМДН). Основу структури такого елемента складає ключ на КМНД – транзисторах. По суті КМНД – елемент, який являє собою дільник напруги Ес джерела живлення. Одне плече дільника складають транзистори VT1, VT2,VT3, …VTn (комутуючі, або управляючі), друге – транзистори VT4, VT5, VT6,… VTn (навантаження). В силу різної провідності каналів транзисторів логічний сигнал на вході закриває один з управляючих транзисторів і відкриває «навантажуючий» транзистор, або навпаки. Якщо на будь-який з входів (наприклад перший) подається високий потенціал U1 (X1=1, X2=X3=0), то VT1 відкривається і опір плеча, який складається з управляючих транзисторів, зменшується. Одночасно закривається транзистор VT4 і опір плеча з навантажуючих транзисторів, робиться досить великим – більша частина напруги Ес виділяється на навантажуючих транзисторах, і на виході логічного елемента отримуємо низький потенціал U0 (y=0). Тільки тоді, коли на всіх входах присутній низький потенціал (Х1=Х2=Х3=0), управляючі транзистори закриті, а навантажуючі – відкриті. Тому падіння напруги на VT4, VT5, VT6 – велике: на виході отримуємо високий потенціал U1 (у=1). Таким чином, ЛЕ реалізує функцію АБО-НЕ Рис. 2 Принципова електрична схема АБО-НЕ. Основними перевагами інтегрованих логічних елементів на комплементарних транзисторах являються: мала споживана потужність, так як в обох статичних станах (у=0 і у=1) через всі транзистори протікають малі струми закритих транзисторів; висока швидкодія, так як заряд і розряд вихідної паразитної ємності відбувається через відкриті транзистори; висока навантажувальна здатність. До класу КМДН відносяться мікросхеми серій К176, 561, 564. Основні статичні параметри мікросхеми К176ЛП11: І0 не менше -0,1 мкА І0 не більше +0,1 мкА U0 вих не більше 0,3 В U1 вих не менше 8,2 В І1 пор не більше 0,3 мкА І0 пор не більше 0,3 мкА Напруга живлення 9±5% В, навантажувальна здатність – 50, вихідний струм І0вих і І1вих не більше 0,5 мА, завадостійкість 0,9В. Статичні характеристики знімаються при повільному змінюванні струмів і напруг. На рис.2 а показана передавальна характеристика інвертую чого логічного елемента АБО-НЕ. В дійсності спостерігається розбіжність вказаних характеристик за рахунок неідентичності параметрів компонентів, які входять до складу ЛЕ АБО-НЕ, а також за рахунок різних режимів роботи окремих елементів. Тому передавальна характеристика для деяких однотипних елементів являє собою не одну криву, а деяку область, обмежену зверху і знизу двома граничними кривими. (рис. 2б)
а) б) Рис.2 передавальні характеристики інвертуючого ЛЕ АБО-НЕ При цьому U1вих мах та U0вих мін – максимальні та мінімальні рівні вихідного сигналу, які сприймаються як рівень логічної одиниці «1». Аналогічно розглядаємо U0вих min та U0вих max, які сприймаються як рівень логічного нуля «0». На графіку крапками відмічені рівні вхідних сигналів: U0 вх max – це такий рівень, при якому ні один з елементів даного типу не переключаються з «1» в «0», U1 вх min – рівень вхідного сигналу, при якому на вході любого елементу даного типу зберігається сигнал «0». За цією характеристикою можна визначити запаси завадостійкості ЛЕ АБО-НЕ. Достатньо провести прямі під кутом 450 від точок пересічення рівнів U1 вих min і U0 вих max з віссю ординат до пересічення з віссю абсцис. Порівнюючи крапки на віссі абсцис зі значеннями U0 вх мах і U1 вх min визначають запаси завадостійкості за нульовим U0 зав і за одиничним U1 зав сигналу на вході. 4. Порядок складання схеми Резистор змінного опору R1 повернути проти годинникової стрілки до упору. До гнізд 2-2 підключити вольтметр постійного струму. До гнізд 3-3 підключити вольтметр постійного струму для вимірювання напруги АБО-НЕ. За допомогою з’єднуючого провідника з`єднати гніздо «2» з входом мікросхеми Х5. До гнізд 1-1 подати напругу живлення +9В. 5. Зняття передавальної характеристики Резисторам змінного опору R1 поступово збільшувати напругу, яка подається на один із входів (Uвх). Х5 ЛЕ до величини вихідної напруги U0 вих = 0,3 В, логічного «0». Виміряти вихідну напругу, яка має відповідати мінімальній напрузі (U1 вих min) логічній «1». Результати вимірів занести до таблиці 1-1. Вхідна напруга (Uвх), при якій відбулася передача з логічної «1» до логічного «0» відповідає мінімальній вхідній напрузі (U1 вх mах) логічній «1» і вихідній напрузі (U1 вих mах) логічній «1» та вихідній напрузі (U0 вих mах) логічного «0». Аналогічну характеристику зняти подаючи поступово напругу Uвх на входи (Х6, Х7, Х8) ЛЕ. Результати вимірів занести в таблицю 1-1. Вхід Х5 Вхід Х7 Таблиця 1.1. Uвх [В]
6. Обробка експериментальних даних 1. На міліметровому папері побудувати передавальні характеристики Uвих=(Uвх) за даними таблиці 1.1. 2. Визначити за графіками такі параметри: U0 вх mах, U1 вх мін, U0 вих мін, U0 вих mах, U1 вих мін, U1 вих mах, та завадостійкість U0 зав і U1 зав і звести в табл. 1.2. 7. Зміст звіту: найменування і мета роботи; таблиця експериментальних даних; графіки передавальних характеристик; висновки. Інструкцію склав викладач: Н.М. Щупляк
