ЗНАКОМСТВОС ПРОГРАММОЙ MICRO-CAP. ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТТЛ
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомиться спрограммой схемотехнического моделирования и проектирования MC8DEMO из семейства Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) фирмы Spectrum Software. Изучить характеристикиключевых схем на биполярных транзисторах и базовых схем логических элементовТТЛ, используя возможности программы MC8DEMO.
2.КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММЕ MC8DEMO
Программа MC8DEMO является студенческойили демонстрационной версией, которая предназначена для моделирования простыхэлектронных схем, содержащих не более 50 компонентов или 100 связей, что вполнедостаточно для изучения базовых схем цифровой техники и их характеристик. Этапрограмма свободно доступна на сайте www.spectrum-soft.com.
Программапозволяет создавать проектируемые аналоговые, цифровые и смешанныеаналого-цифровые электрические схемы, выполнять их ввод для моделирования иполучения характеристик, изменять параметры схем для получения требуемых характеристик.
Программапозволяет выполнять анализ нелинейных электронных схем по постоянному току, выполнятьрасчет переходных процессов, рассчитывать частотные характеристики. Естьсредства синтеза пассивных и активных аналоговых фильтров. Программа можетстроить графики результатов моделирования.
Спроектированныеи отработанные схемы, а также графики, отображающие их характеристики, могутвыводиться в графическом виде для документирования.
Для освоениястуденческой или профессиональной версии программы Micro-Cap следует обратиться кисточнику [ 1 ].
3.КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ КЛЮЧЕЙ
3.1.СТАТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ КЛЮЧЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Ролькоммутирующего ключевого элемента в ключах рис.1,2 играет выходной транзистор,который в статических состояниях находится либо в режиме отсечки (пропускаетминимальный остаточный ток, близкий к нулевому), либо в режиме насыщения (нанем падает минимальное остаточное напряжение, близкое к нулевому), и только присмене состояний он в течение некоторого времени находится в активной области.
/>
Остаточныйток и остаточное напряжение являются главными статическими параметрами ключа.
В запертомсостоянии ключа рис.1, строго говоря, должно выполняться условие Uвх p-n переходы транзистора смещены в обратномнаправлении. Однако кремниевый p-n переход остаетсязапертым и при положительном напряжении, если Uвх 0,7В – напряжение на открытом p-n переходе, котороесчитают напряжением отпирания p-n перехода). При этом токи всех трех выводовтранзистора обычно не превышают долей микроампера. Простейшей моделью (схемойзамещения) запертого кремниевого транзистора является разрыв всех его выводов(рис.3, а).
/>
В даннойлабораторной работе исследуются ключи на кремниевых транзисторах, поэтому токизапертого транзистора в последующем изложении считаются нулевыми.
В режименасыщения транзистора оба p-n перехода смещены в прямом направлении. В такомслучае напряжение Uбэ/>U0, а остаточноенапряжение между коллектором и эмиттером Uкн = Uр + Iкн rк, где Uр – разность напряженийна эмиттерном и коллекторном переходах; Iкн — ток коллектора; rк — сопротивлениеколлекторного слоя. Обычно полное остаточное напряжение Uкн составляет 50-100 мВ,что много меньше напряжения Eк, поэтому в последующем изложении остаточное напряжение Uкн считается нулевым. Втаком случае простейшей моделью (схемой замещения) насыщенного кремниевоготранзистора является схема рис.3, б. Резистор rб учитывает сопротивлениеоткрытого эмиттерного p-n перехода.
В состояниинормального активного усиления эмиттерный p-n переход открыт, аколлектрный – смещен в обратном направлении (в состоянии инверсного усиления –наоборот). Простейшая модель транзистора в режиме усиления представлена нарис.3.в. Усилительные свойства транзистора учитываются включением междуколлектором и эмиттером зависимого генератора тока BIб. Напряжение на открытомэмиттерном переходе учитывается включением между базой и эмиттером транзисторагенератора эдс U0.
Дляопределения статических токов и напряжений в ключах рис.1,2 можно использоватьпростейшие модели транзисторов, приведенные на рис.3, в соответствии с рабочимирежимами транзисторов.
/>
Для схемырис.1 при использовании соответствующей схемы замещения имеем:
/>/> ( 1 )
Минимальныйбазовый ток, который требуется для насыщения (граничный режим между насыщенными активным), находится по известному значению коллекторного тока Iкн:
/> ( 2 )
Глубинанасыщения транзистора (коэффициент насыщения s) характеризуетсяотношением реального тока Iб к минимальному току базы, который требуется для насыщения:
/> ( 3 )
Из (1) и (2)можно определить минимальное напряжение Uвх, которое требуетсядля насыщения, положив Iб = Iбн :
/> ( 4 )
Приподключении нагрузки к выходу ключа статические уровни выходного напряженияизменяются. В цифровых схемах ключ, как правило, нагружает входная цепь другогоключа такого же типа (или несколько одинаковых ключей), как показано на рис. 4.Такая нагрузка практически не влияет на режим насыщенного транзистора, так каквходы внешних ключей при этом имеют потенциал, практически равный нулевому,транзисторы внешних ключей закрыты, входной ток в них отсутствует, составляющаятока нагрузки в анализируемом ключе тоже отсутствует.
Нагрузка,подключаемая по схеме рис.4, влияет на режим закрытого транзистора. В этомслучае на выходе анализируемого ключа высокий уровень напряжения – внешниеключи открыты. Внешнюю цепь нагрузки можно заменить эквивалентным резисторомнагрузки Rн,включенным между коллектором и эмиттером закрытого транзистора. Ток нагрузки (вытекающийиз ключа), который протекает через резистор Rк, понижает уровеньвыходного напряжения в анализируемом ключе. Он теперь равен
/> ( 5 )
Дляинтегральных логических элементов, в которых используются биполярные насыщенныетранзисторы, характерна схема ключа (инвертора) с управляющим (коммутирующим)входным транзистором (рис.2). В элементах ТТЛ для расширения логическихвозможностей входной транзистор Т1 делается многоэмиттерным (в таком случаесхема реализует логическую операцию И-НЕ).
Управляющеенапряжение />включе рис.2 однополярное (положительное). При условии, что напряжение />есть выходноенапряжение другого ключа такого же типа, оно может изменяться от /> до /> В ключе рис.2 в отличиеот ключа рис.1 токи выходного транзистора Т2 в статических состояниях отнапряжения />практическине зависят.
При /> транзистор Т1находится в насыщенном состоянии, т.к. оба его перехода смещены в прямомнаправлении (потенциал базы транзистора Т1 выше потенциала его эмиттера иколлектора, т.к. />, а />). Для насыщенного транзистора Т1имеем />,тогда />, поэтому транзисторТ2 закрыт и />Токбазы транзистора Т2 при этом отсутствует. Вытекающий ток />замыкается черезисточник управляющего напряжения />и задается резистором />:
/> ( 6 )
Если />, транзистор Т1находится в статическом состоянии инверсного усиления, т.к. его эмиттерныйпереход смещен в обратном направлении (потенциал эмиттера Т1 выше потенциалабазы, т.к. />,а />), а егоколлекторный переход – в прямом (/>>/>). В режиме инверсного усиления“нормальный” коллектор Т1 фактически является эмиттером, “нормальный” эмиттер –коллектором, поэтому в данном случае />(ток /> — вытекающий, а токи />и /> — втекающие). Из-за существенной асимметрииструктуры транзистора коэффициент передачи тока базы />в режиме инверсного усиления мал (/>1),поэтому втекающий ток />тоже мал (/>), а вытекающий ток />практически равен току />:
/> . ( 7 )
Для насыщениятранзистора Т2 требуется, чтобы /> (s> 1).
Влияниенагрузки на работу ключа рис.2 рассмотрим при условии, что нагружаютанализируемый ключ один или несколько ключей такого же типа, рис.5. Анализпоказывает, что на режим работы ключа, когда транзистор Т2 закрыт, нагрузкапрактически не влияет, т.к. все входные транзисторы внешних ключей нагрузкиимеют на эмиттерах высокий потенциал и работают в режиме инверсного усиления свесьма малыми входными токами, которые практически не нагружают анализируемыйключ.
В состоянии,когда транзистор Т2 насыщен, входные транзисторы внешних ключей также насыщены,вытекающие эмиттерные токи внешних ключей в сумме образуют дополнительнуюсоставляющую коллекторного тока транзистора Т2, обусловленную нагрузкой.Внешнюю цепь нагрузки можно заменить эквивалентным резистором нагрузки />, включенным параллельно резистору />. Коэффициент насыщения нагруженного ключаменьше, чем у не нагруженного (sн s). Если сопротивление />слишком мало, открытыйтранзистор Т2 работает в активном режиме при соответствующем увеличении уровнявыходного напряжения.
3.2ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ КЛЮЧЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Быстродействиеключевого элемента определяется максимально допустимой частотой входных переключающихсигналов. Быстродействие зависит от общей длительности переходного процесса,обусловленной двумя факторами: собственной инерционностью ключевого транзистора(конечной скоростью изменения заряда в базе) и влиянием паразитных параметров (конечнойскоростью изменения напряжения на барьерных и паразитных емкостях).
Переходныйпроцесс переключения транзистора из запертого состояния в насыщенное содержиттри стадии: задержки отпирания эмиттерного перехода, формирования фронтавключения, накопление заряда в базе.
Задержкаотпираниятранзистора равна времени заряда барьерных емкостей до напряжения отпираниятранзистора U. Практически задержка проявляется в сдвиге фронта включенияотносительно фронта входного отпирающего сигнала (импульса). В большинствепрактических случаев задержка отпирания невелика и существенно меньшедлительности фронта включения.
Формированиефронта включения начинается с появления ступеньки базового тока /> вследствие отпиранияэмиттерного перехода. В насыщенных ключах ступенька тока /> достаточна для последующегонасыщения транзистора: />>/>.
Еслипренебречь влиянием емкостей на переходный процесс, поведение ключа на стадииформирования фронта включения непосредственно обусловлено процессом изменениязаряда неосновных носителей в базе транзистора, который описывается уравнением:
/> ( 8 )
где /> — времяпереноса заряда через базу в нормальном режиме (время жизни неосновных носителейв базе), которое проявляется как постоянная времени переходной характеристикитранзистора.
Формированиефронта включения происходит при существовании активного режима работы покавыполняется условие />. Окончание фронта включения соответствуетмоменту, когда заряд />становится равным />.
В общем случае,когда нужно учитывать влияние емкости коллекторного перехода />и емкости нагрузки />, при анализевместо />следуетпользоваться эквивалентной постоянной времени />:
/> ( 9 )
Длительностьфронта включения рассчитывается по формуле
/> ( 10 )
Для схемырис.1 ток />рассчитывается по (1), для схемы рис.2 />=/>и рассчитывается по (7).
Если условиенасыщения не выполняется (/>/>), для определения времени включенияследует использовать формулу
/> . ( 10а )
Накоплениезаряда вбазе происходит уже в насыщенном транзисторе. Начиная с момента />, все три внешних тока транзистора неменяются. Однако заряд в базе продолжает нарастать по экспоненциальному закону,и этот процесс заканчивается лишь через время />, которое называют временем накопления.Значение />может существенноотличаться от величины /> (/>), поскольку распределениеносителей в базе при насыщении отличается от распределения при нормальномактивном режиме.
Процесспереключения транзистора из насыщенного состояния в запертое содержит двестадии: рассасывание избыточного заряда и формирование фронта выключения.
Рассасываниеизбыточного заряда проявляется внешне как задержка начала фронта выключенияотносительно выключающего (отрицательного) перепада входного сигнала. На стадиирассасывания транзистор остается насыщенным, концентрация заряда в базеостается выше равновесной концентрации, и оба перехода транзистора смещены впрямом направлении. При этом напряжение Uбэ = U0 = 0,7 В. Поэтому приустановлении запирающего входного напряжения Uвх U0 возникает отрицательныйвходной ток />, обусловленный наличием вбазе избыточного заряда. Ток /> вытекает из базы, т.к. потенциалбазы выше потенциала входа. Величина этого тока:
/> . ( 11 )
Отрицательныйток /> означает“отсос” заряда из базы, поэтому он начинает уменьшаться, и при />=/>стадия рассасывания заканчивается.
Анализфункции изменения заряда />дает формулу для определения временирассасывания:
/>, ( 12 )
в которой длясхемы рис.1 ток /> рассчитывается по (1), а ток /> - по (11). Формула(12) получена для случая, когда отпирающий сигнал — длинный, а ток /> существенно меньше тока />.
Для схемырис.2 />=/>ирассчитывается по (7). Ток />=/>в этой схеме замыкается далеечерез насыщенный транзистор Т1 и источник управляющего напряжения. Резисторов вэтой цепи нет. Ток /> в этом случае определяетсявнутренним сопротивлением насыщенных транзисторов Т2 и Т1:
/> , ( 13 )
где Rг,rк1, rб2 — соответственносопротивление источника Uвх, насыщенных транзисторов Т1 и Т2.
Если передподачей запирающего сигнала транзистор в ключе не насыщен, то tр = 0.
Формированиефронта выключения начинаетсяв момент времени, когда Q(t)=Qгр . Если емкостями Ск,Сн можно пренебречь, заряд в базе меняется по тому же закону, что и напредыдущей стадии рассасывания. Но величина заряда не может достигатьотрицательного асимптотического значения />, так как заряд неосновных носителейв базе знак изменить не может. Поэтому процесс формирования фронта выключениязаканчивается, когда Q(t)=0. В таком случае при запирающих токах,существенно меньших, чем ток насыщения, можно получить:
/> ( 14 )
Ток /> для ключейрис.1,2 рассчитывается соответственно по формулам (11),(13).
На практикечасто запирающий ток сравним с током насыщения. Физика процессов выключения вэтом случае сложнее из-за усложнения формы распределения носителей в базе. Прибольших запирающих токах />/>Iкн выключению соответствуеттак называемый режим динамической отсечки, когда и эмиттерный и колекторный переходыработают при обратном смещении, но из-за наличия некоторого остаточного зарядав базе все три тока транзистора имеют конечные зачения (не равны нулю) испадают до нуля с постоянной времени отсечки, равной />, значительно меньшей />. В такомслучае длительность выключения коллекторного тока составляет величину:
/>/>; ( 15 )
ток спадаеточень быстро.
В то же времядлительность фронта выключения напряжения при наличии емкостной нагрузки Cк (Cн >Cк) может быть существеннобольше, чем длительность выключения тока, и составляет
/>/> ( 16 )
4.БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТТЛ
ТТЛ — обозначает получившую широкое распространение технологию изготовленияинтегральных схем (ИС) – транзисторно-транзисторную логику. Отличительнойособенностью данной технологии является использование на входах ИСмногоэмиттерных транзисторов.
/>
На рис.6показан базовый логический элемент (ЛЭ), выполненный по технологии ТТЛ иреализующий логическое преобразование И-НЕ. Базовым является тот ЛЭ, физическиепараметры которого наиболее полно характеризуют физические свойства большинстваИС определенной серии ЛЭ. Например, базовый элемент рис.6 характеризуетсвойства ИС серии SN74 фирмы Texas Instruments Inc. (TI) и отечественной 155серии, в которых он применен. ИС серии SN74 (155) предназначены дляприменения в среднечастотных цифровых узлах (до 35 МГц).
Существуютмодификации базового элемента ТТЛ, определяющие свойства соответствующих ИС идругую область их применения. Так, к примеру, ИС серии SN74L (134) предназначены дляприменения в низкочастотных узлах (до 3 МГц), а ИС серии SN74H (131) – ввысокочастотных (до 50 МГц). Совершенствование ТТЛ-технологий изготовления ИСпривело к созданию базового элемента ТТЛ с использованием диодов Шоттки,предотвращающих режим глубокого насыщения транзисторов – ТТЛШ.
/>
На рис.7, апоказано включение диода Шоттки в простейшем ключе. В ключе рис.7, б использовантранзистор Шоттки. Прямое пороговое напряжение диодов Шоттки равно 0,3...0,4 В,поэтому в схемах рис.7 напряжение на коллекторном переходе транзистора никогда недостигает значений, при которых он смещен в прямом направлении. Поэтомутранзистор с диодом Шоттки не попадает в режим насыщения. Базовые элементы ТТЛШиспользуются, к примеру, в интегральных схемах серии SN74S (531).
Анализ схемырис.6 показывает, что многоэмиттерный транзистор Т1 выполняет логическую операциюИ, а транзистор Т2 — операцию НЕ. Выходной каскад на транзисторах Т3 и Т4позволяет получить большие значения втекающего и вытекающего токов в нагрузке,подключаемой к выходу Y ЛЭ. Для получения максимальных значений токов в нагрузкеодин из выходных транзисторов должен быть обязательно закрыт. Диод D1 в эмиттерной цепитранзистора Т3 обеспечивает его надежное запирание при открытом транзисторе Т4.При запертом состоянии транзистора Т4 транзистор Т3 по отношению к нагрузкеработает как эмиттерный повторитель. Резистор R1 предотвращает выход изстроя транзистора T3 при коротком замыкании выхода на корпус и снижает уровеньимпульсных помех при переключении ЛЭ.
Выход ЛЭ споказанным на рис.6 соединением выходных транзисторов Т3 и Т4 называется стандартнымвыходом.
Диоды,включенные между входными выводами и общим выводом, обеспечивают защиту ЛЭ припопадании на его входы отрицательного напряжения.
Статическиережимы в логических элементах ТТЛ характеризуются стандартными параметрами, ккоторым относятся уровни входных и выходных напряжений и значения входных ивыходных токов:
/>/> — входное напряжениевысокого уровня (логической единицы),
/>/> — входное напряжениенизкого уровня (логического нуля),
/>/> — выходное напряжениевысокого уровня (логической единицы),
/>/> — выходное напряжениенизкого уровня (логической единицы),
/> (при />) — входной ток приподаче на вход высокого уровня напряжения (втекающий ток),
/> (при />) — входной ток приподаче на вход низкого уровня напряжения (вытекающий ток),
/> ( при />) – выходной ток привысоком уровне выходного сигнала (вытекающий ток),
/> (при/>) – выходной ток принизком уровне выходного сигнала (втекающий ток).
Отношения /> и />характеризуютнагрузочную способность ЛЭ для низких и высоких уровней сигналов. Стандартныйпараметр /> определяетмаксимальное число входов базовых ЛЭ, которое допустимо подключать к выходуаналогичного ЛЭ. Для базового ЛЭ серии SN74 нагрузочная способность />
ПомехоустойчивостьЛЭ определяется стандартными значениями величин
/>
/>
Помехи суровнем напряжения менее 0,4 В не могут привести к изменению состояния ЛЭ.
Переход ЛЭ вусилительный режим (режим переключения) характеризуется значением напряженияпереключения. Для базового ЛЭ серии SN74 стандартное значение напряженияпереключения />.
Анализ схемырис.6 показывает, что типовые значения выходного напряжения равны /> и />, поэтомутиповое значение помехоустойчивости для базового ЛЭ серии SN74 определяется значениямивеличин
/>
/>
/>
Стандартные динамическиепараметры ЛЭ характеризуются временами задержки />при переходе выходного сигнала свысокого уровня на низкий, /> — при переходе выходного сигнала снизкого уровня на высокий или средним временем задержки сигналов в ЛЭ /> Задержки />и/>показаны на рис.8 (/> — эквивалентныйвходной сигнал ЛЭ, учитывающий взаимодействие физических входных сигналов />и/>на рис.6; /> — выходной сигнал ЛЭ).Для стандартной серии SN74 />. Указанное значение />позволяетиспользовать триггеры данной серии при частоте переключения />. Для других серий ИС,построенных на модифицированных базовых схемах ТТЛ, эти параметры равны: серия SN74L — />,/>; серия SN74H — />,/>; серия SN74S — />,/>.
Упомянутыевыше серии ИС ТТЛ, в названиях которых используется префикс SN, разработаны фирмой TI. Перечисленные ИС помимофирмы-разработчика выпускаются многими другими фирмами -изготовителями. Другиефирмы-изготовители используют иные префиксы для идентичных ИС, поэтому всправочниках по ИС и учебной литературе префикс часто опускается.
В частности,названия цифровых ИС, включенных в библиотеку программы Micro-Cap (Component> DigitalLibrary), не содержат префикса,обозначающего фирму изготовителя.
5.ПРОГРАММА РАБОТЫ
5.1ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
1. Изучить:
а) модели биполярныхтранзисторов и схемы замещения ключей в статических состояниях,
б) влияние резистивнойнагрузки (параллельно транзистору или коллекторному резистору) на токи инапряжения в ключах в статических состояниях,
в) физику процессов припереключении транзистора из запертого состояния в насыщенное (задержкаотпирания, фронт включения, накопление заряда) и из насыщенного состояния взапертое (рассасывание избыточного заряда, фронт выключения),
г) влияние коллекторнойемкости и емкости нагрузки на переходные процессы в ключах,
д) особенности статическихрежимов и переключения транзисторов в ключе с управляющим транзистором (рис.2),
е) принцип работы базовогологического элемента ТТЛ (рис.6), его свойства и характеристики (физика работыв статических состояниях и в режиме переключения, реализуемая логическаяфункция, стандартные статические и динамические параметры, работа приподключении нагрузки и сохранение работоспособности при ее подключении).
2. Исходныеданные для выполнения расчетов (параметры элементов схем рис.1 и рис.2, вскобках приведены имена параметров моделей/>биполярных транзисторов,используемые в программе Micro-Cap):
/>,/>,/>,/>, />, />, />, />, />, />, />, />.
3. Рассчитатьдля схемы рис.1, используя соответствующие модели транзистора:
а) статическое напряжение />, при которомтранзистор отпирается,
б) статическое напряжение />, при которомтранзистор входит в насыщение,
в) статические уровнивыходного напряжения для ненагруженного ключа,
г) статические уровнивыходного напряжения, если параллельно транзистору включен резистор нагрузки />,
д) минимальноесопротивление резистора нагрузки />, включенного параллельнорезистору />,при котором открытый транзистор остается насыщенным,
е) зависимости длительностифронта включения />, длительности стадии рассасывания/> идлительности фронта выключения /> от амплитуды входных отпирающих импульсов.
4. Рассчитатьдля схемы рис.2, используя соответствующие модели транзистора, длительностьстадий переключения ключа />, />, />, если ключ управляетсяположительными импульсами с амплитудой />. Начальный уровень входногонапряжения считать равным нулю.
5.2ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
(результатыпо всем пунктам программы работы документировать и включить в отчет)
1. Вызватьпрограмму Micro-Cap (ярлык Micro-CapEvaluation8.0)
2. Открыть (File> Open> DATARUS> 1p-1.CIR) и исследовать
Схему 1:
/>
а) получить передаточныехарактеристики (ПХ) ключей (Analysis> DC… > Run);
б) определить по нимнапряжения, при которых транзисторы открываются и при которых входят внасыщение, сравнить полученные значения с расчетными;
в) определить и объяснитьзначения статических уровней ПХ;
г) подключить нагрузку R5 на выход ключа иповторить п.п. а) и в), сравнить значения уровней ПХ с результатами расчета;
д) получить ПХ ключей привариации сопротивления нагрузки R5 (DC> Stepping> StepItYes> OK> F2); проследить заизменением формы ПХ, задокументировать и объяснить изменения;
е) выключить режимвариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC> Stepping> StepItNo> OK> F3);
ж) выключить нагрузку R5;
з) получить переходныехарактеристики ключей (Analysis> Transient> Run), определить стадиипереходных процессов при включении и выключении транзисторов, сравнить работуключей и объяснить результаты;
и) получить переходныехарактеристики ключей при вариации амплитуды управляющих импульсов (Transient> Stepping> StepItYes> OK> F2); получить и построитьграфики зависимостей длительности фронта включения, длительности стадиирассасывания, длительности фронта выключения от амплитуды входных импульсов,сравнить с расчетными зависимостями; проследить за изменением формы выходныхимпульсов, задокументировать изменения;
к) выключить режимвариации амплитуды управляющих импульсов и выйти из режима анализа (Transient> Stepping> StepItNo> OK> F3);
л) закрыть Схему 1 (File > Сlose > NoSave...).
2. Открыть (File> Open> DATARUS> 1p-2.CIR) и исследовать
Схему 2:
/>
а) получить статическиехарактеристики выходного напряжения /> и входного тока />от значения статическогонапряжения />навходе ключа (Analysis> DC… > Run) и объяснить поведение ипараметры полученных характеристик;
б) подключить нагрузку R3 и повторить п.а),сравнить и объяснить различие характеристик нагруженного и ненагруженного ключа;
в) получить статическиехарактеристики ключей при вариации сопротивления нагрузки R3 (DC> Stepping> StepItYes> OK> F2); проследить заизменениями характеристик, задокументировать и объяснить изменения; определитьминимальное допустимое сопротивление нагрузки, при котором выходное напряжениене превышает стандартное значение /> для элементов ТТЛ;
г) выключитьрежим вариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC> Stepping> StepItNo> OK> F3);
д) выключить нагрузку R3;
е) закрытьСхему 2 (File> Сlose> NoSave...).
3. Открыть (File> Open> DATARUS> 1p-3.CIR) и исследовать
Схему 3:
/>
а) получить статическиехарактеристики выходного напряжения />, входного тока /> и тока />в резисторе выходногокаскада от значения входного статического напряжения />(Analysis> DC… > Run); объяснить поведениехарактеристик;
б) определить параметрыхарактеристик входного тока и выходного напряжения и их соответствиестандартным значениям для элементов ТТЛ;
в) повторить п.п. а)и б) при вариации сопротивления нагрузки R5 (Stepping> StepItYes> OK> F2); проследить заизменениями характеристик, задокументировать и объяснить изменения; определитьминимальное допустимое сопротивление нагрузки, при котором выходное напряжениене ниже стандартного значения /> для элементов ТТЛ;
г) выключить режимвариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC> Stepping> StepItNo> OK> F3);
д) получить временнуюдиаграмму выходного напряжения />при воздействии на входимпульсного напряжения />(Analysis>Transient> Run); измерить задержкифронтов выходного напряжения и их соответствие стандартным значениям базовогоэлемента ТТЛ;
е) заземлить вход X2 и повторить п. д);сформулировать вывод о влиянии на работу элемента ТТЛ свободного(неподключенного) и заземленного входа; получить таблицу истинности для базовойсхемы рис.3 как логического элемента;
ж) выйти из режима анализа(F3);
з) закрыть Схему 3 (File > Сlose > NoSave...).
4. Открыть (File> Open> DATARUS> 1p-4.CIR) и исследовать
Схему 4:
/>
а) отключить внешние ЛЭ(нагрузку) от выхода Y исследуемой схемы;
б) определить статическиеи динамические параметры ЛЭ;
в) коммутируя линииподключения нагрузки, повторить п. б) для разного числа входов нагрузки;
в) сформулировать выводы овлиянии нагрузки на рабочие параметры ЛЭ;
г) выйти из режима анализа(F3);
д) закрыть Схему 4 (File > Сlose > NoSave...).
5. Получить упреподавателя дополнительное задание по работе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
1.Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование спомощью Micro-Cap 7. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 368 с.
2.Элементы импульсных и цифровых устройств:Руководство к лабораторным работам №1027 / Сост. Белкин А.П., Сальников Н.И.,Соколов Ю.П. – Рязань.: РРТИ, 1985. — 44 с.
3.Сальников Н.И., Белкин А.П., Соколов Ю.П.Импульсные устройства на интегральных логических элементах: Учебное пособие. –Рязань: РРТИ, 1986. – 72 с.
4.Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника: Учеб пособие.- М.: Высш. шк., 1984. – 391 с.
5.Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника:Учеб. пособие. – М.: Радио и связь, 1982. – 416 с.
6.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровыеустройства: Учеб. пособие. СПб.: Политехника, 1996.