CIRCUITE INTEGRATE TTL

CIRCUITE INTEGRATE TTL

1. Scopul lucrarii consta in studierea modului in care circuitele logice integrate TTL pot fi folosite pentru realizarea unor functiuni cum ar fi intarzierea fronturilor sau generarea impulsurilor; se mai studiaza functionarea unui circuit basculant bistabil de tipul master slave si principiile de utilizare a unui circuit basculant monostabil integrat tipic.

2. Pentru intarzierea fronturilor impulsurilor se foloseste faptul ca timpul de propagare al portilor TTL depinde de capacitatea de sarcina conectata la iesirea portii; timpii de intarziere pot fi controlati si prin introducerea unor constante de timp CR care sa determine, prin valorile lor, o independenta a intarzierilor de parametrii portilor logice integrate.

2.1 Intarzierea frontului negativ al impulsurilor se poate realiza cu schema din fig.1 pentru care s-au desenat formele de unda din fig.2. Se neglijeaza intarzierile proprii ale portilor TTL utilizate.

Timpul pana cand tensiunea de pe borna atinge tensiunea de prag a portii, , se poate determina cu relatia aproximativa: (1) unde: = |||| (2) 0,1 V (3) ; 1,5 V (4) (5) (s-au folosit notatiile obisnuite pentru poarta TTL standard din fig.1, cu valorile specificate in lucrarea nr. 24 si s-a considerat ca = 0,8 V).

Se poate folosi relatia aproximativa: = 0,435 (6)

2.2 Intarzierea frontului pozitiv al impulsurilor se poate realiza cu circuitul din fig.3 pentru care formele de unda sunt reprezentate in fig.4.

Intarzierea se calculeaza cu relatiile (1), respectiv (6), in cazul folosirii relatiei aproximative.

2.3 Se realizeaza cele doua circuite folosind un circuit integrat TTL de tipul CDB 400. Se vizualizeaza formele de unda, se masoara in cele doua cazuri si se compara rezultatele obtinute cu relatiile (1) sau (6). Se va lua =10 nF. Se justifica diferentele constatate.

3. In multe situatii este necesara obtinerea unor impulsuri negative (logic), de durata mica, pentru resetarea unor numaratoare sau pentru initializarea diferitelor scheme.

3.1 Pentru obtinerea unui impuls negativ de durata mica, bine precizata, declansat la aparitia frontului pozitiv al impulsurilor de comanda, se poate folosi schema din fig.5, pentru care sunt reprezentate formele de unda in punctele principale in fig.6.

Durata aproximativa a impulsului negativ obtinut la iesire este: = (7)

Rezistenta este limitata la valori mici (220 W), deoarece curentul al portii trebuie sa treaca prin si sa nu dea la bornele acesteia o cadere de tensiune mai mare decat

3.2. Un impuls negativ pentru fiecare front negativ al impulsurilor negative de comanda se poate obtine cu schema din fig.7 in care se foloseste circuitul din fig.5 si un inversor pentru schimbarea frontului la care este activ circuitul. Linia punctata asigura independenta duratei impulsului generat de durata impulsului de comanda.

3.3 Pentru a se obtine simultan impulsuri negative de durata precizata pentru ambele fronturi ale impulsului de comanda, se poate folosi circuitul din fig.8. Formele de unda sunt reprezentate in fig.9. Se obtin urmatoarele relatii pentru duratele celor doua impulsuri: (8) ; (9) cu: si unde: ; .

In aceste relatii, s-au folosit notatiile: = 50, factorul de curent al tranzistorului, = 0,8 V, tensiunea baza-emitor la polarizarea drecta a tranzistorului, = 3,8 V, = 0,1 V si = 1,5 V, tensiunile corespunzatoare nivelelor logice '1' si '0' si pragului din caracteristica de transfer a portii logice TTL standard, iar = 4 kW este rezistenta din baza tranzistorului multiemitor al portii TTL standard integrate.

3.4 Se realizeaza circuitul din fig.5 cu porti TTL standard CDB 400 si se vizualizeaza formele de unda obtinute in urma aplicarii unor impulsuri de comanda cu parametrii convenabili; se masoara durata impulsurilor negative obtinute la iesirea circuitului si se verifica relatia (7).

3.5 Se realizeaza circuitul din fig.7 (fara legatura desenata cu linie intrerupta). Se aplica impulsuri de comanda, se vizualizeaza formele de unda, se masoara durata impulsurilor negative obtinute la iesire si se verifica relatia (7) cu care se poate aprecia durata impulsurilor.

Se micsoreaza durata impulsurilor de comanda sub valoarea masurata anterior si se vizualizeaza din nou formele de unda. Se realizeaza si legatura desenata punctat si se comanda circuitul cu impulsuri a caror durata este mai mare si apoi mai mica decat . Se consemneaza rezultatele obtinute.

3.6 Se realizeaza circuitul din fig.8 si se vizualizeaza formele de unda obtinute in urma aplicarii unorimpulsuri cu parametrii adecvati. Se masoara duratele si obtinute la cele doua iesiri si se verifica relatiile (8) si (9) pentru valorile precizate la punctul 3.3.

3.7 Sa se calculeze relatiile (7), (8) si (9) daca portile utilizate sunt de tipul CDB 400.

4. Generarea impulsurilor dreptunghiulare se poate realiza in mai multe moduri, in lucrare fiind experimentate trei tipuri de circuite realizate cu porti TTL standard. Duratele si perioadele impulsurilor obtinute sunt dependente de tensiunea de alimentare si de temperatura si sunt supuse dispersiei de fabricatie prin intermediul marimilor specifice portilor TTL ce intervin in relatiile de calcul ( si

4.1 Generarea impulsurilor se poate realiza prin cuplarea in bucla inchisa a unui numar impar de porti TTL inversoare, perioada impulsurilor (si frecventa lor) fiind data de timpii de propagare ai portilor. Pentru micsorarea influentei elementelor parazite specifice schemei electrice a portilor TTL integrate, se pot folosi capacitati care sa determine timpii de propagare ai portilor, asa cum se vede in fig.10.a si b.

4.2 O varianta posibila de oscilator cu porti TTL asemanatoare circuitelor astbile clasice cu tranzistoare este desenata in fig.11. Formele de unda sunt reprezentate in fig.12, pentru valori mici ale rezistentei . Perioada impulsurilor este proportionala cu constanta de timp . Tensiunea la care se produce schimbarea starii circuitului si durata a unui impuls sunt date de relatiile implicite:

= ( +) (10), unde si in care si au semnificatiile obisnuite.

4.3 In fig.13 este reprezentat un generator de impulsuri ce poate fi sincronizat cu un impuls de comanda. In functie de raportul dintre durata impulsului generat() si durata impulsului de comanda se obtin formele de unda din fig.14.a pentru < 3 respectiv din fig.14.b pentru > 3

5.1. Se realizeaza circuitele din fig.10.asi b si se vizualizeaza impulsurile obtinute la iesirile portilor. Se determina frecventa de oscilatie; se masoara frecventa de oscilatie atunci cand tensiunea de alimentare se modifica la valorile 4,75 V si 5,25 V.

5.2. Se realizeaza circuitul din fig.11 cu = 200 W si = 15 nF si se vizualizeaza formele de unda la iesirile si intrarile celor doua inversoare. Se determina frecventa impulsurilor generate si factorul de umplere al impulsurilor.

Sa se explice ce se intampla daca se mareste rezistenta la valori mai mari de 2 kW

5.3. Se realizeaza circuitul din fig.13 cu = 1 kW si = 15 nF. Se aplica impulsuri negative (logic) cu durata < si cu perioada suficient de mare si se vizualizeaza formele de unda la intrare si la cele doua iesiri.

Se repeta pentru > 3.

6. Circuitul basculant monostabil de tipul master-slave utilizeaza doua bistabile elementare sensibile la flancuri de atac diferite in scopul separarii circuitului de iesire de circuitul de intrare; astfel, bistabilul master este declansat la cresterea tensiunii de comanda, iar cel slave la scaderea tensiunii, acest lucru realizandu-se prin controlul intrarilor unui bistabil de iesirile celuilalt. Declansarea circuitului master este controlata si prin aplicarea unor semnale de conditionare pe intrarile si . In afara acestor comenzi ( si ), circuitul basculant bistabil integrat dispune si de intrari de fortare pentr '0' () si '1' ().

Pentru intelegerea functionarii se realizeaza o schema de circuit bistabil master-slave cu porti NAND ca in fig.15.

Ansamblul portilor 1, 2, 3, 4 formeaza un bistabil RST cu posibilitati de comanda pe intrarile si ; impreuna cu tranzistorul care are rolul de inversor al semnalului din , el formand circuitul master, circuitul slave fiind celalalt circuit bistabil RST format din portile 5, 6, 7 si 8.

Se presupune ca la intrarea se aplica o tensiune a carei variatie in timp are forma din fig.16 care se poate obtine modificand pozitia cursorului potentiometrului . Se considera intrarile si la nivel logic '1' (de exemplu, in gol). Initial, cursorul potentiometrului este la masa, deci este la nivel logic '0'. Ca urmare, = = '1' si circuitul slave este transparent, adica prezinta la iesire ceea ce are la intrare; deci = si = . Circuitul master este deconectat de intrarile sale si iesirile au doua valori complementare, independent de intrari, adica = si = , deoarece = 0.

Se creste lent tensiunea in cu ajutorul potentiometrului. Cand tensiunea atinge punctul m de pe curba, tranzistorul se satureaza, devine egala cu '0', ceea ce deconecteaza circuitul slave de intrarile sale si , fara ca iesirile sale sa se modifice la acest moment.

Crescand, in continuare, tensiunea in , in punctul de pe curba se depaseste tensiunea de prag a portilor 1 si 2 si circuitul master devine transparent, adica el va prezenta la iesirile sale ceea ce primeste pe intrari, adica = si = . Rezulta ca el isi schimba starea, deoarece, initial iesirile aveau valori complementare intrarilor. Iesirile circuitului slave nu se schimba, doarece ramane, in continuare la '0'.

Dupa ce tensiunea in a atins valoarea + 5 V, se actioneaza potentiometrul in sens contrar, facand sa scada valoarea tensiunii la intrarea t. Cand aceasta a atins valoarea pragului, , circuitul master este din nou deconectat de intrari, fara alte modificari in circuit. Circuitul slave, in continuare deconectat, are la intrarile sale, valori complementare fata de iesirile sale.

Cand tensiunea in atinge valoarea corespunzatoare punctului , intrarea devine '1', ceea ce face ca circuitul slave sa devina transparent si sa prezinte la iesiri ceea ce are la intrari, schimbandu-si, astfel, starea. Se observa ca ambele circuite bistabile si-au schimbat starea dupa aplicarea unui impuls de comanda. Asadar, se pun in evidenta urmatoarele etape in functionarea unui bistabil master-slave:

-la cresterea tensiunii:

-circuitul slave este transparent este transparent si prezinta la iesire ce are la intrare; ambele circuite sunt in aceeasi stare;

-circuitul slave este deconectat;

-circuitul master este conectat, devine transparen si isi schimba starea datorita semnalelor existente pe intrarile si ale circuitului;

-la scaderea tensiunii:

-circuitul master se deconecteaza;

-circuitul slave se conecteaza si isi schimba si el starea.

Daca pe cel putin cate una din intrarile si se aplica nivel logic '0', circuitul va trece in starea corespunzatoarea combinatiei respective la primul impuls aplicat pe , la celelalte pastrandu-si starea.

Daca pe toate intrarile se aplica nivel logic '1' si pe cel putin una din intrarile nivel logic '0', o comanda pe intrarea duce la starea = 1 si = 0, daca circuitul ne era deja in aceasta stare.

Daca pe toate intrarile se aplica nivel logic '0' si pe cel putin una din intrarile nivel logic '0', o comanda de tact duce la starea logica = 1 si = 0, daca circuitul ne era deja in aceasta stare.

7. Pentru efectuarea experimentarilor, se identifica montajul realizat conform schemei logice din fig.15. In schema, in punctele si sunt conectate circuite care pun in evidenta starea logica a circuitului prin utilizarea unor diode electroluminiscente (martori logici) sau intrari pe osciloscop. Se alimenteaza cu = + 5 V, intrarile si sunt lasate in gol, iar potentiometrul se aduce la valoarea minima. Se noteaza starile logice ale marimilor si . Valorile initiale si nu au importanta.

Cu ajutorul potentiometrului se modifica incet tensiunea in punctul de la zero la valoarea maxima. Se masoara tensiunile corespunzatoare punctelor ,,,, in care au loc schimbari ale starilor circuitului, conform descrierii functionarii circuitului.

8. Se verifica functionarea circuitului aplicand pe intrarile si urmatoarele nivele logice:

= '0', = '0'; = '1', = '0'; = '0', = '1'. Nivel logic '1' se obtine lasand intrarea respectiva in gol sau conectand-o la + , iar nivel logic '0' prin cuplare la masa.

Pentru fiecare combinatie se aplica un impuls de tensiune cu ajutorul potentiometrului pe intrarea de tact si se verifica starile iesirilor inainte si dupa aplicarea lui.

9. Circuitul basculant monostabil integrat CDB 74121 are doua intrari ( si )prin care poate fi declansat cu fronturile negative ale impulsului de comanda si o intrare () cu histerezis, prin care circuitul poate fi declansat pe frontul crescator al impulsului de comanda. Declansarea pe intrarile sau se face numai daca intrarea se afla la nivel logic '1', iar pe intrarea numai daca una din intrarile sau se afla la nivel logic '0'. Simbolul circuitului ce contine si logica de comanda, este reprezentata in fig.17.

9.1. Durata impulsului generat, atunci cand se cupleaza un circuit de temporizare extern, este data de relatia: = ln 2 (11)

Capacitatea externa se cupleaza intre cele doua borne precizate, iar rezistenta R_ex se cupleaza intre borna respectiva si . Durata impulsului generat este independenta de tensiunea de alimentare, si de temperatura, datorita unor compensari interne.

Timpul de revenire a schemei depinde de capacitatea introdusa in circuit; factorul de umplere maxim al impulsurilor, ce se poate obtine, variaza intre 0,9 (pentru = 40 kW valoarea maxima admisa pentru varianta comerciala a circuitului) si 0,67 (pentru = 2 kW); de remarcat faptul ca nu poate fi mai mic de 1,4 kW, pentru a preveni distrugerea circuitului.

9.2. Pentru obtinerea unui impuls de durata foarte scurta (de exemplu, pentru resetarea unor circuite bistabile) este suficient sa se cupleze pinul 9 () la pinul 16 (). Se va obtine un impuls pozitiv (), respectiv unul negativ () de durata 30-35 nsec.

9.3. In circuitul de temporizare din fig.18, pentru incarcarea capacitatii se foloseste un generator de curent constant comandat de tensiunea . Curentul de incarcare, , depinde atat de cat si de si astfel se realizeaza o conversie tensiune-durata.

10.1. Se experimenteaza circuitul basculant monostabil integrat CDB 74121, alimentat la = 5 V.

Se conecteaza pinul 9 la pinul 14 si se aplica impulsuri de comanda la intrarea (intrarile si sunt conectate la , printr-o rezistenta). Se masoara durata impulsului generat.

10.2. Se conecteaza circuitul de temporizare = 15 nF si = 12 kW. Se aplica impulsuri de comanda la intrarea cu perioada suficient de mare. Se vizualizeaza formele de unda (pe intrarea de cc a osciloscopului) si se masoara durata impulsului generat si factorul de umplere maxim ce se poate obtine.

10.3. Se conecteaza circuitul de temporizare din fig. Pe baza tranzistorului se aplica tensiune continua cuprinsa intre 0 si 5 V si se masoara dependenta duratei impulsurilor generate de tensiunea aplicata. Pentru = 2 V, se vizualizeaza formele de unda la pinii 6, 9, 11 si 1 ai circuitului si se comenteaza.