ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

1. Изучить:

а) модели биполярных транзисторов и схемы замещения ключей в статических состояниях,

б) влияние резистивной нагрузки (параллельно транзистору или коллекторному резистору) на токи и напряжения в ключах в статических состояниях,

в) физику процессов при переключении транзистора из запертого состояния в насыщенное (задержка отпирания, фронт включения, накопление заряда) и из насыщенного состояния в запертое (рассасывание избыточного заряда, фронт выключения),

г) влияние коллекторной емкости и емкости нагрузки на переходные процессы в ключах,

д) особенности статических режимов и переключения транзисторов в ключе с управляющим транзистором (рис.2),

е) принцип работы базового логического элемента ТТЛ (рис.6), его свойства и характеристики (физика работы в статических состояниях и в режиме переключения, реализуемая логическая функция, стандартные статические и динамические параметры, работа при подключении нагрузки и сохранение работоспособности при ее подключении).

2. Исходные данные для выполнения расчетов (параметры элементов схем рис.1 и рис.2, в скобках приведены имена параметров моделей биполярных транзисторов, используемые в программе Micro-Cap):

, , , , , , , , , , , .

3. Рассчитать для схемы рис.1, используя соответствующие модели транзистора:

а) статическое напряжение , при котором транзистор отпирается,

б) статическое напряжение , при котором транзистор входит в насыщение,

в) статические уровни выходного напряжения для ненагруженного ключа,

г) статические уровни выходного напряжения, если параллельно транзистору включен резистор нагрузки ,

д) минимальное сопротивление резистора нагрузки , включенного параллельно резистору , при котором открытый транзистор остается насыщенным,

е) зависимости длительности фронта включения , длительности стадии рассасывания и длительности фронта выключения от амплитуды входных отпирающих импульсов.

4. Рассчитать для схемы рис.2, используя соответствующие модели транзистора, длительность стадий переключения ключа , , , если ключ управляется положительными импульсами с амплитудой . Начальный уровень входного напряжения считать равным нулю.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

(Результаты по всем пунктам программы работы документировать и включить в отчет)

1. Вызвать программу Micro-Cap (ярлык Micro-Cap Evaluation 8.0)

2. Открыть (File > Open > DATA RUS > 1p-1.CIR) и исследовать

Схему 1:

а) получить передаточные характеристики (ПХ) ключей (Analysis > DC... > Run);

б) определить по ним напряжения, при которых транзисторы открываются и при которых входят в насыщение, сравнить полученные значения с расчетными;

в) определить и объяснить значения статических уровней ПХ;

г) подключить нагрузку R5 на выход ключа и повторить п.п. а) и в), сравнить значения уровней ПХ с результатами расчета;

д) получить ПХ ключей при вариации сопротивления нагрузки R5 (DC > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменением формы ПХ, задокументировать и объяснить изменения;

е) выключить режим вариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC > Stepping > Step It No > OK > F3);

ж) выключить нагрузку R5;

з) получить переходные характеристики ключей (Analysis >

Transient > Run), определить стадии переходных процессов при включении и выключении транзисторов, сравнить работу ключей и объяснить результаты;

и) получить переходные характеристики ключей при вариации амплитуды управляющих импульсов (Transient > Stepping > Step It Yes > OK > F2); получить и построить графики зависимостей длительности фронта включения, длительности стадии рассасывания, длительности фронта выключения от амплитуды входных импульсов, сравнить с расчетными зависимостями; проследить за изменением формы выходных импульсов, задокументировать изменения;

к) выключить режим вариации амплитуды управляющих импульсов и выйти из режима анализа (Transient > Stepping > Step It No > OK > F3);

л) закрыть Схему 1 (File > Сlose > No Save...).

2. Открыть (File > Open > DATA RUS > 1p-2.CIR) и исследовать

Схему 2:

а) получить статические характеристики выходного напряжения и входного тока от значения статического напряжения на входе ключа (Analysis > DC... > Run) и объяснить поведение и параметры полученных характеристик;

б) подключить нагрузку R3 и повторить п. а), сравнить и объяснить различие характеристик нагруженного и ненагруженного ключа;

в) получить статические характеристики ключей при вариации сопротивления нагрузки R3 (DC > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменениями характеристик, задокументировать и объяснить изменения; определить минимальное допустимое сопротивление нагрузки, при котором выходное напряжение не превышает стандартное значение для элементов ТТЛ;

г) выключить режим вариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC > Stepping > Step It No > OK > F3);

д) выключить нагрузку R3;

е) закрыть Схему 2 (File > Сlose > No Save...).

3. Открыть (File > Open > DATA RUS > 1p-3.CIR) и исследовать

Схему 3:

а) получить статические характеристики выходного напряжения , входного тока и тока в резисторе выходного каскада от значения входного статического напряжения (Analysis > DC... > Run); объяснить поведение характеристик;

б) определить параметры характеристик входного тока и выходного напряжения и их соответствие стандартным значениям для элементов ТТЛ;

в) повторить п.п. а) и б) при вариации сопротивления нагрузки R5 (Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменениями характеристик, задокументировать и объяснить изменения; определить минимальное допустимое сопротивление нагрузки, при котором выходное напряжение не ниже стандартного значения для элементов ТТЛ;

г) выключить режим вариации сопротивления нагрузки и выйти из режима анализа (DC > Stepping > Step It No > OK > F3);

д) получить временную диаграмму выходного напряжения при воздействии на вход импульсного напряжения (Analysis >Transient > Run); измерить задержки фронтов выходного напряжения и их соответствие стандартным значениям базового элемента 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 базовой схемы рис.3 как логического элемента;

ж) выйти из режима анализа (F3);

з) закрыть Схему 3 (File > Сlose > No Save...).

4. Открыть (File > Open > DATA RUS > 1p-4.CIR) и исследовать

Схему 4:

а) отключить внешние ЛЭ (нагрузку) от выхода Y исследуемой схемы;

б) определить статические и динамические параметры ЛЭ;

в) коммутируя линии подключения нагрузки, повторить п. б) для разного числа входов нагрузки;

в) сформулировать выводы о влиянии нагрузки на рабочие параметры ЛЭ;

г) выйти из режима анализа (F3);

д) закрыть Схему 4 (File > Сlose > No Save...).

5. Получить у преподавателя дополнительное задание по работе.

Требования к отчёту

Отчёт должен содержать: а) все расчёты и графики, предусмотренные заданием на предварительную подготовку; б) все схемы и результаты их исследования, предусмотренные программой выполнения работы и дополнительным заданием преподавателя; в) анализ полученных результатов и их соответствия расчётным значениям и стандартным характеристикам логических элементов ТТЛ, ТТЛШ.

Контрольные вопросы

1. Получите линейные схемы замещения транзистора для режимов отсечки, насыщения, активного в ключах на биполярных транзисторах.

2. Каковы значения токов и напряжений в ненагруженном ключе на биполярных транзисторах для режимов транзистора – отсечки, насыщения, активного?

3. Каковы значения токов и напряжений в ключе на биполярных транзисторах для режимов транзистора – отсечки, насыщения, если к выходу ключа подключена резистивная нагрузка?

4. Каковы значения токов и напряжений в ключе на биполярных транзисторах для режимов транзистора – отсечки, насыщения, если к выходу ключа подключен такой же ключ?

5. Постройте передаточные характеристики логического элемента ТТЛ (ненагруженного, нагруженного на резистивную нагрузку, нагруженного на такой же логический элемент).

6. Какие факторы определяют быстродействие транзисторного ключа (логического элемента ТТЛ)? Из каких этапов состоят процессы переключения? Объясните физические процессы в ключе на каждом этапе процесса переключения.

7. Как влияют параметры транзистора и параметры нагрузки на длительность каждого этапа процесса переключения?

8. Какими способами повышается быстродействие ключей, логических элементов на биполярных транзисторах? Объясните физическое содержание этих способов.

9. Какие логические операции реализуют транзисторные ключи, логические элементы ТТЛ?

11. Приведите значения стандартных статических параметров микросхем существующих серий на базе логических элементов ТТЛ, ТТЛШ.

12. Приведите значения стандартных динамических параметров микросхем существующих серий на базе логических элементов ТТЛ, ТТЛШ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: