Gerbang Logik TTL

Analisis Gerbang Logika NAND dan Tabel Kebenarannya (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Gerbang Logik TTL

Litar Digital


soalan 1

Amalan pengiraan: mengira dari sifar hingga tiga puluh satu dalam perduaan, oktaf, dan heksadesimal:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tiada jawapan yang diberikan di sini - bandingkan dengan rakan sekelas anda!

Nota:

Untuk membiasakan pelajar dengan sistem pengiraan "pelik" ini, saya ingin memulakan setiap arahan digital litar dengan mengira amalan. Pelajar perlu fasih dalam sistem penghitungan ini pada masa mereka selesai mempelajari litar digital!

Satu cadangan yang saya berikan kepada pelajar untuk membantu mereka melihat corak dalam urutan kiraan adalah "pad" nombor-nombor dengan nol utama supaya semua nombor mempunyai bilangan huruf yang sama. Sebagai contoh, bukannya menulis "10" untuk nombor dua perduaan, tulis "00010". Dengan cara ini, corak watak berbasikal (terutamanya binari, di mana setiap bit yang bernilai tinggi berturut-turut mempunyai separuh frekuensi yang sebelum itu) menjadi lebih jelas untuk dilihat.

Soalan 2

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar digital memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Lukis gambarajah skematik untuk litar digital untuk dianalisis.
  2. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  3. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  4. Menganalisis litar, menentukan semua keadaan logik output untuk syarat input yang diberikan.
  5. Berhati-hati mengukur keadaan logik tersebut, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  6. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan, semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap rajah, kemudian teliti semula menganalisis litar dan mengukur semula.

Sentiasa pastikan tahap voltan bekalan kuasa berada dalam spesifikasi bagi litar logik yang anda gunakan. Jika TTL, bekalan kuasa mestilah menjadi bekalan 5-volt yang dikawal selia, diselaraskan kepada nilai yang mendekati 5.0 volt DC yang mungkin.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramalkan pelbagai keadaan logik. Dengan cara ini, teori digital "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan Boolean atau mempermudah peta Karnaugh.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan keadaan logik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Saya sangat mengesyorkan litar logik CMOS untuk eksperimen di rumah, di mana pelajar mungkin tidak mempunyai akses kepada bekalan kuasa terkawal 5 volt. Litar CMOS moden jauh lebih lasak berkaitan dengan pelepasan statik daripada litar CMOS yang pertama, jadi kebimbangan para pelajar yang merosakkan peranti ini dengan tidak mempunyai makmal "betul" yang ditubuhkan di rumah sebahagian besarnya tidak berasas.

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 3

Kenal pasti setiap nama logik ini dengan nama, dan lengkapkan jadual kebenaran masing-masing:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Untuk membiasakan pelajar dengan jenis pintu masuk standard logik, saya suka memberi mereka amalan dengan jadual pengenalan dan kebenaran setiap hari. Pelajar perlu mengenali jenis pintu masuk logik ini sekilas, atau mereka akan menghadapi kesukaran menganalisis litar yang menggunakannya.

Soalan 4

Jenis litar logik digital yang paling mudah adalah penyongsang, juga dikenali sebagai penimbal penyongsangan, atau TIDAK pintu . Berikut adalah gambarajah skematik untuk pintu inverter yang dibina daripada transistor bipolar (transistor-ke-transistor-logik, juga dikenali sebagai TTL ), ditunjukkan disambungkan kepada suis SPDT dan LED:

Transistor paling kiri dalam skema ini sebenarnya tidak digunakan sebagai transistor, tetapi ia berfungsi sebagai rangkaian "pemacu dioda", seperti ini:

Tentukan status LED dalam setiap dua kedudukan suis input. Nyatakan tahap logik suis dan LED dalam bentuk jadual kebenaran:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Mahukah pelajar anda menerangkan operasi litar TTL ini, menerangkan bagaimana keadaan logik songsang dihasilkan pada terminal output, dari keadaan masukan yang diberikan.

Soalan 5

Berikut adalah skema dalaman logik logik TTL. Berdasarkan analisa litar transistor anda, tentukan jenis pintu gerbang (AND, OR, NAND, NOR, XOR, dan sebagainya).

Petunjuk: transistor dua pemancar sedang digunakan sebagai sepasang dioda, dan bukan sebagai alat menguatkan!

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah litar pintu NAND.

Nota:

Litar TTL sebenarnya agak mudah untuk dianalisis berbanding dengan litar penguat analog! Bincangkan dengan pelajar anda menggunakan transistor dwi-emitter sebagai rangkaian "stereng" dioda: ini adalah helah yang digunakan oleh pengeluar IC, untuk mendapatkan tiga diod untuk "harga" satu transistor.

Soalan 6

Konsep yang sangat penting untuk difahami dalam litar digital ialah perbezaan antara penyumberan semasa dan tenggelam semasa . Sebagai contoh, periksa litar pintas inverter TTL ini, disambungkan kepada beban:

Litar keluaran pintu gerbang ini biasanya dirujuk sebagai "totem-pole, " kerana kedua-dua transistor output disusun satu di atas yang lain seperti angka di kutub totem. Adakah litar gerbang dengan peringkat keluaran totem-pole dapat sumber arus beban, arus beban tenggelam, atau melakukan kedua-dua "# 6"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gerbang TTL dilengkapi dengan litar keluaran totem-pole yang dapat kedua-dua sumber dan arus beban tenggelam . Dalam kes ini, cara beban (LED) disambungkan ke output pintu, pintu hanya akan menjadi sumber semasa. Walau bagaimanapun, gerbang itu mampu menenggelamkan arus dari beban, jika hanya beban yang terhubung secara berbeza.

Soalan susulan: adakah peranti input yang memacu litar pintas TTL (suis dalam contoh khusus ini) perlu mengalirkan arus, tenggelam semasa, atau kedua-duanya?

Soalan cabaran: terangkan bagaimana anda akan mengira kemampuan semasa dan kebolehan tenggelam semasa litar pintu logik ini, jika anda diberi nilai dan parameter komponen dalaman.

Nota:

Konsep yang sangat penting untuk mendapatkan sumber berbanding tenggelam adalah lebih baik difahami dari perspektif notasi aliran semasa konvensional . Istilah ini kelihatan mundur apabila notasi aliran elektron digunakan untuk mengesan arus melalui transistor output.

Salah satu titik kekeliruan yang saya alami di kalangan pelajar ialah semasa boleh pergi sama ada arah (masuk atau keluar) dari pintu dengan transistor output totem-tiang (dapat tenggelam atau sumber arus). Sesetengah pelajar seolah-olah mempunyai kesukaran konseptual dengan arus masuk ke terminal keluaran litar pintas, kerana mereka keliru mengaitkan "keluar" keluar sebagai rujukan kepada arahan semasa, dan bukan arah arahan maklumat atau data.

Analogi yang saya gunakan untuk membantu pelajar mengatasi masalah ini ialah dua orang yang membawa tiang panjang:

Katakan orang-orang ini berada di dalam bilik yang gelap dan bising, dan mereka menggunakan tiang itu sebagai alat komunikasi mudah di antara mereka. Contohnya, seseorang boleh tarik tiang untuk mendapatkan perhatian orang lain. Mungkin mereka juga dapat mengembangkan sistem kod mudah untuk menyampaikan fikiran (1 tug = hello; 2 tugs = selamat tinggal; 3 tugs = Saya rasa ini adalah cara yang bodoh untuk berkomunikasi; 4 tugs = biarkan meninggalkan bilik ini dan sebagainya). Sekiranya salah satu daripada orang menolak tiang dan bukannya menarik tiang untuk mendapatkan perhatian orang lain, adakah arah gerakan tiang mengubah arah komunikasi antara kedua-dua orang "panel kerja panel panel lalai" itemcope>

Soalan 7

Konsep yang sangat penting untuk difahami dalam litar digital ialah perbezaan antara penyumberan semasa dan tenggelam semasa . Contohnya, periksa litar pintas inverter TTL pengumpul terbuka ini, disambungkan kepada beban:

Pintu pengumpul terbuka secara khusus ditetapkan dalam simbol skema mereka dengan penanda dalam bentuk pintu gerbang:

Adakah litar gerbang ini dapat memuat arus beban, arus beban tenggelam, atau melakukan kedua-dua "# 7"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar pintu pemungut terbuka hanya dapat menenggelamkan arus beban. Mereka tidak boleh "sumber" sebarang beban semasa sama sekali.

Soalan susulan # 1: apa yang perlu ditambah pada litar pintu yang ditunjukkan, agar ia dapat mempunyai keupayaan untuk menanggung arus beban semasa serta beban arus tenggelam?

Soalan susulan # 2: menerangkan bagaimana anda akan mengira kemampuan tenggelam semasa litar pintu logik ini, jika anda diberikan nilai dan parameter komponen dalaman.

Nota:

Konsep yang sangat penting untuk mendapatkan sumber berbanding tenggelam adalah lebih baik difahami dari perspektif notasi aliran semasa konvensional . Istilah ini kelihatan mundur apabila notasi aliran elektron digunakan untuk mengesan arus melalui transistor output.

Salah satu titik kekeliruan yang saya alami di kalangan pelajar ialah semasa boleh pergi sama ada arah (masuk atau keluar) dari pintu dengan transistor output totem-tiang (dapat tenggelam atau sumber arus). Sesetengah pelajar seolah-olah mempunyai kesukaran konseptual dengan arus masuk ke terminal keluaran litar pintas, kerana mereka keliru mengaitkan "keluar" keluar sebagai rujukan kepada arahan semasa, dan bukan arah arahan maklumat atau data.

Analogi yang saya gunakan untuk membantu pelajar mengatasi masalah ini ialah dua orang yang membawa tiang panjang:

Katakan orang-orang ini berada di dalam bilik yang gelap dan bising, dan mereka menggunakan tiang itu sebagai alat komunikasi mudah di antara mereka. Contohnya, seseorang boleh tarik tiang untuk mendapatkan perhatian orang lain. Mungkin mereka juga dapat mengembangkan sistem kod mudah untuk menyampaikan fikiran (1 tug = hello; 2 tugs = selamat tinggal; 3 tugs = Saya rasa ini adalah cara yang bodoh untuk berkomunikasi; 4 tugs = biarkan meninggalkan bilik ini dan sebagainya). Sekiranya salah satu daripada orang menolak tiang dan bukannya menarik tiang untuk mendapatkan perhatian orang lain, adakah arah gerakan tiang mengubah arah komunikasi antara kedua-dua orang "panel kerja panel panel lalai" itemcope>

Soalan 8

Berdasarkan analisis litar pintas logik TTL tipikal (rujuk lembar data untuk pintu logik TTL jika anda memerlukan gambarajah skematik dalaman untuk litar pintu), tentukan keadaan logik apa yang diandaikan oleh input pintu TTL apabila dibiarkan "terapung "(Terputus).

Apa ramuan yang ada untuk kami apabila memilih peranti input untuk pintar logik TTL? Jika, misalnya, kami ingin menggunakan suis tunggal-tukul tunggal (SPST) sebagai peranti input untuk pintu masuk logik TTL, apakah cara terbaik untuk menyambungkan peranti sedemikian kepada input TTL? Sekiranya suis menyambung input TTL ke V CC apabila ditutup, atau harus menyambung input ke V EE apabila ditutup? Mengapa perkara itu penting? Jelaskan jawapan anda secara terperinci.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Peranti input TTL mesti tenggelam semasa : iaitu, mereka mesti meletakkan input pintu TTL di salah satu daripada negeri mereka. Saya akan membiarkan anda memikirkan mengapa ini begitu, dari gambarajah skematik litar pintar logik TTL.

Nota:

Untuk semakan, tanya pelajar anda apakah simbol-simbol V CC dan V EE dengan merujuk kepada litar TTL.

Etika TTL yang betul adalah amat penting bagi pelajar untuk memahami, jika mereka berjaya membina litar digital (terutamanya apabila mencampurkan TTL dengan jenis logik lain!).

Soalan 9

Siasatan logik merupakan alat yang sangat berguna untuk bekerja dengan litar logik digital. Ia menunjukkan keadaan logik "tinggi" dan "rendah" dengan cara LED, memberikan petunjuk visual hanya jika tahap voltan sesuai untuk setiap keadaan.

Berikut adalah gambarajah skematik untuk penyiasatan logik yang dibina menggunakan pencari. Setiap komparator mempunyai potensiometer pelarasan ambang, supaya ia boleh ditetapkan untuk menyatakan keadaan logik masing-masing hanya jika voltan isyarat berada dalam julat yang dinyatakan oleh pengeluar logik:

Apabila litar probe logik ini disambungkan ke terminal bekalan kuasa V CC dan V EE bagi litar TTL yang berkuasa, apakah tahap voltan yang harus diuji titik TP1 dan TP2 diselaraskan, supaya siasatan dengan betul menunjukkan "tinggi" dan "rendah "Logik TTL menyatakan" # 9 "> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan membiarkan anda melakukan penyelidikan sendiri mengenai soalan ini. JANGAN mendapatkan jawapan anda dari buku teks, tetapi berunding dengan lembaran pengeluar!

Persoalan susulan: memandangkan tahap voltan standard V CC 5.0 volt untuk litar TTL, dan dengan mengandaikan penggunaan LED yang menurunkan 1.7 volt pada 20 mA, hitung nilai rintangan yang sesuai untuk kedua-dua rintangan LED yang menghadkan semasa.

Soalan cabaran: litar probe logik yang ditunjukkan adalah minima dalam komponen komponen. Untuk membuat penyelidikan yang lebih praktikal dan boleh dipercayai, seseorang mungkin akan mempunyai perlindungan polariti terbalik (sekiranya seseorang tidak sengaja menyambung probe ke belakang merentasi bekalan kuasa) dan juga menanggalkan kekebalan terhadap bunyi elektrik. Tambah komponen apa pun yang anda fikir perlu ada dalam litar ini untuk menyediakan ciri-ciri ini.

Nota:

Pelajaran yang paling jelas mengenai soalan ini adalah untuk memperkenalkan (atau mengkaji semula kes itu) tujuan dan operasi penyelidikan logik. Walau bagaimanapun, soalan ini juga merupakan pengenalan veil (atau ulasan) tahap logik TTL.

Soalan 10

Seorang pelajar membina litar digital berikut pada papan roti tanpa solder (sebuah "papan proto"):

Litar DIP adalah penyongsang TTL hex (ia mengandungi enam "inverter" atau "TIDAK" logik pintu), tetapi hanya satu daripada pintu ini digunakan dalam litar ini. Matlamat pelajar adalah untuk membina litar logik yang memberi tenaga kepada LED apabila suis tukup tombol tidak disokong, dan de-energized LED apabila suis ditekan: supaya LED menunjukkan keadaan terbalik suis itu sendiri. Walau bagaimanapun, dalam kenyataannya, LED tidak memberi tenaga sama ada keadaan menukar suis.

Soalan pertama: bagaimana anda menggunakan multimeter sebagai penyelidikan logik untuk memeriksa keadaan logik titik dalam litar ini, untuk menyelesaikannya "# 10"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk menggunakan multimeter sebagai penyiasatan logik, sambungkan ujian biasa (hitam) ke tanah bekalan kuasa, tetapkan meter untuk mengukur voltan DC (skala 0-5 volt akan menjadi sempurna dalam aplikasi ini), dan kemudian gunakan yang lain mengetuai ujian (merah) untuk menyiasat pelbagai titik litar.

Masalah dengan litar pelajar ini adalah suis input: ia tidak memberikan keadaan "rendah" padat apabila terbuka. Sebaliknya, input penyongsang dibiarkan "terapung" apabila suis tidak digerakkan. Terdapat lebih daripada satu cara untuk membaiki kecacatan reka bentuk ini, tetapi saya akan meninggalkan butirannya untuk anda!

Nota:

Bincangkan masalah "terapung" atau "tinggi-Z" negeri dengan pelajar anda. Ia sentiasa merupakan idea yang baik untuk menghapuskan keadaan logik yang samar-samar seperti ini dalam litar yang anda bina.

Soalan 11

Lukis laluan semua arus dalam litar ini dengan input dalam keadaan "rendah":

Sekarang, lukis laluan semua arus dalam litar ini dengan input dalam keadaan "tinggi":

Di mana kuasa yang dibekalkan untuk setiap LED "# 11"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam setiap senario, kuasa LED dibekalkan oleh V CC dan tanah: sumber kuasa DC. Perhatikan bahawa suis input hanya "memberitahu" output apa yang perlu dilakukan dan bukannya mengendalikan arus beban sebenar, sama seperti input penguat operasi atau komparator.

Nota:

Penggunaan notasi aliran konvensional (berbanding dengan aliran elektron) menjadi sangat jelas dalam jawapan ini, kerana litar atas adalah satu arus sumber dan litar bawah adalah arus tenggelam .

Seperti penguat operasi, saya dapati menunjukkan kepada beberapa pelajar bahawa input litar pintas logik tidak tenggelam atau beban beban semasa. Fakta ini menggariskan keperluan untuk membekalkan kuasa DC ke pintu masuk logik untuk operasi yang betul.

Soalan 12

Litar digital yang ditunjukkan di sini adalah pengesan undi sebulat suara-ya. Undian dibuang oleh lapan pengundi yang berbeza dengan penetapan suis sama ada kedudukan tertutup (ya) atau terbuka (nay). Menurut fungsi logik yang disediakan oleh pintu TTL, LED akan memberi tenaga jika dan hanya jika semua suis ditutup:

Seperti biasa dalam skema litar digital, bekalan kuasa (V CC ) ditinggalkan demi kesederhanaan. Ini serupa dengan penolakan sambungan bekalan kuasa dalam skema litar penguat operasi.

Jika kita hendak membuat jadual kebenaran untuk litar ini, berapa besar (bilangan baris dan lajur) akan jadualnya harus "# 12"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: jelaskan mengapa perintang pullup tidak diperlukan dalam litar ini.

Soalan cabaran: kadang-kadang jurutera dan juruteknik sama-sama mengabaikan penyelesaian yang paling elegan (cantik mudah) dalam usaha mereka untuk menyelesaikan masalah. Penyelesaian yang ditunjukkan di sini, sementara praktikal, menyelesaikan masalah dengan menambah komponen ke litar. Bolehkah anda memikirkan cara kami boleh membina pengesan undi sebulat suara-ya dengan menggunakan komponen yang kurang daripada litar LED asal "nota tersembunyi"> Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda mengapa kami mungkin mahu menggunakan pasangan Darlington dan bukan satu transistor tunggal untuk litar output "pemacu" akhir. Juga, tanyakan kepada mereka mengapa kita perlu mempunyai resistor yang disambungkan antara output pintu dan pangkalan transistor. Kenapa tidak langsung menyambung output pintu ke pangkal transistor?

Anda mungkin mahu mencabar pelajar anda dengan soalan ini: "Katakan orang yang membina litar ini menggunakan pintu pengumpul terbuka sepanjang. Secara keseluruhannya, ia tidak berfungsi, sama ada untuk menyalakan lampu LED atau untuk menelefon loceng. Walau bagaimanapun, hanya satu daripada pintu yang diperlukan untuk menghasilkan keluaran 'totem-tiang' standard agar litar berfungsi dengan baik. Pintu yang manakah? "

Soalan 13

Gerbang Totem-tiang TTL biasanya berbeza jauh dengan arus sumber maksima berbanding arus tenggelam maksimum (I OH versus I OL ). Kenal pasti penarafan semasa yang biasanya lebih besar, dan juga jelaskan mengapa ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya OL biasanya lebih besar daripada OH saya untuk pintu TTL dengan litar output totem-tiang. Alasan untuk ini harus jelas dari pemeriksaan litar dalaman.

Nota:

Perlu diingatkan bahawa pintu gerbang totem tiang totem benar-benar dapat menghasilkan lebih banyak arus berbanding apa yang diiklankan tanpa mengalami kerosakan. Keterbatasan yang teruk pada arus suntikan adalah lebih daripada fungsi tinggal dalam margin tegangan keluaran yang dibenarkan untuk TTL daripada fungsi pemanasan cip. Oleh itu, anda biasanya boleh menggunakan pintu TTL totem-pole untuk memancarkan 20 mA ke LED tanpa bahaya, walaupun voltan keluaran keadaan "tinggi" (apabila LED dinyalakan) akan jauh di bawah ambang yang boleh diterima untuk input pintu TTL.

Soalan 14

Dalam litar digital berkelajuan tinggi, parameter pintu masuk logik yang sangat penting ialah kelewatan penyebaran : masa kelewatan antara perubahan keadaan pada input pintu dan perubahan keadaan yang sama pada output pintu itu. Rujuk lembaran pengeluar untuk sebarang logik logik TTL dan laporkan masa penambakan tipikal yang diterbitkan di sana.

Juga, jelaskan apa yang menimbulkan kelewatan penyebaran dalam pintu logik. Mengapa tidak berubah dalam keadaan output seketika apabila perubahan input menyatakan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan meninggalkan penyelidikan mengenai jumlah penyebaran masa penyebaran khusus kepada anda! Sebab kelewatan penyebaran ada kerana transistor tidak dapat menghidupkan dan mematikan serta-merta. Dalam transistor bipolar, ini adalah disebabkan oleh masa yang diperlukan untuk menubuhkan aliran pembawa minoriti dalam lapisan dasar transistor (untuk menghidupkannya), dan untuk "menyapu" pembawa caj minoriti dari pangkalan (untuk mematikannya) .

Soalan susulan: Apakah perbezaan di antara peralihan keluaran yang tinggi ke rendah berbanding peralihan keluaran yang rendah ke pintu yang anda kaji? Peralihan mana yang lebih cepat?

Nota:

Saya sengaja mengabaikan jawapan untuk soalan ini, bukan sahaja kerana saya mahukan pelajar melakukan penyelidikan sendiri, tetapi juga kerana ia menjadikannya lebih menarik apabila pelajar merujuk pelbagai lembaran data dan memperoleh jawapan yang berbeza (untuk "keluarga" logik yang berbeza)!

Soalan 15

Gerbang logik adalah terhad pada bilangan input pintu yang satu output boleh dipercayai memandu. Had ini dirujuk sebagai peminat :

Terangkan mengapa had ini wujud. Apakah yang dimaksudkan dengan pembinaan pintu masuk logik TTL yang secara amnya menghadkan bilangan input TTL bahawa mana-mana output TTL boleh memandu "# 15"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Had kipas untuk TTL wujud kerana keluaran TTL perlu tenggelam semasa dari input TTL dalam keadaan "rendah", dan keupayaan tenggelam semasa mereka terhad oleh transistor output di pintu masuk. Sekiranya had peminat ini melebihi, tahap voltan pada input pintu yang didorong boleh meningkat di atas had pematuhan yang lebih rendah.

Nota:

Bagi litar digital yang sederhana yang mula membina pelajar, peminat jarang menjadi masalah. Kemungkinan besar ialah pelajar akan cuba memacu beban yang terlalu "berat", menyebabkan masalah tahap voltan yang sama.

Soalan 16

Terangkan mengapa amnya adalah amalan reka bentuk yang sangat buruk untuk menyambungkan output pintu-pintu logik yang berbeza bersama-sama, seperti ini:

Walau bagaimanapun, terdapat keadaan tertentu tertentu di mana output pintu "paralleling" boleh diterima. Sebagai contoh, ia adalah baik untuk selari dua atau lebih inverter, seperti ini:

Tiada kerosakan akan dilakukan jika output pintu pengumpul terbuka sama, sama ada (walaupun fungsi logik yang dihasilkan mungkin aneh):

Dan akhirnya, pintu-pintu yang mempunyai output tri-negara mungkin juga mempunyai output yang dipadankan jika langkah-langkah tertentu diambil:

Apa, khususnya, menyebabkan pintu akan rosak dengan "paralleling" output mereka "# 16"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pintu logik akan rosak jika seseorang cuba untuk menyingkirkan output semasa yang diperoleh oleh yang lain.

Nota:

Jawapan yang diberikan memotong di tengah-tengah perkara itu, tetapi saya mahu pelajar menghuraikan butir-butir tersebut. Khususnya, mengapa setiap satu daripada tiga litar paralel yang dapat diterima mengelakkan risiko kerosakan. Pastikan anda menghabiskan masa yang cukup untuk membincangkan output "tri-state" juga. Tanyakan kepada pelajar anda untuk menerangkan apa tiga keadaan output dari "pintu tri-negeri".

Soalan 17

Parameter penting bagi litar pintu logik ialah margin bising . Apa sebenarnya "margin kebisingan, " dan bagaimana ia ditakrifkan untuk pintu-pintu logik?

Khususnya, berapa banyak margin bising yang dibuat litar digital semata-mata terdiri daripada pintu TTL?

Nota: anda perlu berunding dengan lembaran data TTL untuk menjawab soalan ini dengan betul.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Margin kebisingan adalah perbezaan antara batas voltan yang boleh diterima untuk keadaan logik input dan output yang bersamaan.

Nota:

Persoalan ini, yang harus dijawab dengan betul, melibatkan lebih daripada sekadar takrif "margin hingar". Pelajar harus terlebih dahulu menemui bahawa terdapat perbezaan di antara paras pematuhan voltan untuk input pintu berbanding output, kemudian mengakui bahawa perbezaan itu merupakan "margin" voltan AC yang dikenakan ("bising") tidak boleh melebihi. Mereka kemudiannya akan mengemukakan jawapan mereka dari segi spesifikasi pengeluar, yang diperolehi dalam lembaran data. Secara ringkasnya, terdapat banyak penyelidikan yang mesti dijawab untuk menjawab soalan ini, tetapi keputusannya adalah berbaloi!

Soalan 18

Prediksi bagaimana operasi litar pintu logik ini akan terjejas akibat daripada kerosakan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Diode D 1 gagal dibuka:
Diode D 1 gagal:
Diode D 2 gagal dibuka:
Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 2 gagal dibuka:
Resistor R 4 gagal dibuka:

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Diode D 1 gagal dibuka: Tiada kesan.
Diode D 1 gagal: Output selalu dalam keadaan tinggi, kemungkinan kerosakan pada litar apabila suis input berada dalam keadaan tinggi.
Diode D 2 gagal dibuka: Pintu boleh tenggelam semasa dalam keadaan output rendah, tetapi tidak dapat mengalirkan arus dalam keadaan output tinggi.
Resistor R 1 gagal terbuka: Output selalu dalam keadaan tinggi.
Resistor R 2 gagal dibuka: Gate boleh tenggelam beberapa arus dalam keadaan output rendah, tetapi tidak dapat mengalirkan arus dalam keadaan output tinggi. Pintu gerbang mungkin menghadapi masalah untuk mencapai keadaan output "rendah" yang padat.
Resistor R 4 gagal terbuka: Keupayaan terhad untuk mengalirkan arus dalam keadaan output tinggi.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 19

Prediksi bagaimana operasi litar pintu logik ini akan terjejas akibat daripada kerosakan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Diode D 1 gagal dibuka:
Diode D 1 gagal:
Diode D 2 gagal dibuka:
Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 2 gagal dibuka:
Terminal pemancar transistor Q 2 gagal dibuka:
Terminal pemancar Transistor Q 3 gagal dibuka:

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Diode D 1 gagal dibuka: Tiada kesan.
Diode D 1 gagal: Output selalu dalam keadaan tinggi, kemungkinan kerosakan pada litar apabila suis input berada dalam keadaan tinggi.
Diode D 2 gagal dibuka: Tiada kesan.
Resistor R 1 gagal terbuka: Output selalu dalam keadaan tinggi.
Resistor R 2 gagal dibuka: Gate boleh tenggelam beberapa arus dalam keadaan output rendah, tetapi tidak dapat mengalirkan arus dalam keadaan output tinggi. Pintu gerbang mungkin menghadapi masalah untuk mencapai keadaan output "rendah" yang padat.
Terminal pemancar transistor Q 2 gagal dibuka: Output selalu dalam keadaan tinggi.
Terminal pemancar Q 3 transistor gagal dibuka: Pintu boleh tenggelam semasa dalam keadaan output rendah, tetapi tidak dapat mengalirkan arus dalam keadaan output yang tinggi.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 20

Dalam litar TTL, satu sisi bekalan kuasa DC biasanya dilabelkan sebagai "V CC ", manakala bahagian yang lain dilabelkan sebagai "V EE ". Mengapa ini "# 20"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

V CC = Kuasa yang dibekalkan kepada bahagian pengumpul transistor bipolar.

V EE = Kuasa yang dibekalkan kepada bahagian transistor bipolar.

Soalan susulan: Oleh kerana litar TTL menggunakan transistor NPN semata-mata, apakah polariti apa yang mesti mewakili setiap label ini?

Nota:

Persoalan ini adalah kajian yang baik mengenai teori transistor bipolar junction.

Soalan 21

Kisah sejati: sekali-sekali, ada kedai mesin yang mengandungi beberapa alat mesin dikawal komputer (mesin bubut, kilang, penggiling, dan lain-lain), di mana salah satu mesin terbukti sangat "halus" apabila bermula. Kadang-kadang, ia berfungsi dengan baik apabila anda menolak butang "Mula", dan kali lain ia enggan bekerja sama sekali. Masalahnya adalah sangat buruk, ia sampai ke titik di mana ahli-ahli mesin yang bertanggungjawab untuk mengendalikan alat ini menjadi hampir takhayul tentangnya, melakukan tarian ritual sebelum menekan butang "Mula", dengan harapan dapat meningkatkan nasib mereka.

Seorang juruelektrik telah dipanggil untuk berkhidmat mesin ini, tetapi dia tidak dapat menemukan apa-apa yang salah dengan litar kuasa elektrik. Semua peralatan voltan tinggi (transformer, relay, motor, litar kawalan motor, dll) sepertinya berada dalam keadaan baik. Masalahnya, walau apa pun, tinggal di dalam komputer kawalan elektronik mesin. Komputer tidak menghantar isyarat "mula" ke litar kawalan motor apabila butang "Mula" ditolak.

Juruteknik elektronik dipanggil untuk menyelesaikan masalah komputer, dan dia dapat membetulkannya dalam masa beberapa minit. Masalahnya, katanya, adalah bekalan kuasa DC komputer: pengatur voltan tidak dapat diubah. Dengan hanya satu potentiometer, juruteknik itu mampu "mengurangkan" voltan yang dikawal selia kepada 5.00 volt, di mana ia sepatutnya untuk litar TTL.

Voltan bekalan kuasa tidak jauh dari 5.00 volt sebelum juruteknik menyesuaikannya. Sejauh mana voltan bekalan dibenarkan untuk menyimpang untuk litar logik TTL, dan masih menjamin operasi yang betul? Rujuk satu atau lebih datasheet IC untuk litar logik TTL warisan (bukan CMOS 54HCxx dan 74HCxx berkelajuan tinggi) untuk mendapatkan jawapan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan membiarkan anda melakukan penyelidikan sendiri mengenai soalan ini. JANGAN mendapatkan jawapan anda dari buku teks, tetapi berunding dengan lembaran pengeluar!

Nota:

Kisah sebenar ini diberitahu kepada saya oleh salah seorang bekas pelajar saya, yang mempunyai pengalaman sebelumnya dengan penyelenggaraan elektronik sebelum mendaftarkan diri di kelas saya. Moral cerita ini, tentu saja, adalah sensitiviti rangkaian logik TTL kepada variasi voltan bekalan kuasa. Ini akan (dan sepatutnya!) Mengejutkan ramai pelajar anda, yang mungkin digunakan untuk melihat had voltan yang agak luas bagi opamp dan litar analog yang lain.

Soalan 22

Dalam litar ini, sebuah gerbang AND digunakan untuk memberi kawalan suis beralih ke atas penglihatan LED:

"Multivibrator astable" tidak lebih daripada pengayun yang menghasilkan isyarat gelombang persegi pada kekerapan yang rendah, pada tahap voltan TTL standard (0 dan +5 volt).

Plot bentuk gelombang keluaran untuk pintu gerbang (iaitu isyarat voltan ke LED), memandangkan keadaan input berikut:

Petunjuk: ini membantu dalam analisis anda bentuk gelombang digital jika anda mula menulis meja kebenaran untuk pintu masuk yang dipertimbangkan, untuk rujukan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Ramai pelajar mendapati analisis gelombang gelombang litar digital menakutkan pada mulanya, sehingga mereka memahami bahawa ia tidak lebih dari satu perwakilan grafik "0" dan "1" menyatakan keadaan logik dari masa ke masa. Tanyakan kepada pelajar anda untuk berkongsi "tip" mereka tentang cara menghubungkan bentuk gelombang ke meja kebenaran, dan khususnya bagaimana mereka menjawab soalan khusus ini.

Hanya untuk bersenang-senang, anda mungkin ingin meminta pelajar anda mengenal pasti di mana pada masa itu suis togol dibuka, dan jika ia ditutup. Sesetengah pelajar boleh menjawab ke belakang untuk soalan ini, jika mereka tidak menimbangkan dengan teliti bagaimana suis toggle disambungkan dalam litar ini!

Soalan 23

Apakah maksudnya jika anda melihat simbol pintu logik dalam gambarajah skematik dengan angka "S" yang kelihatan aneh di dalamnya "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/ 01281x01.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Angka "S", yang menyerupai lengkung hysteresis BH magnetik, menandakan pintu ini sebagai pencetus Schmitt . Saya akan membiarkan anda melakukan penyelidikan untuk menentukan apakah ini bermakna mengenai fungsi pintu.

Nota:

Pintu pencetus Schmitt sangat diperlukan untuk aplikasi litar logik tertentu. Adalah penting agar pelajar mengenali fungsi dan utiliti mereka.

Secara kebetulan, soalan ini memberikan peluang yang baik untuk mengkaji lengkung histerisis magnetik, kerana mungkin sudah lama sejak teori terakhir mempelajari teori elektromagnetisme!

Soalan 24

Untuk pintar TTL yang benar (bukan CMOS berkelajuan tinggi), apakah keadaan logik lalai bagi garisan input yang terapung (tidak disambungkan ke V CC atau Ground)? Terangkan mengapa ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Input TTL terapung secara amnya menganggap keadaan "tinggi" kerana dioda stereng / rangkaian perintang di peringkat input setiap litar pintu.

Nota:

Jawapan yang diberikan tidak memberikan terperinci yang cukup untuk menjelaskan mengapa input TTL cenderung terapung tinggi, jadi saya cadangkan anda memaparkan skema gerbang TTL dalaman untuk pelajar anda menganalisa dan mengulas di dalam kelas.

Soalan 25

Terangkan mengapa julat voltan bekalan kuasa yang dibenarkan untuk pintar logik TTL (bukan CMOS berkelajuan tinggi) benar sangat sempit. Apakah jenis bekalan voltan biasa untuk pintu TTL yang benar, dan mengapa tidakkah jenis pintu logik ini beroperasi dari pelbagai voltan seperti CMOS gates?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Oleh kerana keperluan biasing transistor bipolar konstituennya, litar TTL memerlukan voltan bekalan kuasa yang lebih dekat daripada CMOS. Saya akan membiarkan anda menyelidik apa yang biasa ini!

Nota:

Ramai litar logik 74xx dan 74LSxx yang lama dianggap usang tetapi masih boleh didapati dalam banyak peralatan operasi! Ia bukan sesuatu yang luar biasa untuk membuat kesilapan pelajar meneliti lembaran data keluarga logik yang lebih baru seperti 74HCxx yang mempunyai keperluan bekalan kuasa yang berbeza daripada TTL tradisional. Bersedia untuk menghuraikan perbezaan diantara keluarga IC ini jika dan apabila pelajar anda menghadapi kekeliruan ini!

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →