TTL Logic Gates

TTL (TRANSISTOR TRANSISTOR LOGIC) CIRCUIT(हिन्दी )!LEARN AND GROW (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

TTL Logic Gates

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

Tælleøvelse: Tæl fra nul til enogtredive i binær, oktal og hexadecimal:

Reveal svar Skjul svar

Ingen svar givet her - sammenlign med dine klassekammerater!

Bemærkninger:

For at gøre eleverne bekendte med disse "mærkelige" talesystemer, vil jeg gerne begynde hver dag med digital kredsløbsinstruktion med tællerpraksis. Studerende skal være flydende i disse talesystemer, når de er færdige med at studere digitale kredsløb!

Et forslag, jeg giver eleverne mulighed for at hjælpe dem med at se mønstre i tællesekvenserne, er "pudse" tallene med førende nul, så alle tal har samme antal tegn. For eksempel, i stedet for at skrive "10" for det binære nummer to, skriv "00010". På den måde bliver mønstrene for karaktercyklering (især binær, hvor hver successivt højere værdi-bit har halvdelen af ​​frekvensen af ​​den før den) mere tydelig at se.

Spørgsmål 2

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at analysere digitale kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Tegn skematisk diagram for det digitale kredsløb, der skal analyseres.
  2. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  3. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  4. Analyser kredsløbet, bestemmer alle output logiske tilstande for givne indgangsforhold.
  5. Mål forsigtigt de logiske tilstande for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  6. Hvis der er fejl, skal du omhyggeligt kontrollere dit kredsløbs konstruktion mod diagrammet, og analyser derefter kredsløbet omhyggeligt igen og mål igen.

Sørg altid for, at strømforsyningsspændingsniveauet er inden for specifikationen for de logikkredsløb, du planlægger at bruge. Hvis TTL, skal strømforsyningen være en 5 volt reguleret forsyning, justeret til en værdi så tæt på 5.0 volt DC som muligt.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at forudsige de forskellige logiske tilstande. På den måde kommer den digitale teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse boolske ligninger eller forenkle Karnaugh-kort.

En anden grund til at følge denne metode er at lære studerende videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde logiske tilstand forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

Jeg anbefaler stærkt CMOS logik kredsløb til hjemme eksperimenter, hvor eleverne måske ikke har adgang til en 5 volt reguleret strømforsyning. Moderne CMOS-kredsløb er langt mere robust med hensyn til statisk udladning end de første CMOS-kredsløb, så frygt for, at eleverne beskadiger disse enheder ved ikke at have et "korrekt" laboratorieopsætning derhjemme, er stort set ugrundede.

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 3

Identificer hver af disse logiske porte ved navn og udfyld deres respektive sandhedstabeller:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

For at gøre eleverne bekendte med de standard logiske gate typer, vil jeg gerne give dem praksis med identifikation og sandhedstabeller hver dag. Eleverne skal kunne genkende disse logiske porttyper med et blik, ellers har de svært ved at analysere kredsløb, der bruger dem.

Spørgsmål 4

Den enkleste type digital logik kredsløb er en inverter, også kaldet en inverterende buffer eller IKKE gate . Her er et skematisk diagram for en inverter gate fremstillet af bipolære transistorer (transistor-til-transistor-logik, også kendt som TTL ), vist forbundet til en SPDT-switch og en LED:

Den venstre transistor i dette skema er faktisk ikke brugt som en transistor, men fungerer snarere som et "styrediode" netværk, sådan som dette:

Bestem LED'ens status i hver af indgangsswitchens to positioner. Angiv det logiske niveau af switch og LED i form af en sandhedstabel:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Har dine elever forklaret driften af ​​dette TTL kredsløb, der beskriver, hvordan den inverse logiske tilstand genereres ved udgangsterminalen, fra en given indgangstilstand.

Spørgsmål 5

Følgende er en intern skematisk af en TTL logisk gate. Baseret på din analyse af transistor kredsløbet, bestemme hvilken type port (OG, ELLER, NAND, NOR, XOR osv.) Det er:

Hint: Dobbeltsender-transistoren bliver brugt som et par dioder, og ikke som en forstærker!

Reveal svar Skjul svar

Dette er en NAND gate kredsløb.

Bemærkninger:

TTL kredsløb er faktisk ret nemme at analysere i forhold til analoge forstærkerkredsløb! Diskuter med dine elever brugen af ​​en dual-emitter transistor som et "styrende" diode netværk: Dette er et trick, der bruges af IC-producenter, for at få tre dioder til "prisen" af en transistor.

Spørgsmål 6

Et meget vigtigt begreb at forstå i digital kredsløb er forskellen mellem nuværende sourcing og nuværende synkronisering . For eksempel undersøge dette TTL inverter gate kredsløb, forbundet til en belastning:

Udgangskredsløbet for denne bestemte port betegnes almindeligvis "totem-pol", fordi de to udgangstransistorer stables oven over de andre lignende figurer på en totempole. Er et gate kredsløb med en totem-polet udgangstrin i stand til at kildebelastningsstrømmen, sink load current eller gøre begge "# 6"> Reveal svar Skjul svar

TTL porte udstyret med totem-polet udgang kredsløb er i stand til både kilde og sink load current. I dette særlige tilfælde er den måde, hvorpå belastningen (LED) er forbundet til udgangen fra porten, kun porten strømforsyning. Porten er imidlertid i stand til at synke strøm fra en belastning, hvis kun belastningen var forbundet forskelligt.

Opfølgningsspørgsmål: Skal indgangsenheden, der kører denne TTL-gate kredsløb (omskifteren i dette særlige eksempel) have kildestrøm, sink nuværende eller begge dele?

Udfordringsspørgsmålet: Forklar hvordan du vil beregne nuværende sourcing og nuværende synkroniseringsevne i dette logiske gate kredsløb, hvis du fik de interne komponentværdier og parametre.

Bemærkninger:

Det meget vigtige koncept sourcing versus sinking forstås bedst ud fra konceptet for konventionel strømstrøm notation. Vilkårene virker bagud, når elektronstrøm notation bruges til at spore strøm gennem udgangstransistoren.

Et forvekslingspunkt, jeg har oplevet blandt eleverne, er, at den nuværende kan gå enten i retningen (ind eller ud) af en port med totempolede udgangstransistorer (kan synke eller kildestrøm). Nogle elever synes at have en konceptuel vanskelighed med at gå ind i udgangsterminalen på et gate kredsløb, fordi de fejlagtigt forbinder "out" udefra som en henvisning til strømretningen snarere end retning af information eller data.

En analogi, jeg har brugt til at hjælpe eleverne med at overvinde dette problem, er at to personer bærer en lang stolpe:

Antag at disse mennesker er i et mørkt, støjende rum, og de bruger stangen som et middel til simpel kommunikation mellem dem. For eksempel kan en person trække på stangen for at få den anden persons opmærksomhed. Måske kunne de endda udvikle et simpelt kodesystem til at kommunikere tanker (1 slæbebåd = hej, 2 slæbebåde = farvel, 3 slæbebåde = Jeg synes, det er en dum måde at kommunikere på, 4 slæbebåde = lad os forlade dette værelse osv.). Hvis en af ​​personerne skubber på stangen i stedet for at trække på stangen for at få den anden persons opmærksomhed, ændrer retningen af ​​stangens bevægelse retningen af ​​kommunikationen mellem de to persons "panelpanelpanelets standard"

Spørgsmål 7

Et meget vigtigt begreb at forstå i digital kredsløb er forskellen mellem nuværende sourcing og nuværende synkronisering . For eksempel undersøge dette open-collector TTL inverter gate kredsløb, forbundet til en belastning:

Åbne kollektorporte er specielt udpeget i deres skematiske symboler med en markør indenfor portformen:

Er denne gate kredsløb i stand til at kilde belastning nuværende, sink load nuværende eller gøre begge "# 7"> Reveal svar Skjul svar

Åbne kollektorportkretser kan kun sænke belastningsstrømmen. De kan ikke "kilde" nogen belastning overhovedet.

Opfølgningsproblem nr. 1: Hvad skal der tilføjes til den viste portkreds, for at den skal have mulighed for at indlæse strøm såvel som sink belastningsstrøm?

Opfølgningsspørgsmål nr. 2: Forklar hvordan du vil beregne nuværende sinking evne af dette logiske gate kredsløb, hvis du fik de interne komponentværdier og parametre.

Bemærkninger:

Det meget vigtige koncept sourcing versus sinking forstås bedst ud fra konceptet for konventionel strømstrøm notation. Vilkårene virker bagud, når elektronstrøm notation bruges til at spore strøm gennem udgangstransistoren.

Et forvekslingspunkt, jeg har oplevet blandt eleverne, er, at den nuværende kan gå enten i retningen (ind eller ud) af en port med totempolede udgangstransistorer (kan synke eller kildestrøm). Nogle elever synes at have en konceptuel vanskelighed med at gå ind i udgangsterminalen på et gate kredsløb, fordi de fejlagtigt forbinder "out" udefra som en henvisning til strømretningen snarere end retning af information eller data.

En analogi, jeg har brugt til at hjælpe eleverne med at overvinde dette problem, er at to personer bærer en lang stolpe:

Antag at disse mennesker er i et mørkt, støjende rum, og de bruger stangen som et middel til simpel kommunikation mellem dem. For eksempel kan en person trække på stangen for at få den anden persons opmærksomhed. Måske kunne de endda udvikle et simpelt kodesystem til at kommunikere tanker (1 slæbebåd = hej, 2 slæbebåde = farvel, 3 slæbebåde = Jeg synes, det er en dum måde at kommunikere på, 4 slæbebåde = lad os forlade dette værelse osv.). Hvis en af ​​personerne skubber på stangen i stedet for at trække på stangen for at få den anden persons opmærksomhed, ændrer retningen af ​​stangens bevægelse retningen af ​​kommunikationen mellem de to persons "panelpanelpanelets standard"

Spørgsmål 8

Baseret på en analyse af et typisk TTL logisk gate kredsløb (se et datablad for en TTL logic gate, hvis du har brug for et internt skematisk diagram for et gate kredsløb), bestemme hvilken logisk tilstand "antages" af en TTL gate indgang, når venstre "flydende "(Frakoblet).

Hvilken forkortelse har dette for os, når vi vælger input-enheder til TTL-logikporte? Hvis vi for eksempel ønskede at bruge en enkeltpolet, single-throw (SPST) switch som input enhed til en TTL logic gate, hvad er den bedste måde at forbinde en sådan enhed til en TTL input? Skal omskifteren tilslutte TTL-indgangen til V CC, når den lukkes, eller skal den forbinde indgangen til V EE, når den er lukket? Hvorfor betyder det noget? Forklar dit svar i detaljer.

Reveal svar Skjul svar

TTL-indgangsenheder skal være aktuelle synkroniserende : det vil sige, de skal have TTL-portindgangen i en af ​​deres tilstande. Jeg vil lade dig regne ud, hvorfor det er sådan, fra de skematiske diagrammer af TTL logiske gate kredsløb.

Bemærkninger:

Til undersøgelse spørg dine elever hvad symbolerne V CC og V EE betyder med henvisning til TTL kredsløb.

Korrekt TTL "etikette" er meget vigtigt for eleverne at forstå, om de med succes skal opbygge digitale kredsløb (især når TTL forbindes med andre typer logik!).

Spørgsmål 9

En logisk sonde er et meget nyttigt værktøj til at arbejde med digitale logikkredsløb. Det angiver "høje" og "lave" logiske tilstande ved hjælp af lysdioder, hvilket kun giver visuel indikation, hvis spændingsniveauerne er passende for hver tilstand.

Her er et skematisk diagram for en logisk probe bygget ved hjælp af komparatorer. Hver komparator har et tærskeljusteringspotentiometer, så det kun kan indstilles til at angive sin respektive logiske tilstand, hvis signalspændingen ligger godt inden for det interval, som logikproducenten angiver:

Når dette logiske sonde kredsløb er forbundet til V CC og V EE strømforsyningsterminaler af et strømforsynet TTL kredsløb, hvilke spændingsniveauer skal testpunkterne TP1 og TP2 indstilles til, for at sonden korrekt kan indikere "høj" og "lav" "TTL logic states" # 9 "> Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig lave din egen forskning om dette spørgsmål. Hent IKKE dit svar fra en lærebog, men besøg en producentens datablad i stedet!

Opfølgningsspørgsmål: givet det normale V CC spændingsniveau på 5, 0 volt for TTL kredsløb, og forudsat at der anvendes LED'er, der falder 1, 7 volt ved 20 mA, beregnes en passende modstandsværdi for de to LED-strømbegrænsende modstande.

Udfordringsspørgsmål: Det viste logiske sonde kredsløb er minimalt i komponentantal. For at gøre en mere praktisk og pålidelig sonde ville man sandsynligvis have beskyttelse mod omvendt polaritet (hvis en person ved et uheld skulle forbinde sonden bagover over strømforsyningen) samt afkobling for immunitet mod elektrisk støj. Tilføj de nødvendige komponenter, du tror, ​​der skulle være i dette kredsløb for at give disse funktioner.

Bemærkninger:

Den mest oplagte lektion af dette spørgsmål er at introducere (eller gennemgå alt efter omstændighederne) formålet og driften af ​​en logisk sonde. Dette spørgsmål er imidlertid også en sløret introduktion (eller gennemgang) af TTL-logikniveauer.

Spørgsmål 10

En elev bygger det følgende digitale kredsløb på et loddefrit brødbræt (et "proto-board"):

DIP-kredsløbet er en TTL hex-omformer (den indeholder seks "inverter" eller "NOT" logiske porte), men kun en af ​​disse porte bruges i dette kredsløb. Eleverne havde til hensigt at opbygge et logisk kredsløb, der aktiverede LED'en, da knappen blev slukket og slukket for lysdioden, da kontakten blev trykket: så LED'en angav omskifterens omvendte tilstand. I virkeligheden forsvinder LED'en ikke, uanset hvilken tilstand kontakten er i.

Første spørgsmål: Hvordan ville du bruge et multimeter som logisk probe til at kontrollere logiske tilstande af punkter i dette kredsløb for at fejle det "# 10"> Reveal svar Skjul svar

For at bruge et multimeter som logisk sonde skal du forbinde den almindelige (sorte) testledning til strømforsyningsområdet, indstille måleren til at måle DC-spænding (en 0-5 volt skala ville være perfekt i denne applikation) og derefter bruge den anden testledning (rød) for at sonde de forskellige punkter i kredsløbet.

Problemet med denne studerendes kredsløb er indgangsvælgeren: den giver ikke en solid "lav" tilstand, når den er åben. I stedet er omformerens indgang venstre "flydende", når kontakten er unactuated. Der er mere end en måde at løse denne designfejl på, men jeg lader detaljerne op til dig!

Bemærkninger:

Diskuter problemet med "floating" eller "high-Z" stater med dine elever. Det er altid en god idé at eliminere tvetydige logiske tilstande som dette i kredsløbene du bygger.

Spørgsmål 11

Tegn stierne for alle strømme i dette kredsløb med indgangen i en "lav" tilstand:

Træk nu stierne for alle strømme i dette kredsløb med indgangen i en "høj" tilstand:

Hvor er strømforsyningen til hver LED "# 11"> Reveal svar Skjul svar

I hvert scenario leveres LED'ens strøm af V CC og jord: DC-strømkilden. Bemærk, at indgangsvælgeren kun "fortæller" udgangen, hvad man skal gøre i stedet for at håndtere den aktuelle belastningsstrøm, ligesom indgangen til en operationsforstærker eller komparator.

Bemærkninger:

Anvendelsen af ​​konventionel strømningsnotation (i modsætning til elektronstrøm) bliver særlig tydelig i dette svar, da det øvre kredsløb er den ene sourcingstrøm og det nedre kredsløb er den ene synstrøm .

Som for operationelle forstærkere finder jeg det nødvendigt at påpege nogle elever, at indgangen til et logisk gate kredsløb ikke synker eller kildebelastningsstrømmen. Denne kendsgerning understreger behovet for at levere DC-strøm til logikporten for korrekt drift.

Spørgsmål 12

Det digitale kredsløb vist her er en enstemmig-ja stemme detektor. Stemmerne er støbt af otte forskellige vælgere ved at indstille afbrydere i enten lukkede (ja) eller åbne (nay) stillinger. I henhold til den logiske funktion, der leveres af TTL-portene, vil LED'en aktiveres hvis og kun hvis alle kontakter er lukket:

Som det er almindeligt i digitale kredsløbsskemaer, er strømforsyningen (V CC ) udeladt for enkelhedens skyld. Dette er analog med udeladelsen af ​​strømforsyningsforbindelser i mange operationelle forstærkerkredsløbsskemaer.

Hvis vi skulle tegne en sandhedstabel for dette kredsløb, hvor stor (antal rækker og kolonner) skulle bordet være "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Forklar hvorfor der ikke kræves pulsstrøm modstande i dette kredsløb.

Udfordringsspørgsmål: Somme tider ingeniører og teknikere overser de mest elegante (smukt simple) løsninger i deres søgen efter at løse et problem. Løsningen vist her, mens det er praktisk, løser problemet ved at tilføje komponenter til kredsløbet. Kan du tænke på en måde, vi måske opbygger en enstemmig-ja stemme detektor ved hjælp af færre komponenter end det oprindelige LED kredsløb "noter skjult"> Noter:

Spørg dine elever, hvorfor vi måske vil bruge et Darlington-par i stedet for en enkelt transistor til det endelige output "driver" kredsløb. Spørg dem også, hvorfor vi skal have en modstand forbundet mellem portens udgang og transistorbasen. Hvorfor ikke bare direkte forbinde gateens udgang til bunden af ​​transistoren?

Du vil måske udfordre dine elever med dette spørgsmål: "Antag, at den person, der byggede dette kredsløb, brugte åbne kollektorporte hele vejen igennem. Som en helhed ville det ikke fungere, heller ikke for belysning af LED'en eller for ringning af klokken. Men kun en af ​​portene skal have standard 'totem-pole'-output for at kredsløbet skal fungere korrekt. Hvilken port er det? "

Spørgsmål 13

Totem-polede TTL-porte varierer sædvanligvis meget i deres maksimale kildestrøm versus maksimal synkronstrøm (I OH versus I OL ). Identificer hvilken nuværende rating som regel er større, og forklar også hvorfor dette er.

Reveal svar Skjul svar

Jeg OL er typisk meget større end jeg OH for en TTL-port med totem-polet udgangskredsløb. Årsagen til dette skal være indlysende fra inspektion af det interne kredsløb.

Bemærkninger:

Det skal bemærkes, at totem-polet TTL porte faktisk kan kilde langt mere strøm end hvad der er annonceret uden at opretholde skade. Den alvorlige begrænsning på sourcing nuværende er mere en funktion af at forblive inden for de tilladte output spændingsmarginer for TTL, end det er en funktion af chip opvarmning. Således kan du generelt bruge en totempolet TTL-port til kilde 20 mA til en LED uden skade, selv om "høj" state output-spænding (når LED'en lyser) vil være betydeligt under den acceptable tærskel for en TTL-gateindgang.

Spørgsmål 14

I højhastigheds-digitale kredsløb er en meget vigtig logisk gate-parameter forplantningsforsinkelse : forsinkelsestiden mellem en ændring af tilstand på en ports input og den tilsvarende ændring af tilstanden på den pågældende gate output. Se en fabrikants dataark for enhver TTL logic gate og rapportere de typiske udbredelsesforsinkelsestider der offentliggøres der.

Forklar også, hvad der forårsager forplantningsforsinkelse i logiske porte. Hvorfor er ændringen i udgangstilstand ikke øjeblikkelig, når en input ændrer stater?

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil forlade undersøgelsen af ​​specifikke udbredelsestidsforsinkelser til dig! Årsagen til forplantningsforsinkelsen er, at transistorer ikke kan tænde og slukke øjeblikkeligt. I bipolære transistorer skyldes dette den tid, der kræves for at etablere minoritetsbærerstrømmen inden for transistorens basislag (for at tænde det) og at "udslette" disse minoritetsladere ud af basen (for at slukke for det) .

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken forskel er der mellem høj til lav udgangstransitions versus lav-til-høj output overgange for porten du undersøgte? Hvilken overgang er hurtigere?

Bemærkninger:

Jeg udeladede med vilje svar på dette spørgsmål, ikke kun fordi jeg vil have eleverne selv at gøre forskningen, men også fordi det gør det mere interessant, når eleverne konsulterer forskellige dataark og udleder forskellige svar (for forskellige logiske "familier")!

Spørgsmål 15

Logiske porte er begrænset i antallet af gateindgange, som en udgang kan pålideligt drive. Denne grænse hedder fan-out :

Forklar hvorfor denne grænse eksisterer. Hvad handler det om opførelsen af ​​TTL logiske porte, der i sig selv begrænser antallet af TTL-indgange, at en TTL-udgang kan køre "# 15"> Reveal svar Skjul svar

Der findes en fan-out-grænse for TTL, fordi TTL-udgange skal synke nuværende fra TTL-indgange i "lav" tilstand, og deres nuværende synkende evne begrænses af udgangstransistoren i køringsporten. Hvis denne grænseværdi overskrides, kan spændingsniveauet ved de drevne portindgange stige over den nedre overholdelse af grænsen.

Bemærkninger:

For de relativt enkle digitale kredsløb, som begynder eleverne bygger, er fan-out sjældent et problem. Det er mere sandsynligt, at eleverne vil forsøge at køre en belastning, som er for "tung", hvilket forårsager det samme spændingsniveau problem.

Spørgsmål 16

Forklar hvorfor det generelt er en meget dårlig designpraksis at forbinde udgangene fra forskellige logiske porte sammen, sådan som dette:

Der er imidlertid visse specifikke omstændigheder, hvor "parallelle" gateudgange er acceptable. For eksempel er det okay at parallelle to eller flere omformere, som denne:

Ingen skade vil ske, hvis open-collector gate-udgange er parallelle, enten (selv om den resulterende logiske funktion kan være mærkelig):

Endelig kan porte, der har tre-state- udgange, også have deres output parallelle, hvis der træffes visse forholdsregler:

Hvad der specifikt forårsager, at porte beskadiges ved at "parallelisere" deres output "# 16"> Reveal svar Skjul svar

Logiske porte vil blive beskadiget, hvis man forsøger at synke udgangsstrømmen fremkommet af en anden.

Bemærkninger:

Det givne svar skærer kernen i sagen, men jeg ønsker, at eleverne skal uddybe detaljerne. Specifikt hvorfor hver af de tre acceptable parallelle kredsløb undgår risiko for skade. Sørg for at bruge tilstrækkelig tid til at diskutere "tri-state" -udgange også. Bed dine elever om at forklare, hvad de tre udgangstilstande for en "tri-state" -port er.

Spørgsmål 17

En vigtig parameter for logisk gate kredsløb er støjmargin . Hvad er nøjagtigt "støjmargin", og hvordan er den defineret for logiske porte?

Specielt, hvor meget støjmargin har digitale kredsløb, der udelukkende består af TTL-porte?

Bemærk: Du skal konsultere TTL-gate dataark for at besvare dette spørgsmål korrekt.

Reveal svar Skjul svar

Støjmargin er forskellen mellem de acceptable spændingsgrænser for tilsvarende indgangs- og udgangslogiske tilstande.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål, der skal besvares ordentligt, involverer mere end blot en definition af "støjmargin." Studerende skal først opdage, at der er forskel på spændingsoverensstemmelsesniveauer for gate inputs versus outputs, og derefter genkende, at forskellen udgør en "margin" påtrykt vekselstrøm ("støj") må ikke overstige. De skal derefter præsentere deres svar i form af producentspecifikationer, der er opnået i dataark. Sammenfattende er der meget forskning, der skal ske for at besvare dette spørgsmål, men resultaterne vil være det værd!

Spørgsmål 18

Forudsig, hvordan driften af ​​dette logiske gate kredsløb vil blive påvirket som følge af de følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Diode D 1 fejler åben:
Diode D 1 fejler ikke kort:
Diode D 2 fejler åben:
Modstand R 1 fejler åben:
Modstand R 2 fejler åben:
Modstand R 4 fejler åben:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Ingen effekt.
Diode D 1 mangler kortsluttet: Udgang altid i høj tilstand, mulig skade på kredsløb, når indgangsvælgeren er i høj tilstand.
Diode D 2 fejler åben: Gate kan synkronisere strøm i lav udgangstilstand, men kan ikke kildestrøm i høj udgangstilstand.
Modstand R 1 fejler åben: Udgang altid i høj tilstand.
Modstand R 2 fejler åben: Gate kan synke nogle strøm i lav udgangstilstand, men kan ikke kildestrøm i høj udgangstilstand. Gate kan have problemer med at opnå en solid "lav" udgangstilstand også.
Modstand R 4 fejler åben: Begrænset evne til at sende strøm i høj udgangstilstand.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 19

Forudsig, hvordan driften af ​​dette logiske gate kredsløb vil blive påvirket som følge af de følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Diode D 1 fejler åben:
Diode D 1 fejler ikke kort:
Diode D 2 fejler åben:
Modstand R 1 fejler åben:
Modstand R 2 fejler åben:
Transistor Q 2 emitterterminalen fejler åben:
Transistor Q 3 emitterterminalen fejler åben:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Ingen effekt.
Diode D 1 mangler kortsluttet: Udgang altid i høj tilstand, mulig skade på kredsløb, når indgangsvælgeren er i høj tilstand.
Diode D 2 fejler åben: Ingen effekt.
Modstand R 1 fejler åben: Udgang altid i høj tilstand.
Modstand R 2 fejler åben: Gate kan synke nogle strøm i lav udgangstilstand, men kan ikke kildestrøm i høj udgangstilstand. Gate kan have problemer med at opnå en solid "lav" udgangstilstand også.
Transistor Q 2 emitterterminalen fejler åben: Udgang altid i høj tilstand.
Transistor Q 3 emitterterminalen fejler åben: Gate kan synkronisere strøm i lav udgangstilstand, men kan ikke kildestrøm i høj udgangstilstand.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 20

I TTL-kredsløb er den ene side af DC-strømforsyningen normalt mærket som "V CC ", mens den anden side er mærket som "V EE ". Hvorfor er dette "# 20"> Reveal svar Skjul svar

V CC = Strøm tilført til kollektor side af bipolære transistorer.

V EE = Strøm tilført til emitter side af bipolære transistorer.

Opfølgningsspørgsmål: Da TTL kredsløb udelukkende bruger NPN transistorer, hvilke polariteter skal hver af disse etiketter repræsentere?

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er en god gennemgang af bipolar forbindelsestransistor teori.

Spørgsmål 21

Sand historie: En gang var der en maskinbutik indeholdende en række computerstyrede værktøjsmaskiner (drejebænke, møller, slibemaskiner osv.), Hvor en af ​​maskinerne viste sig at være meget "finicky", når de startede. Nogle gange vil det fungere ordentligt, når du trykker på knappen "Start", og andre gange nægtede det at arbejde overhovedet. Problemet var så dårligt, det kom til det punkt, hvor de maskinansvarlige, der var ansvarlige for at betjene dette værktøj, blev næsten overtroiske om det og udførte en ritualdans, før de trykker på "Start" -knappen, håber på at forbedre deres held.

En elektriker blev kaldt til service denne maskine, men han kunne ikke finde noget galt med el-kredsløbene. Alt højspændingsudstyr (transformatorer, relæer, motorer, motorstyringskredsløb osv.) Syntes at være i god stand. Problemet, uanset hvor det var, lå i maskinens elektroniske kontrolcomputer. Computeren sendte ikke "start" -signalet til motorstyringskredslerne, da "Start" -knappen blev skubbet.

En elektronik tekniker blev kaldt til fejlfinding af computeren, og han var i stand til at reparere det på få minutter. Problemet, sagde han, var computerens DC-strømforsyning: spændingsregulatoren var ude af justering. Med blot et drejning af et potentiometer kunne teknikeren "trimme" den regulerede spænding til 5, 00 volt, lige hvor det skulle være for TTL kredsløb.

Strømforsyningsspændingen var ikke meget langt fra 5, 00 volt før teknikeren justerede det. Hvor langt er forsyningsspændingen tilladt at afvige for TTL logikkredsløb, og har stadig sikret en korrekt drift? Kontakt en eller flere IC-datablade for gamle TTL-logikkredsløb (ikke de nyere højhastigheds CMOS 54HCxx og 74HCxx-chips) for at få dit svar.

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig lave din egen forskning om dette spørgsmål. Hent IKKE dit svar fra en lærebog, men besøg en producentens datablad i stedet!

Bemærkninger:

Denne sande historie blev fortalt til mig af en af ​​mine tidligere studerende, der havde nogle tidligere erfaringer med vedligeholdelse af elektronik inden jeg indskrev i min klasse. Den moralske af denne historie er selvfølgelig følsomheden af ​​TTL logiske kredsløb til strømforsyningsspændingsvariationer. Dette vil (og skulle!) Overraske mange af jeres elever, der sandsynligvis er vant til at se de temmelig store spændingsgrænser for opamps og andre analoge kredsløb.

Spørgsmål 22

I dette kredsløb bruges en AND-port til at give en skiftekontrolkontrol over blinkningen af ​​en LED:

Den "astable multivibrator" er ikke mere end en oscillator, der producerer et firkantbølgesignal ved lav frekvens ved standard TTL spændingsniveauer (0 og +5 volt).

Plot output-bølgeformen til porten (dvs. spændingssignalet til LED'en) under følgende indgangsbetingelser:

Tip: Det hjælper i din analyse af digitale bølgeformer, hvis du først skriver en sandhedstabel for porten under overvejelse, til din reference.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Mange elever finder bølgeformanalysen af ​​digitale kredsløb intimiderende først, indtil de forstår, at det ikke er mere end en grafisk repræsentation af "0" og "1" logiske tilstande over tid. Bed dine elever om at dele deres "tips" om hvordan man relaterer bølgeformer til sandhedstabeller, og især hvordan de besvarede dette spørgsmål.

Bare for sjov, kan du bede dine elever om at identificere, hvor tiden skifteren er åben, og hvor den er lukket. Nogle studerende kan svare baglæns på dette spørgsmål, hvis de ikke har nøje overvejet, hvordan skiftekontakten er forbundet i dette kredsløb!

Spørgsmål 23

Hvad betyder det, hvis du ser et logisk gate symbol i et skematisk diagram med en mærkelig udseende "S" figur trukket ind i det "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/ 01281x01.png ">

Reveal svar Skjul svar

S-figuren, som ligner en magnetisk BH hysterese kurve, markerer denne port som en Schmitt-trigger . Jeg vil lade dig gøre forskningen for at afgøre, hvad det betyder i forbindelse med gatefunktionen.

Bemærkninger:

Schmitt-udløserporte er uundværlige for visse logiske kredsløbsapplikationer. Det er vigtigt, at eleverne genkender deres funktion og anvendelighed.

I øvrigt giver dette spørgsmål en god mulighed for at gennemgå magnetiske hysterese kurver, da det sandsynligvis har været et stykke tid siden eleverne sidst studerede elektromagnetisme teori!

Spørgsmål 24

For en ægte TTL-gate (ikke højhastigheds CMOS), hvad er standard logisk tilstand for en indtastningslinje, der efterlades flydende (hverken tilsluttet V CC eller Ground)? Forklar hvorfor dette er.

Reveal svar Skjul svar

Flydende TTL-indgange antager generelt en "høj" tilstand på grund af styrediode / modstandsnetværket på indgangstrinnet i hvert gate kredsløb.

Bemærkninger:

Det givne svar giver ikke nok detaljer til at forklare, hvorfor TTL-indgange har en tendens til at flyde højt, så jeg anbefaler at du viser en intern TTL-gate skematisk for dine elever at analysere og kommentere i klassen.

Spørgsmål 25

Forklar, hvorfor det tilladte strømforsyningsspændingsområde for en ægte TTL (ikke højhastigheds CMOS) logisk gate er så smal. Hvad er det typiske udvalg af forsyningsspændinger for en ægte TTL-gate, og hvorfor kan denne type logisk gate ikke operere fra et større spændingsniveau, som CMOS-porte kan?

Reveal svar Skjul svar

På grund af forspændingskravene til dets bestående bipolære transistorer kræver TTL-kredsløb en meget tættere strømforsyningsspænding end CMOS. Jeg vil lade dig undersøge, hvad denne typiske rækkevidde er!

Bemærkninger:

Mange af de gamle 74xx og 74LSxx logikkredsløb betragtes som forældede, men kan stadig findes i mange driftsudstyr! Det er ikke ualmindeligt, at eleverne fejlagtigt undersøger dataarkene for en nyere logikfamilie som 74HCxx, som har forskellige strømforsyningskrav end traditionelle TTL. Vær forberedt på at uddybe forskellen mellem disse IC-familier, hvis og hvornår dine elever møder denne forvirring!

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →