| |
|
Bitte beachte die Copyrighthinweise.
Logik 1 - Grundlagen, Familien, Pegel
Aufgabenstellung
· Aufnahme von Übertragungskennlinien für TTL/CMOS-Bausteine bei verschiedenen Frequenzen im Normal- und X/Y-Betrieb.
· Messung der Stromaufnahme bei verschiedenen Frequenzen
· Pegelumsetzung CMOS Û TTL
1 Grundsätzliche Bemerkungen
Vor der Messung wurden die Tastköpfe des Oszilloskops abgeglichen. Bei jedem IC wurde zwischen Plus und Masse ein 10nF-Blockkondensator geschaltet, wobei auf kurze Verbindungen geachtet wurde.
Als Eingangssignal wurde bei allen Messungen ein Dreieck verwendet, welches durch Zugabe eines DC-Anteils ständig pos. war.
Betriebsspannungen:
CMOS: UB = UIN = 12V
TTL: UB = UIN = 5V
Grenzfrequenzen (Datenblatt/Friedrich)
CMOS: 16 MHz
LS-TTL: 40 MHz
2 Übertragungskennlinien
Alle Kennlinien wurden bei unbelasteten ICs aufgenommen.
2.1 Schaltungen
2.1.1 4011
2.1.2 74LS00
2.2 Übertragungskennlinien im Normalbetrieb des Oszilloskops
2.2.1 4011
500Hz 50kHz
500kHz 2MHz
2.2.2 74LS00
500Hz 50kHz
500kHz 2MHz
2.3 Übertragungskennlinien im X/Y-Betrieb des Oszilloskops
2.3.1 4011
500Hz 5kHz
50kHz 500kHz
2MHz
2.3.2 74LS00
500Hz 50kHz
500kHz 2MHz
3 Messung der Stromaufnahme
Der Strom wurde nur bei dem CMOS-Baustein 4011 gemessen.
3.1 mit Amperemeter
|
f |
I [mA] mit C1 |
I [mA] ohne C1 |
|
1 Hz |
2,9 |
2,9 |
|
2 MHz |
3,0 |
2,9 |
3.2 mit Oszilloskop
Zur Anzeige des Stroms am Oszilloskop wurde ein 100 W Widerstand in Serie zum IC geschaltet. Die Spannung UIN wurde um den Wert von UM verringert (ca. 3V), damit die Eingangsspannung nicht die Betriebsspannung übersteigt.
Absolut (DC-Stellung)
500Hz 500kHz
Um die Spitzen genauer betrachten zu könne, wurde die AC-Stellung des Oszilloskops benutzt.
500kHz ohne C
500kHz mit C
4 Pegelumsetzung
wurde aus Zeitgründen nicht mehr durchgeführt.
5 Interpretation der Meßergebnisse
5.1 Allgemeines
Um unnötige Schwingungen der unbenutzten Gatter zu vermeiden, sollten diese auf Plus bzw. Masse gelegt werden. Die pos. Versorgungsspannung wurde bevorzugt - bei CMOS-ICs ist dies unwesentlich, bei TTL-ICs kann so jedoch die Stromaufnahme gesenkt werden.
Bei CMOS-Bausteinen sind weiters gesicherte Pegel notwendig (ansonsten Schwingen am Eingang zwischen 0 und 1, meist stellt sich so die halbe Betriebsspannung ein), während die meisten TTL-Bausteineingänge auf Plus gezogen werden - hier empfiehlt sich jedoch auch ein gesicherter Pegel.
5.2 Übertragungskennlinien
Bei hohen Frequenzen besteht die Gefahr, daß die Gatter nicht mehr richtig durchschalten. Solche Frequenzen wurden hier nicht erreicht. Der CMOS-Baustein schwingt stärker als der LS-TTL-IC, welcher eher zu einer Signalverformung neigt. Während die CMOS-Bausteine bei etwa 50% des Eingangssignals umschalten, liegt der 0 -Pegel bei der TTL-Technik sehr tief.
Besonders beim CMOS-Baustein treten während des Umschaltens auch Schwingungen bei der Eingangsspannung auf.
5.3 Stromaufnahme
Die Messung mit dem Multimeter hat offensichtlich auch den Kondensatorstrom gemessen, ohne C ergab sich praktisch keine Änderung des Gesamtstroms.
Bei der Messung mit dem Oszilloskop sind deutlich die erwarteten Spitzen während des Umschaltens am Ausgang erkennbar. Diese Messung ist zu bevorzugen.
Weshalb keine wesentliche Veränderung durch das Zuschalten des Kondensators auftrat, liegt möglicherweise an dem mit 10nF doch zu kleinen Kondensator.
