Стислі теоретичні відомості. Основу сучасних електронних пристроїв обробки інформації, комп’ютерних та інших, складають цифрові (логічні)інтегральні мікросхеми
Основу сучасних електронних пристроїв обробки інформації, комп’ютерних та інших, складають цифрові (логічні)інтегральні мікросхеми. Аналіз роботи цифрових пристроїв виконується з використання апарату математичної логіки. Основи цієї математичної дисципліни започаткував англійський вчений Джордж Буль (1815 – 1864 рр.). Тому електронні елементи, які входять до складу цифрових мікросхем, називають логічними.
Найбільш поширені потенційні логічні елементи, в яких існує зв'язок по постійному струму між входами і виходами.
Логічні елементи, які досліджуються в цій лабораторній роботі належать до класу комбінаційних. Це означає, що їх вихідні сигнали визначаються тільки сукупністю сигналів, які діють на входах в даний момент часу, та не залежать від сигналів, які діяли на входах раніше.
Як відомо, функції алгебри логіки та їх аргументи можуть приймати лише два значення – 0та 1. Тому вхідні і вихідні сигнали логічних елементів повинні приймати тільки два значення.
В даній лабораторній роботі досліджуються елементи, в яких нульовому значенню сигналу відповідає діапазон напруг 0–0,5 В, а одиничному значенню сигналу – діапазон напруг 2,5–5 В.
Основною електричною характеристикою логічного елементу є передавальна характеристика – залежність вихідної напруги від напруги на одному з входів. Знімається характеристика в умовах, за яких змінюється напруга на одному з входів логічного елемента, а на решті входів вона підтримується постійною.
Основною функціональною характеристикою є логічна функція, для виконання якої він призначений. В лабораторній роботі досліджуються елементи, які виконують такі логічні функції (літерою Х позначена функція, літерами А та В – її аргументи):
- диз'юнкція (логічне додавання) 
, (функція «АБО»),
функція Х набуває значення 1 тоді, коли хоча б один аргумент дорівнює1;
- кон'юнкція (логічне множення) 
, (функція «І»),
функція Х набуває значення 1тільки тоді, коли всі (в даному випадку обидва) аргументи дорівнюють1;
- інверсія (логічне заперечення) 
, (функція «НІ»),
функція Х дорівнює 1, коли її аргумент дорівнює0 та навпаки;
- інверсія диз'юнкції (стрілка Пірса) 
, (функція «АБО-НІ»),
функція Х набуває значення 0, коли хоча б один аргумент дорівнює 1;
- інверсія кон'юнкції (штрих Шеффера) 
, (функція «І-НІ»),
функція Х набуває значення0, тільки коли всі (в даному випадку обидва) аргументи дорівнюють 1;
- нерівнозначність; додавання по модулю 2 
, (функція має назви: «АБО, яке виключає», «нерівнозначність»),
функція Х набуває значення 1, тільки коли обидва аргументи мають різні значення.
Відповідність між логічними електронними елементами та функціями, які вони виконують, може бути сформульована так:
- сигнал, значення якого відповідають значенням функції, діє на виході елемента;
- сигнали, значення яких відповідають значенням аргументів, діють на входах елемента.
Згідно правил виконання схем виходи логічних елементів зображуються справа, а входи – зліва. На рис.9.1 представлені схеми логічних елементів, які будуть досліджуватися в лабораторній роботі.
Рис.9.1
Логічна функція може бути задана таблицею, яка називається таблицею станів або істинності. Кількість рядків таблиці дорівнює числу можливих комбінацій значень аргументів. Якщо число аргументів K, то число комбінацій N=2K. У випадку двох аргументів таблиця має чотири рядки.
В таблиці передбачають по стовпчику для значень кожного аргумента і стовпчик для значень функції. Наприклад, таблиця станів функції «нерівнозначність» має такий вигляд
| А | В | Х |
Порядок виконання роботи
1. Визначення передавальних характеристик логічних елементів.
1.1. Встановити на лабораторному стенді змінну пластину № 1 і № 2.
1.2. Перемикачі «Тригер», «Лічильник» встановити в положення «0». Перемикач «Логіка» встановити в положення «1».
1.3. З'єднати входи 1 і 2 елементу «І-НІ» між собою і з вихідною клемою панелі «Uвх». Вихід 1 елементу «І-НІ» підключити до вольтметра «Uвих».
1.4. Включити стенд за допомогою тумблера «Сеть».
1.5. Користуючись ручкою на панелі «Uвх», задати значення вхідної напруги, вказані в табл. 9.1. Вимірювати при цьому значення вхідної напруги по вольтметру «Uвх», а вихідної – по вольтметру «Uвих». Результати вимірювань занести в табл. 9.1.
Таблиця 9.1.
| Uвх, В Наванта-ження, Ом | 0,5 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | |
| ¥ | ||||||||||
| 470 Ом | ||||||||||
| 220 Ом | ||||||||||
| 47 Ом |
1.6. Виконати експеримент по п. 1.5, підключаючи по черзі вихід елементу «І-НІ» до клем «1», «2» і «3» панелі навантаження. Результати вимірювань занести в табл. 9.1.
З'єднання з клемою «1» відповідає підключенню навантаження з опором 470 Ом, з клемою «2» - 220 Ом, з клемою «3» - 47 Ом.
1.7. Використовуючи результати експерименту побудувати в одній координатній площині чотири передавальні характеристики елементу «І-НІ», відповідних різним значенням опору навантаження.
2. Складання таблиць істинності логічних елементів.
2.1. Таблиця істинності для двовходових елементів має форму табл. 9.2, для одновходового елементу «НІ» форму табл. 9.3.
Таблиця 9.2
| Uвх | Uвх | Uвих |
Таблиця. 9.3.
| Uвх | Uвих |
2.2. З'єднати вхід 1 елементу «І-НІ» з клемою правого тумблера панелі «Рівень логічний». Вхід 2 елементу «І-НІ» з'єднати з клемою лівого тумблера цієї панелі. Вихід елементу «І-НІ» підключити до вольтметра «Uвих».
2.3. Включити стенд і, задаючи за допомогою тумблерів панелі «Рівень логічний» вказані в таблицях істинності комбінації вхідних сигналів, виконати вимірювання вихідних сигналів елементу. Результати вимірювання занести в таблицю істинності (табл.9.2).
2.4. Елементи «АБО-НІ» і «І-НІ» досліджуються за допомогою змінної пластини № 1, а елементи «І», «АБО», «НІ» – за допомогою змінної пластини № 2 у відповідності програмою, висловленою в пп. 2.2 і 2.3. При зміні пластини лабораторний стенд слід вимкнути, а перед початком роботи з пластиною №2 перевести перемикач «Логіка» в єднання по входу положення «2».
Контрольні питання
1. Привести словесний опис досліджуваних в лабораторній роботі логічних функцій.
2. Які діапазони вхідних (вихідних) напруг відповідають одиничному і нульовому сигналам? Чим визначається така відповідність?
3. Приведіть всі найменування логічних функцій «І», «АБО», «НІ», «І-НІ», «АБО-НІ».
4. Що таке «таблиця істинності»?
5. Які літери, що входять в найменування мікросхем, несуть інформацію про логічні функції?
6. Які покажчики умовних графічних позначень використовуються для мікросхем з високим імпедансом і з відкритим колектором?
7. Передавальна характеристика логічного елементу.
Література
1. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс. Учебник для ВУЗов). М.: Горячая линия – Телеком, 2000. – 768 с.
2. Скаржепа В.А. и др. Электроника и микросхемотехника. В 2-х частях. Электронные устройства информационной автоматики.: Учебник / Под общей ред. А.А. Краснопрошиной. – К.: Вищ. шк. – 1989.
3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Учебн. пособ. – М.: Высш. шк. – 1991.
4. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.
5. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекцій. СПб.: Корона, 1998.
6. Методы электрических измерений. Под ред. Э.И.Цветкова.–Л.:Энергоатомиздат,1990.
7. Электрические измерения. Под ред.. В.Н.Малиновского.–М.; Энергоиздат, 1982.-392 с.
8. Электрические измерения. Под редакцией А.В.Фремке и Е.М. Душина.– Л.; Энергия, 1980. – 302 с.
ЗМІСТ
Загальні положення. 3
Частина 1. Вимірювання електричних величин у електронних системах. 4
Лабораторна робота №1 Використання аналогових вимірювальних пристроїв під час дослідження електронних систем. 8
Лабораторна робота №2 Використання цифрових вимірювальних пристроїв під час дослідження електронних систем. 10
Лабораторна робота №3 Використання осцилографа під час дослідження електронних систем. 13
Частина 2. Дослідження електронних приладів та пристроїв. 18
Лабораторна робота № 4 Дослідження фотоелементів із зовнішнім фотоефектом 20
Лабораторна робота № 5Дослідження фотоелементів із внутрішнім фотоефектом 23
Лабораторна робота №6 Дослідження малопотужного джерела живлення. 28
Лабораторна робота №7 Дослідження біполярного транзистора. 33
Лабораторна робота №8 Дослідження роботи інвертуючого і неінвертуючого підсилювачів. 36
Лабораторна робота №9Дослідження елементів, що виконують логічні операції 41
Література. 46
Навчально-методичне видання
ДРОМЕНКО Валерія Борисівна
ЛЯДСЬКА Ольга Іванівна
ПОЛОНСЬКИЙ Вадим Анатолійович
СУЧАСНІ НАПРЯМКИ ЕЛЕКТРОНІКИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
для виконання лабораторних робіт та
самостійної підготовки
для бакалаврів напряму 6.050802 «Електронні пристрої та системи»
денної форми навчання