работа

Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра «Электроника и защита информации»

Преобразователи уровней интегральных схем

Студент:

Группа: ВУИ-411

Вариант №15

Москва 2007

Исходные данные

Вариант №15

Согласуемые элементы серии ИС – К155(КМ155) – К176 (ТТЛ - КМДП)

Нагрузочная способность ПУ – 10

Частота переключения f – 0.5 МГц

Температурный диапазон - 10 85^о С

Монтажная емкость См=50 пФ

Входная емкость элементов Свх=15 пФ

Задание на курсовую работу

1. Выбрать конкретные микросхемы из указанных серий, начертить их принципиальные схемы.
2. Выбрать схему преобразователя уровней и описать его работу.
3. Выбрать типы биполярных транзисторов и диодов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные.
4. Рассчитать схему ПУ в заданном температурном диапазоне и выбрать номиналы резисторов, обеспечивающие заданные характеристики ПУ.
5. Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.
6. Рассчитать с помощью ЭВМ передаточную характеристику ПУ Uвых(Uвх) для номинальных параметров и Т=25^о С, построить её и определить запасы помехоустойчивости в состояниях лог. 0 и лог. 1 по входу ПУ.

Введение

Преобразователи уровней (ПУ) используются для согласования входных и выходных сигналов по напряжению и току при построении цифровых устройств на различных логических элементах. ПУ должен обеспечить преобразование выходного логического уровня одного элемента ЛЭ1 во входной логический уровень другого элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n, т.е. давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2, параллельно подключенных к выходу ПУ.

Логические элементы, в зависимости то элементарной базы, на которой они построены, имеют разные напряжения питания и разные значения входных и выходных сигналов.

Для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), которые построены на биполярных транзисторах, уровень логического «0» входного напряжения 0.8 В, уровень логического нуля выходного напряжения 0.4 В, уровень логической «1» входного напряжения 2.4 В, а уровень логической «1» выходного напряжения 2.8 В. Напряжение питания ТТЛ равно 5 В.

Для микросхем КМДП напряжение питания Епит обычно лежит в пределах от 5 до 15 В, а уровень логического «0» входного напряжения 0.2 Епит, уровень логического «0» выходного напряжения равен 0 В, уровень логической «1» выходного напряжения 0.8 Епит, а уровень логической «1» выходного напряжения Епит.

Пороговое напряжение переключения для ТТЛ составляет 1.2 В, а для КМДП Епит/2. Для согласования выходов ТТЛ микросхем со входами КМДП микросхемы применяются микросхемы К176ПУ5.

Описание микросхем

К155ЛА3(четыре логических элемента 2И-НЕ)
Условное графическое обозначение

1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;
3 - выход Y1;
6 - выход Y2;
7 - общий;
8 - выход Y3;
11 - выход Y4;
14 - напряжение питания;

К176ЛА7 отличается от микросхемы К155ЛАЗ только нумерацией выводов двух средних (по схеме) логических элементов 2И-НЕ.

Типовые статические параметры используемых микросхем

Справочные данные для К176ЛА7

Справочные данные для К155ЛА3

Принципиальные схемы

Схема преобразователя ТТЛ - КМДП

1. Выбор напряжения питания П.У.

Напряжение питания ПУ выбрано равным напряжению питания элемента К176ЛА7.

Uп=9В

1. Выбор номинала резистора Rk.

Составим систему двухсторонних неравенств, из которых найдем номинал резистора:

Из условия, что напряжение на выходе ПУ не должно быть меньше напряжения , для наихудшего соотношения параметров определим первое ограничение сверху на величину R_k :

где - минимальное напряжения питания при заданном допуске.

минимальное напряжение питания при допуске 5%

n=10 – нагрузочная способность

и - максимальные значения входного тока КМДП-элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при минимальной температуре T_макс , заданного температурного диапазона работы ПУ.

уровень логической «1» на выходе К175ЛА7

кОм

Запишем второе ограничение сверху на величину R_k :

С_n =nC_вх +С_м =10*15+50=200 пФ

Отсюда кОм

Из условия тока коллектора насыщенного транзистора VT максимально допустимым током I_{к макс} для наихудшего соотношения параметров определим ограничение снизу на величину R_{k :}

где - максимальное напряжения питания при заданном допуске.

Таким образом, мы получаем двухсторонне ограничение на величину R_k , где:

где =9В+0,45В=9,45В

В – напряжение насыщения коллектор-эмиттер

А – максимально допустимый ток коллектора транзистора

мкА

кОм

Таким образом, мы получили двухсторонне ограничение на Rk

кОм кОм кОм

Выберем величину Rk наиболее подходящую под двухсторонне ограничение:

Мощность, рассеиваемая на резисторе Rk при насыщении транзистора VT, определяется выражением:

1. Выбор номинала резистора Rб.

Составим систему неравенств, из которых выберем номинал резистора в соответствии со стандартным рядом номиналов.

Определим первое и второе ограничение снизу:

U^* =0.8В – напряжение насыщения база-эмиттер транзистора

I_{б max} =0.1 А – максимально допустимы ток базы транзистора

кОм кОм

Определим ограничение сверху на величину Rб.

кОм

Выбираем величину сопротивления резистора в соответствии со стационарным рядом номиналов резисторов Rб=13кОм

1. Определение мощности потребляемой ПУ.

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в состоянии логической «1» на выходе для наихудшего соотношения параметров определяется выражением:

мВт

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в состоянии логического «0» на выходе для наихудшего соотношения параметров определяется выражением:

1. Построение передаточной характеристики ПУ

На передаточной характеристике ПУ можно выделить три участка

а) Если Uвх , VT находится в отсечке и Uвых определяется выражением

б) Если U_вх = =0,8В то VT открыт и его ток базы равен

пока транзистор VT находится в активном режиме.

мА

Ток I_б транзистора VT достигает значения I_бНАС при U_Вх =

в) Если U_вх 1,3В то VT находится в насыщении и U_вых =U_кэНАС =0,2В

Зависимость Uвых от Uвх выражается формулой

содержание   ..  250  251  252   ..