Порядок виконання роботи

1. Запустіть Electronics Workbench.

2. Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати наступні операції з меню: File/New і File/Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема.

Мал. 5.7.- Схема для дослідження польового транзистора.

3. Розгляньте схему на мал. 5.7 і виконайте її моделюваня.

4. Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench. Для цього необхідно вибрати розділ на панелі інструментів (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), у якому знаходиться потрібний вам елемент, потім перенести його на робочу область.

5. З'єднайте контакти елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути по одному з контактів лівою кнопкою миші і , не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту. У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження). Натисканням на елементі правою кнопкою миші можна одержати швидкий доступ до найпростіших операцій над положенням елемента, таким як обертання (rotate), розворот (flip), копіювання/вирізання (copy/cut), вставка (paste).

6. Проставте необхідні номінали і властивості кожному елементу. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елемента.

7. Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку включення живлення на панелі інструментів. У випадку серйозної помилки в схемі (замикання елемента живлення накоротко, відсутність нульового потенціалу в схемі) буде видано попередження.

8. Зробіть аналіз схеми, використовуючи інструменти індикації. Вивід термінала здійснюється подвійним натисканням клавіші миші на елементі. У випадку потреби можна скористатися кнопкою Pause.

9. При необхідності зробіть доступні аналізи в розділі меню Analysis.

10. Занесіть пояснення щодо створення схем у звіт.

11. Зробіть висновки.

Питання і завдання для повторення:

1. Чим відрізняються уніполярні, польові і канальні транзистори?

2. Як побудований транзистор із p-n переходом?

3. Чим відрізняються МДП- і МПО-транзистори?

4. Назвіть відміні ознаки МДП-транзисторів із індукованим і вбудованим каналом.

5. Яку роль грає підложка в МДП-транзисторах?

6. Що таке порогова напруга і напруга відсічки?

Лабораторна робота № 6. Дослідження комбінаційних схем. Базові логічні елементи і і або.

Мета: вивчення принципу дії логічних схем І і АБО на діодах та експериментальне підтвердження їх таблиць істинності.

Програмне забезпечення: програмне забезпечення комп'ютерного моделювання електронних схем (програма Electronic Workbench).

Основні теоретичні відомості

Математичною основою цифрової електроніки й обчислювальної техніки є алгебра чи логіки булева алгебра (по імені англійського математика Джона Буля). У булевой алгебрі незалежні змінні чи аргументи (X) приймають тільки два значення: 0 чи 1. Залежні змінні чи функції (Y) також можуть приймати тільки одне з двох значень: 0 чи 1. Функція алгебри логіки (ФАЛ) представляється у вигляді:

Y = F (X₁; X₂; X₃ ... X_N ).

          Дана форма завдання ФАЛ називається алгебраїчної.

           Основними логічними функціями є:

          - логічне заперечення (інверсія)

                             Y = ;

          - логічне додавання (диз’юнкція)

                             Y = X₁ + X₂  чи  Y = X₁ V X₂ ;

          - логічне множення (конь’юнкція)

                             Y = X₁ · X₂   чи  Y = X₁ & X₂ .

          До більш складних функцій алгебри логіки відносяться:

          - функція рівнозначності (еквівалентності)

                             Y = X₁ · X₂ +  чи Y = X₁ ~ X₂ ;

          - функція нерівнозначності (додавання по модулі два)

                             Y = X₁ ·  + · X₂  чи Y = X₁  X₂ ;

          - функція Пірса (логічне додавання з запереченням)

                             Y =  ;

          - функція Шеффера (логічне множення з запереченням)

                             Y =   ;

Логічний елемент – це електронний пристрій, що реалізує одну з логічних операцій. Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня. Термін «логічні» прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: «істинно» чи «хибно». Для позначення чи істинності хибності висловлень використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна перемінна може приймати тільки одне значення: 1 чи 0. Ці двійкові змінні і функції від них називаються логічними змінними і логічними функціями. Пристрою, що реалізують логічні функції, називаються логічними чи цифровими пристроями.

На мал. 6.1 – 6.10 представлені логічні елементи, що реалізують розглянені вище функції. Там же представлені так називані таблиці чи станів таблиці істинності, що описують відповідні логічні функції в двійковому коді у виді станів вхідних і вихідних перемінних. Таблиця істинності є також табличним способом завдання ФАЛ.

На мал.6.1 представлений елемент “НІ”, що реалізує функцію логічного заперечення Y = .

Мал. 6.1. Елемент НІ

Елемент “АБО” (мал.6.2) і елемент “І” (мал.6.3) реалізують функції логічного додавання і логічного множення відповідно.

Мал. 6.2. Елемент АБО.

Мал. 6.3. Елемент І

Функції Пірса і функції Шеффера реалізуються за допомогою елементів “АБО-НІ” і “І-НІ”, представлених на мал.6.4 і мал. 6.5 відповідно.

Мал. 6.4. Елемент АБО-НІ.

Мал. 6.5. Елемент І-НІ.

Елемент Пірса можна представити у виді послідовного з'єднання елемента “АБО” і елемента “НІ” (мал.6.6), а елемент Шеффера - у виді послідовного з'єднання елемента “І” і елемента “НІ” (мал.6.7).

Мал. 6.6. Елемент Пірса “ АБО -НІ”.

Мал. 6.7. Елемент Шеффера “І-НІ”.

На малюнку 6.8 і 6.9 представлені елементи “ Що виключає Або” і “ Що виключає АБО-НІ”, що реалізують функції нерівнозначності і нерівнозначності з запереченням відповідно.

Мал. 6.8. Елемент, що виключає АБО.

Мал. 6.9. Елемент, що виключає АБО-НІ.

Логічні елементи, що реалізують операції кон’юнкції, диз’юнкції, функції Пірса і Шеффера, можуть бути, у загальному випадку, n - входові. Так, наприклад, логічний елемент із трьома входами, що реалізує функцію Пірса, має вид, представлений на мал.6.10.

Мал.6.10

         

У таблиці істинності (мал.6.10) є вісім значень вихідних змінних Y. Ця кількість визначається числом можливих комбінацій вхідних змінних N, що, у загальному випадку, дорівнює:   N = 2 ⁿ , де  n - число вхідних змінних.

Логічні елементи по режиму роботи підрозділяються на статичні і динамічні. Статичні ЛЭ можуть працювати як у статичному, так і динамічному (імпульсному) режимах. Статичні елементи найбільше широко використовуються в сучасних мікросхемах. Динамічні ЛЕ можуть працювати тільки в імпульсному режимі.

Логічні елементи класифікують також за типом транзисторів, які застосовуються. Найбільше поширення одержали ЛЕ на біполярних і МДП - транзисторах і МДП – транзисторах. Крім того, інтенсивно розробляються ЛЕ на арсенід – галієвих МЕП і ГМЕП – транзисторах. Для кожного з перерахованих типів ЛЕ існує число схемотехнічних і конструктивно – технологічних різновидів.