lab sist digitales exp03-15

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍNDEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA ELECTRICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICALABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES

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EXPERIENCIA Nº 03

CARACTERIZACIÓN DE PUERTAS LÓGICAS:PUERTA NAND-TTL

I.- OBJETIVO:

El objetivo de esta caracterizar una puerta lógica de uso universal tanto su entrada como su

salida en corriente y voltaje.

II.- INTRODUCCION TEORICA:

El circuito integrado 7400 El circuito integrado (IC, integrated circuit) 7400 es un circuito que consta de cuatro puertas

NAND de tecnología bipolar TTL. Esta es la primitiva serie bipolar 74 de alto consumo, a la

que luego siguieron series mejoradas que utilizan transistores Schottky (74LS00), que serían

utilizadas en sucesivas prácticas. La numeración de pines es la habitual en cualquier IC, se

comienza desde la muesca u se va contando desde ella en sentido contrario a las agujas de

reloj. En concreto para esta serie los pines 7 y 14 corresponden a la masa (GND) y a la

tensión de alimentación VCC respectivamente. Las entradas y salidas e las puertas NAND se

pueden comprobar en la hoja de especificaciones del integrado.

En los esquemas de puertas lógicas que se emplean para representar los circuitos, no

aparecen las conexiones de alimentación (GND y VCC), pero se debe recordar que siempre

hay que alimentar al circuito integrado para que sea operativo. Al alimentar al circuito

integrado se alimentan todas las puertas que contienen. Otra cosa que hay que tener en

cuenta es que si utilizamos más de un IC todos deben tener una masa común.

Es muy conveniente, para familiarizarse con el manejo de circuitos integrados, realizar un

esquema de conexiones físicas (cableado) entre los diferentes pines del IC.

1.- Construir la tabla de verdad de la función NAND previa verificación en una de las cuatro

puertas NAND del IC. Para esto, se utilizará la fuente de alimentación que utilizaremos para

________________________________________________________________________________Ing. Giraldo Carpio R. Mayo 2015 1 de 7



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alimentar al IC con una tensión VCC = 5V. Las señales altas y bajas la obtendremos mediante

cables auxiliares que conectaremos a la entrada de las puertas y a GND para obtener una

entrada a la puerta en baja, y a VCC para obtener una entrada a alta. La salida la mediremos

con el polímetro en su función voltímetro.

2.- Configurar la puerta NAND para que actúe como un inversor de las dos formas que se

muestra en la Figura 1. Una vez configurada comprobar el comportamiento inversor de cada

una de las configuraciones introduciendo una señal cuadrada TTL (X es una señal oscilante

cuadrada entre 0 y 5V) y visualizando tanto la entrada X como la salida F en el osciloscopio.

Dibujar las formas de ondas de entrada y salida de ambas configuraciones.

Figura 1: NAND actuando como inversor

3.- Conectar en serie dos inversores configurados del primer modo y comprobar con el

osciloscopio alternativamente la salida del primer inversor y del segundo inversor.

Sobre la salida del primer inversor medir los retardos de propagación tpHL y tpLH para calcular

su promedio tp. Luego medir lo mismo retardos en la salida del segundo inversor y

compararlos con el del primero. Comentar los resultados.

4.- Utilizar dos puertas NAND del 7400 para construir el circuito equivalente de una puerta

AND, como se muestra en la Figura 2 y comprobar su tabla de verdad.

Figura 2: AND equivalente con puertas NAND




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5.- Utilizar tres puertas NAND del 7400 para construir el circuito equivalente de una puerta

OR, como se muestra en la Figura 3 y comprobar su tabla de verdad.

Figura 3: OR equivalente con puertas NAND

6.- Demostrar mediante el álgebra de Boole las equivalencias de los anteriores circuitos

(puntos 2, 4 y 5).

Las equivalencias mostradas en los circuitos equivalentes o propiedad universal de las

puertas NAND nos demuestra que cualquier función booleana puede realizarse mediante

exclusivamente puertas NAND. Una vez que disponemos de las funciones NOT, OR y AND

realizadas mediante puertas NAND, cualquier función por compleja que sea puede ser

realizada mediante puertas NAND. Esto es demostrable mediante el álgebra de Boole y las

funciones estándar suma de productos y productos de sumas.

III.- ELEMENTOS A UTILIZAR:

- 01 Circuito Integrado 7400.

- 01 Potenciómetro lineal de 5 KΩ.

- 01 Resistencia de 100 Ω - ½ W.

- 01 Voltímetro digital.

- 01 Miliamperímetro digital.




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IV.- PROCECIMIENTO

4 .1. Medida de las características I-V de entrada y salida

Junto a la característica de transferencia de voltaje (VTC, voltage transfer characteristic)

dada por Vout = f (Vin), que ya medimos para el caso de un inversor discreto en la Experiencia

02, la otra curva de caracterización de las puertas lógicas es la característica I-V de entrada

y salida, que nos indica la dependencia entre la intensidad de corriente y el voltaje para la

entrada y salida de la puerta lógica.

1.- Medir, mediante el circuito que se muestra en la Figura 4, la intensidad de corriente en la

entrada de la puerta NAND. Medir Iin conforme se va disminuyendo la tensión de entrada Vin

desde +5V hasta +1V. Construir la gráfica correspondiente y extrapolar el valor de Iin para

el voltaje umbral de la puerta para la salida baja (VinL = 0,4V). Este valor se denomina IIL.

Los valores obtenidos de intensidad estarán en los rangos de los miliamperios, por lo que

hay que tener extremo cuidado en poner el rango del amperímetro correctamente. Otro

enorme cuidado hay que poner al utilizar el multímetro como amperímetro ya que debe estar

en serie y no en paralelo para realizar la medida.

Figura 4: Característica de entrada Iin = f (Vin)

2.- Comprobar que no es posible llevar la fuente de tensión para Vin a ese valor. Razonar por

qué sucede esto teniendo en cuenta que estamos efectuando una medida estática.




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Es conveniente añadir una resistencia R=100Ω en paralelo a la entrada de la puerta para

facilitar la medida de intensidad.

3.- Mediante el circuito de la Figura 5, medir la característica de salida para una salida baja.

Los valores se van obteniendo al modificar el valor de la resistencia variable.

La medida de la intensidad de corriente debe efectuarse con el multímetro o bien

indirectamente mediante la ley de Ohm y; la del voltaje de salida bien utilizado el

multímetro o bien mediante el osciloscopio. En cualquier caso, hay que poner gran cuidado

en intercambiar para cada medida las conexiones y la función del multímetro.

Una vez tomadas las medidas, representar gráficamente los valores obtenidos para la función

Iout = f (Vout).

4.- Extrapolar el valor de Iout para el voltaje V = 0,4V, que corresponde al voltaje umbral de

la entrada de una supuesta puerta que se conectará en serie. Este valor de Iout se denomina

IOL.

Figura 5: Característica de salida Iout = f (Vout) para salida baja




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4.2. Cálculo de los parámetros de funcionamiento de la puerta NAND

A partir de magnitudes que se han medido en apartados anteriores, calcular las siguientes

figuras de mérito que describen las prestaciones de las puertas NAND-TTL-LS.

1.- El fan-out, FO, es el número máximo de puertas de carga que pueden conectarse a la

salida de una puerta dada sin impedir su correcto funcionamiento. Depende en una primera

aproximación de la cantidad de corriente que puede aportar a las puertas que ataca y de la

cantidad de corriente que éstas consumen, es decir:

En apartados anteriores se ha calculado IOL e IIL, a partir de esos valores calcular el fan-out.

2.- El consumo de potencia de una puerta lógica viene dada por la expresión:

Donde las corrientes IOH e IOL que aparecen son las corrientes de salida para una salida alta y

baja respectivamente. En apartados anteriores se ha calculado IOL, por lo que es necesario

efectuar una medida para una salida alta, como se muestra en la Figura 6 y obtener IOH

midiendo sobre el siguiente circuito, en este caso es necesario fijar la resistencia variable de

forma que Vout = VIL = +0,4V y tomar solamente el valor de Iout para este voltaje, es decir

IOH.

3.- A partir de los datos medidos en los anteriores puntos se puede calcular fácilmente el

producto velocidad-potencia, que viene dado por:




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Figura 6: Característica de salida Iout = f (Vout) para salida alta

V.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Dar sus observaciones y conclusiones de forma personal, en forma clara y empleando el

menor numero de palabras.

Ing. G. Carpio RDocente DAIEL


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