B.3.3 Introduction à la commutation 1°) Transistor fonctionnant en interrupteur commandé : Commutation (fonctionnement bloqué, saturé) 1.1) Rappels Rc Ic C Ib Rb Vcc Vce B Vbb Vbe E T1 transistor 2N1711, RC = 1,8 kVCC = 15 V, VBB = 5 V,VBE = 0,6 V, min = 100. Déterminer l’équation de la droite de charge : Placer sur un graphe IC = f(VCE) la droite de charge, le point de fonctionnement à l’état bloqué (B) et à l’état saturé (C). Ic (mA) Vce (V) Ib (µA) Calculer la valeur de RB, pour pouvoir saturé le transistor à coup sûr. Bernaud J. 1/7 B.3.3 Introduction à la commutation Faire le montage et vérifier que le transistor est saturé. 1.2) Modélisation du transistor Etat bloqué Etat saturé 1.3) Puissance consommée à l’état bloqué: p = à l’état saturé: p =. , En commutation, en considérant le transistor comme parfait, on peut donc dire que sa consommation en énergie est très faible. 1.4) Expérience Remplacer la source de tension par un G.B.F (sortie TTL) générant un signal en créneaux comme suit: fréquence : 1 kHz. vbb (V) 5 T t(ms) Visualiser à l’oscilloscope vbb(t) et vce(t). Tracer leur graphe respectif. vbb (V) vce 5 Etat du transistor Bernaud J. T 2/7 t(ms) B.3.3 Introduction à la commutation Faire varier la fréquence du signal d’entrée, tracer les nouveaux graphes pour f = 100 kHz. On définit: ton : temps de croissance, toff : temps de décroissance. Que devient à cette fréquence la puissance consommée par le transistor? 1.5) Conclusion 2°) Comparaison de deux familles de portes logiques T.T.L ( LS ) et C.M.O.S 2.1) Généralités: De plus en plus, l’électronique utilise des composants caractérisés par deux états de fonctionnement (« ouvert » et « fermé »). A ces deux états, on fait correspondre deux états logiques notés « 0 » et « 1 ». Les portes logiques sont les constituants de base; à chacune d’elle correspond une fonction logique. Les principales fonctions sont les fonctions NON, ET, OU, NON ET, NON OU, OU EXCLUSIF. A chaque fonction correspond un symbole et une table de vérité. E2 E 1 & S >1 S =1 & >1 E1 NON S= ET S= OU OU exclusif S= S= NON ET S= NON OU S= Ecrire les tables de vérité de chaque fonction logique: E S Bernaud J. E1 E2 S E1 E2 S 3/7 E1 E2 S E1 E2 S E1 E2 S B.3.3 Introduction à la commutation A quelle fonction logique, le transistor étudié précédemment correspond-il? En pratique, on utilise souvent des portes universelles, telles que NON ET (NAND) et NON OU (NOR) qui permettent, en les associant correctement de recréer n’importe quelle fonction logique. Exemples: Réaliser une porte OU à partir de NON ET. 2.2) Caractéristiques des deux familles de portes logiques (valeurs à 25°C) 2.2.1) Famille T.T.L (Transistor.Transistor.Logic) 74LS00 Elle se caractérise par une tension d’alimentation de 5 V. Une durée de commutation des portes très brève : 9,5 ns. Un courant d’entrée non nul. Une puissance consommée en statique de l’ordre de 2mW, et similaire en dynamique à 100 kHz. 2.2.2) Famille C.M.O.S (Complementary.Métal.Oxyde.Semiconductor) 4011B Elle se caractérise par une tension d’alimentation de 3 V à 14 V. Une durée de commutation des portes de l’ordre de 40 ns. Un courant d’entrée nul. Une puissance consommée en statique de l’ordre de 1µW, et de 0,1 mW en dynamique à 100 kHz. 2.3) Mesures: Dans toute la mesure, on utilisera les circuits intégrés TTL 74LS00 et CMOS 4011B (quadruple porte NAND). Avant de commencer les mesures, tester les portes en vérifiant la table de vérité. Bernaud J. 4/7 B.3.3 Introduction à la commutation VDD CMOS 4011 VCC TTL 74LS00 & & & & & & & & 1 1 2.3.1) Caractéristiques de transfert en tension Montage: utiliser le + 5 V de la carte Synchronie +5 V & ve vs Tracé de la caractéristique vs = f(ve) porte TTL: Pour générer ve utiliser Synchronie (Paramètres, Sortie) définir une dent de scie évoluant entre 0 et 5V, acquérir le signal vs sur la voie EA0, que vous renommerez, la sortie étant ouverte Dans la fenêtre Paramètres, onglet Acquis régler la durée totale sur 10 s. Pour quelles valeurs de Ve peut-on considérer que le niveau de sortie est un niveau logique bas (noté 0)? Idem pour un niveau logique de sortie haut (1)? Comparer aux valeurs données par le constructeur : Indiquer sur le tracé les domaines donnés par ce dernier pour niveau bas et haut. Tracé de la caractéristique vs = f(ve) porte CMOS: Faire la mesure avec Vdd = 5 V. Faire la même démarche que pour la porte TTL, en veillant à cocher dans la rubrique Paramètres onglet Acquis : Ajouter courbes Pour quelles valeurs de Ve peut-on considérer que le niveau de sortie est un niveau logique bas (noté 0)? Idem pour un niveau logique de sortie haut(1)? Comparer aux valeurs données par le constructeur, indiquer sur le tracé les domaines donnés par ce dernier pour niveau bas et haut. Bernaud J. 5/7 B.3.3 Introduction à la commutation Comparaison des deux portes logiques: 2.3.2) Caractéristiques d’entrée Ie = f( Ve) pour Is = 0 A +5 V Montage: Faire varier Ve de 0 à 5V. Relever Ie. Tracer la courbe dans Synchronie. + & A V Ve s Tracé de la caractéristique d’entrée porte TTL: Voir graphe. Vérifier que la courbe obtenue est bien dans les limites prévues par les normes constructeur .Tracer sur le graphique le domaine ainsi défini. Tracé de la caractéristique d’entrée porte CMOS: La mesure de Ie dans ce cas n’est pas possible. 2.3.3) Caractéristiques de sortie Montage pour sortie à l’état haut: Montage pour sortie à l’état bas: Vcc ou Vdd Vcc ou Vdd Rc & & A + V A Rc Tracer pour la porte CMOS Vs = f( Is), dans Synchronie, dans chacun des deux états. Procèder en faisant décroître la valeur de la charge. Bernaud J. + V 6/7 B.3.3 Introduction à la commutation Placer les domaines des tensions et courants, donnés par le constructeur, correspondant aux deux états. 2.4) Sortance et immunité au bruit 2.4.1) Immunité au bruit: L’immunité au bruit est déterminée par la variation maximale d’une des tensions d’entrée n’entraînant pas de modification en sortie. 2.4.2) Sortance: C’est le nombre de portes logiques de même technologie que peut commander la sortie d’une porte pour imposer un état logique. Bernaud J. 7/7