Portes logiques

Seconde MPI
TP6
fiche de TP
Les portes logiques
1. Introduction aux opérateurs logiques
Consulter le site :
http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/pedagogie/physique/mpi/projet/portlog.htm
(lire les § 1,2 et le début du 4)
2. Etude d’un opérateur logique : l’inverseur
a.
Schéma
On utilise pour cette étude une
petite partie de la maquette cicontre qui est construite autour
d’un
hexainverseur
(=6
inverseurs )intégré 4049.
Nous allons utiliser un seul
inverseur, celui de gauche au
bas de la maquette. Noter tout
d’abord qu’il est protégé par une
résistance de 100 k pour
limiter l’intensité qui le traverse
(il ne peut dissiper qu’une
puissance de 100 mW)
Alimenter la maquette sous une tension
E = 15V (la tension d’alimentation doit être comprise entre 3 et 18 V).
b.
Etablissement de la table de vérité
b.1.
Etude des tensions
Brancher 2 voltmètres pour mesurer les tensions d’entrée Ue et de sortie Us de
l’inverseur.
Ue = 0 (relier l’entrée de l’inverseur à la borne marquée « 0 », Us  ………….
Ue = E (relier l’entrée de l’inverseur à la borne marquée « 1 », Us  …………….
b.2.
Table de vérité
Compléter la table de vérité ci-dessous :
e
s
Parmi les fonctions logiques proposées ( OU, NON, ET, …..) , quelle est celle
réalisée par l’opérateur que vous venez d’étudier ?…………………
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c.
Caractéristique de transfert
c.1.
Manipulation
Rajouter un générateur de tension réglable (attention aux compatibilités de
bornes avec l’alimentation précédente)
Faire vérifier le montage avant de mettre le générateur de tension réglable
sous tension.
Faire varier la tension d’entrée Ue de 0 à E (ne pas dépasser E = 15 V) et
relever la tension de sortie Us.
c.2.
Résultats
Noter les résultats dans un tableau et tracer la courbe Us = f (Ue)
Pour quelle valeur de Ue y a-t-il basculement ?
Visualiser avec une des diodes (protégées par 470  ) l’état de la sortie
lorsque Ue varie.
3. Synthèse
a.
Documents possibles à consulter
http://mpimichelet.free.fr/portes-logiques.html
http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electro/portes.html
http://ecolemontaigne.fr/enseignements/mpi/exercices/t_plogiq/p_logiq.htm
http://www.acrennes.fr/pedagogie/scphys/respeda/lyceegen/2nde/mpi_html/t_plogiq/p_logiq.htmhttp://eduscol.education.
fr/D0030/c0progdf.htm Progression D – Fonctions logiques et portes logiques - Logique
( voir «un peu de théorie» ).
b.
Travail demandé :
Faire une synthèse sur les portes logiques en essayant de définir ce qu’est une
porte logique et en intégrant dans le texte que vous rédigerez les mots ou
expressions : variable logique – fonction logique – opérateur logique – porte logique table de vérité.
Le texte sera écrit avec vos propres phrases (donc ne pas recopier des
phrases toutes faites). Le texte devra contenir 10 lignes minimum.
A la suite de ce texte vous ferez apparaître les noms et symboles, ainsi que leur
table de vérité, des principales portes logiques ( soit 7). Pour cette partie , les
éléments graphiques peuvent être importés à partir des documents consultés.
L’ensemble de votre travail ne devra pas dépasser une feuille recto-verso.
Vous l’insérerez dans votre site dans la partie « sciences ».
c.
Test
Pour vérifier ….http://www.ac-orleans-tours.fr/physique/espely.htm
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4. Portes logiques à 2 entrées
a.
Présentation des portes logiques de la série CMOS 4000
Les portes logiques de la famille CMOS 4000 sont des circuits intégrés à 14 pattes.
Un petit ergot permet un repérage correct des pattes.
Dans toute la famille CMOS 4000, l’alimentation
doit être comprise entre 3 et 18 V.
Cette alimentation se fait toujours entre les pattes
7 (0V) et 14 (Vcc).
14
2
V+
13
2
12
2
11
2
10
2
9
2
8
0V
3
1
2
4
5
6
7
Le circuit ci-contre comporte 4 portes logiques à 2
2
2
2
2
2
2
entrées et une sortie.
Par exemple, les pattes 12 et 13 constituent les entrées correspondantes à la sortie
11.
b.
Objectif
Vous disposez de plusieurs circuits intégrés qui sont des portes logiques
appartenant à la famille CMOS 4000.
Ils portent les numéros :
4001
4011
4070
4071
4081
L’objectif de la séance est d’établir leur table de vérité à l’aide du montage décrit cidessous et d’identifier chaque porte en comparant sa table de vérité obtenue avec la
base de données de la 1ère séance.
c.
Montage
Le montage sera alimenté sous une tension de +15 V.
On réservera sur la plaquette d’essai P60 une ligne +15 V et une ligne 0 V.
Chaque entrée sera protégée par une résistance de 100 k.
L’état de la sortie sera donné par une diode protégée par une résistance de 470 .
Exemple pour la porte : entrées 13 et 12 - sortie 11
Ligne + 15 V
100 k 
100 k 
14
2
V+
13
2
12
2
11
2
10
2
9
2
8
0V
1
2
Ligne 0 V
2
2
3
2
4
2
5
2
6
2
7
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Faire vérifier impérativement le montage avant de le mettre sous tension (au
risque de détériorer le circuit intégré).
Ensuite, il suffira de changer seulement le circuit intégré, en prenant la précaution
de couper l’alimentation lors du changement.
d.
Travail écrit demandé
Donner la table de vérité expérimentale pour chaque circuit intégré en indiquant
son numéro.
En déduire la fonction logique associée et donner le symbole de la porte
correspondante.
5.
Association de portes logiques
A partir de la table de vérité de chaque porte logique, établir celle des associations
ci-dessous et donner de la fonction logique correspondante
Vérifier chaque résultat en utilisant le logiciel Crocodile Physics .
1
&
1
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1
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1
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1
1
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1
1
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