TP4 : Technologie des composants I

RIGLET Aurélie
& ROGNON Vincent
MIQ 3
Pour le 17/01/2007
TP4 : Technologie des composants
I- Etude expérimentale : famille TTL
1. Caractéristiques de transfert Vo(Vi)
Vi (en Volts)
0
0,25
0,5
0,75
0,8
1
1,25
1,3
1,4
1,5
1,6
2
3
4
5
Vo (en Volts)
4
4
4
4
4
4
4
3
2,4
1
0
0
0
0
0
Gabarit du diagramme Vo(Vi)
5
Vo (en Volts)
4
3
V0,mesuré
Vo,constructeur
2
1
0
-1 0
1
2
3
4
5
6
Vi (en Volts)
Fig. 1: Evolution de la tension de sortie en fonction de celle d'entrée
On remarque que pour la tension Vo mesurée, la zone de niveau bruité se situe entre
1.4V et 1.6V. Alors que pour les valeurs ‘constructeur’ indiquent entre 0.8V et 2V. Ceci
permet au constructeur de se donner une marge par rapport à ses clients, d’autant plus que
chaque composant est unique et que cette plage va donc varier.
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
2. Caractéristiques de Sortie Vo=f(Io)
Montage à réaliser si l’on est à l’état haut (le courant est sortant) :
1
V1=0V
VR
IOH
V0=4,4V
V
Calcul de Rmin pour ne pas détruire la porte logique :
Au
niveau
Rmin >
‘haut’,
on
à
l’équation :
IOH= I OH =
U 5
= < 0.4.10−3 A
R R
d’où :
5
= 12500Ω . En pratique nous avons aux bornes de notre résistance : 12 300 Ω .
0.4.10−3
Vo (en Volts)
3.5
3.5
3.6
3.6
3.6
3.6
3.7
3.9
4
4
4.1
Vr (en Volts)
3.4
3.2
3
2.6
2.2
2
1.5
1
0.75
0.5
0.4
Io=Vr/12300 (en mA)
0.27
0.26
0.24
0.21
0.18
0.16
0.12
0.08
0.06
0.04
0.03
Tableau 1 : Relevé des valeurs Vo en fonction de Io
Ce qui donne le graphique suivant :
Vo en Volts
Vo=f(Io)
4.2
4.1
4
3.9
3.8
3.7
3.6
3.5
3.4
Vo=f(Io)
0
0.1
0.2
0.3
Io en mA
Fig. 2: Evolution de la tension de sortie en fonction du courant de sortie à l'état haut
2
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
On remarque que la tension diminue quand l’intensité du courant augmente.
Montage à réaliser si l’on est à l’état bas (le courant est entrant dans la porte) :
VR
IOL
1
V1=5V
5V
V0=0V
V
Vo (enVolts)
Vr (enVolts) Io (en mA)
0.28
4.71
7.6
0.26
3.9
6.3
0.25
3.5
5.6
0.23
3
4.8
0.22
2.5
4
0.2
2
3.2
0.19
1.5
2.4
0.17
1
1.6
0.16
0.75
1.2
0.15
0.5
0.8
0.14
0.25
0.4
Tableau 2 : Relevé des tensions et du courant en sortie de la porte
Vo=f(Io)
Vo (en Volts)
0.3
0.25
0.2
0.15
Vo=f(Io)
0.1
0.05
0
0
2
4
6
8
Io (en mA)
Fig.3: Evolution de la tension de sortie en fonction du courant de sortie à l'état bas
3
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
On remarque la tension augmente quand l’intensité du courant augmente.
3. Mesure des temps de propagation
CLK
1
1
1
1
2
Pour pouvoir réaliser la mesure du temps de propagation, nous avons effectué le montage
suivant :
Et nous avons obtenu comme mesure, Δt = 9, 4ns (compris entre 2ns et 11ns d’après le
constructeur).
II- Etude expérimentale : famille CMOS
Vi (enVolts)
0.1
1
1.5
2
2.7
2.8
3
4
5
Vo (enVolts)
5
5
5
5
5
Bruit
0
0
0
Tableau 3: Relevé de la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée
V o = f(V i)
6
Vo (en Volt
5
4
V o m e s u ré s
V o c o n s tru c te u rs
3
2
1
0
0
2
4
V i (e n V o lts )
4
6
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
Fig.4:Evolution de la tension de sortie en fonction de celle d'entrée
On remarque que pour la tension Vo mesurée, la zone de niveau bruité se situe autour
de 2.8V. Alors que pour les valeurs ‘constructeur’ indiquent entre 1.5V et 3,5V. Ceci permet
au constructeur de se donner une marge par rapport à ses clients, d’autant plus que chaque
composant est unique et que cette plage va donc varier.
On remarque que la zone incertaine du composant est plus petite qu’en technologie TTL. La
plage, ic,i est large de 0.1V (au niveau de 2.8V en entrée).
2. Mesure des temps de propagation
Nous avons effectué le même montage qu’en TTL et nous avons obtenu un temps de
propagation Δt = 68ns (compris entre 60ns et 125ns d’après le constructeur).
III- Comparaison des deux familles
D’après les résultats obtenus, il apparaît que la famille CMOS offre une plage de
niveau bruité moins importante qu’en technologie TTL. De plus, les valeurs de tension sont
plus stables en famille CMOS, 5V à l’état haut et 0V à l’état bas, alors qu’en TTL à l’état
haut, Vo varie entre 4.4 Volts et 3.8 Volts.
Néanmoins, la famille TTL apporte des temps de propagations nettement moins important
qu’en CMOS.
IV- Interfaçage de composants :
Ce montage ne pourra pas fonctionner. En effet, il y a nécessité, pour les composants 74LS05
à collecteurs ouverts, d’une résistance de pull up afin d’imposer l’état logique ‘haut’.
5
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
Le montage fonctionnel serait donc :
La résistance Rp est imposée entre deux valeurs extrêmes :
•
Dans un premier temps, le pire cas pour une porte 74LS05 (alimentée en 5V) est que
toutes les sorties sont à l’état logique ‘haut’ sauf la porte concernée.
Vcc − Rp.I OL = VOL
Or, on a pour la porte 74LS05 :
I OL = 8mA
D’où :
R pmin =
•
VOL = 0,5V
VCC − VOL
= 562,5Ω
I OL
De plus, si on interface le circuit avec une porte 74HC00 (alimentée en 6V), on obtient :
3.I OL = I p + I IL
Or, on a pour la porte 74HC00 :
D’où :
I IL = −0,1μA , et de plus : I p =
R pmin =
VCC − VOL
3.I OL − I IL
= 187Ω
VCC − R p .I IH = VIH
V IH = 4,2V
Or, on a pour la porte 74HC00 : I IH = 0,1μA
V − VIH
D’où :
= 8.10 6 Ω
R pmax = CC
I IH
6
VCC − VOL
Rp
Electronique Numérique
-TP2-
Nov.06
D’après les calculs, la résistance Rp doit avoir une valeur comprise entre 563Ω et 8.106Ω.
Cependant, on doit aussi vérifier la compatibilité entre les portes de technologie TTL et
CMOS. On obtient le gabarit suivant :
Le VOH de la porte 74LS05 est obtenu par la relation : VCC − 4.R p .I OH = VOH
D’où avec R p = 1kΩ , on obtient VOH = 4,6V .
Une résistance Rp de 1kΩ convient.
La fonction logique réalisée est une porte OU à 4 entrées. En effet, on a :
( A.B .C .D ).( A.B .C .D ) = ( A + B + C + D) + ( A + B + C + D) = ( A + B + C + D)
Le schéma structurel utilisant une DEL est :
La détermination de R est obtenue avec :
VCC − Ddp LED − R.I OL − VOL = 0
Or, on a pour la porte 74HC00 : I OL = 25mA et VOL = 0,1V , mais aussi : Ddp LED = 2,4V .
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Electronique Numérique
D’où :
-TP2R min =
Nov.06
VCC − VOL − Ddp LED
= 100Ω
I OL
V- Question supplémentaire
Le schéma structurel d’un oscillateur avec des portes 4001 est :
R : 2,7kΩ à 2,7MΩ
C : 50 pF à 10µF
Soit Vb la tension de basculement de la porte 4001.
A l’état initial, on suppose que V1 = Vcc et que V2 = 0V. La tension Vc vaut alors forcément
Vb-E (continuité de la tension aux bornes d’une capacité et prise en compte de l’état
précédent juste à la commutation). Durant la phase qui suit, le condensateur se charge avec
une tension qui part de Vb-E jusqu’à ce que la tension en entrée de la seconde porte atteigne
Vb. Vc vaut alors Vb, V1 = 0V et V2 = Vcc. La tension Vx passe alors brusquement à E+Vb.
Le condensateur va alors se décharger jusqu’à ce que Vx repasse par Vb. On repasse alors par
l’état initial et ainsi de suite…
La technologie CMOS ayant une plage de niveau bruité moins importante, elle permet
d’obtenir un signal carré pour S.
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