Circuite logice cu diode. poarta sau

CIRCUITE LOGICE CU DIODE. POARTA SAU

SCOPUL LUCRARII

Vor fi studiate circutele logice cu diode semiconductoare si rezistente atat in regim static cat si in regim dinamic.

CONSIDERATII TEORETICE

Functionarea portii SAU

Tabelul 1 Tabelul 2

A D₁

V_s

D₂

B

V_i

C

D₃ Y

V_s

V_i R_o

V_oo

Fig.1

Poarta SAU cu rezistente si diode este reprezentata in fig.1. Functionarea circuiatului este descrisa in tabelele 1 si 2. Circuitul functioneaza corect daca este indeplinita conditia: V_s>V_i>V_oo. Pentru intelegerea functionarii se presupune initial ca diodele utilizate sunt diode ideale: I_o=0 si R_i=∞; V este neglijabila in comparatie cu celalalte potentiale din circuit.

S-a presupus ca nivelului de tensiune V_s ii corespunde "1" logic, iar nivelului de tensiune V_i "0" logic. In acest caz se obtine la iesire functia SAU in logica pozitiva.

Functionarea circuitului este descrisa in tabelul 1:

a)     Daca: V_A=V_C=V_B=V_i diodele D₁, D₂, D₃ sunt polarizate direct deoarece V_i>V_oo. Diodele pot fi polarizate direct cu o cadere de tensiune mai mare sau mai mica in functie de raportul dintre Vi siV_oo si valoarea rezistentei R_o. In acest caz tensiunea de iesire va fi: V_Y=V_I-V_D≈V_I unde caderea de tensiune pe diode V_D s-a neglijat.

b)     Daca la cel putin o intrare se aplica V_S (ex. V_A=V_S si V_C=V_B=V_I) atunci datorita diferentei mari de potential de la intrare si sursa de alimentare V_oo dioda (D_1­) va conduce si va fixa la iesire: V_Y=V_S-D_D≈V_S. Acest potential va determina ca celalalte diode sa se dlocheze fiind polarizate invers (D₂, D₃).

Din cele prezentate se poate constata ca diodele D₁, D₂, D₃ vor conduce daca la toate intrarile se aplica acelasi potential. Daca la intrare se aplica potentiale diferite vor conduce numai diodele ce au in anod potentialul cel mai ridicat.

2.2. Relatii de dimensionare

V_A=V_i D₁ I_A V_A=V_s D₁ I_A

I_s I_S

D₂ I_B V_Y=V_i V_B=V_i D₂ I_B V_Y=V_s

V_B=V_i

D₃ I_C V_C=V_i D₃ I_C

V_C=V_i ` I_Ro I_Ro

R_o R_o

V_oo V_oo

Fig. 2

Pentru dimensonatea circuitului logic SAU se pleaca de la conditia asigurarii curentului minim de sarcina Is. Acest curent este:

(24)

Curentul I_S este maxim atunci cand curentii prin diode au valori minime adica cand caderea de tensiune pe diode este minima. Aceasta conditie se obtine cand la toate intrarile se obtine nivelul de tensiune V_I. Daca se considera ca I_Ro>>I_A, I_B, I_C, atunci se poate pune conditia ca:

sau

(25).

Se poate constata ca valoarea curentului de iesire I_S este proportionala cu V_oo.

In urma determinarii rezistentei R_o se impune cunoasterea curentului de intrare maxim necesar comandarii acestui circuit de catre alt circuit.curentul de intrare este chiar curentul direct prin diode si acest curent are valoarea maxima atunci cand diferenta de potential la bornele diodei este maxima. Acest lucru se obtine atunci cand la intrari se aplica V_S, ceea ce determina ca prin R_o sa se inchida un curent maxim. Problema care se pune este de a se determina curentull maxim printr-o singura dioda. Din analizele care se fac se poate constata ca printr-o singura dioda se inchide un curent maxim atunci cand aceasta este singura in conductie.

Pentru exemplificare s-a considerat situatia din fig.2. b) cu dioda D₁ in conductie si diodele D₂ si D₃ blocate, deci:

(26)

unde I_B=I_C=I_o

n - numarul de intrari

sau

(27).

Se considera ca daca I_S=0, atunci I₁ are valoare maxima, constituind cazul cel mai defavorabil.

Analiza regimului dinamic

U_i

U

0

t

D₁

A I_inc U_e

U

V_o 0,9U 0,9U

B

D₂ + 0 0,1U 0,1U t

I_des - C_P t₁ t₂ t₃ t₄

R_o t_r t_c

V_oo

Fig. 3

Regimul dinamic al unei porti SAU este caracterizat ptintr-o serie de parametrii de timp. Dintre parametrii cei mai importanti se pot aminti: timpii de intarziere pe poarta numiti si timpi de propagare (vezi poarta SI). Acesti timpi de propagare sunt influentati de timpii de comutare ai diodelor cat si de timpii de tranzitie a semnalului de iesire, care la randul lor sunt proportionali cu constantele de timp de la iesirea portii SAU:

(28)

unde

V₀(∞)=V_S,

V₀(t1)=0,1U,

V₀(t2)=0,9U,

U=V_s-V_i .

(29)

unde

V₀(∞)= -V_oo,

V₀(t1)=0,1U,

V₀(t2)=0,9U.

MERSUL LUCRARII

Se realizeaza porta SAU din fig. 4 cu V_oo= -15V, R_o= 10 kΩ, V_I= 0V, V_S= 5V. Se cere sa se masoare valoarea tensiunii de la iesire pentru urmatoarele cazuri:

a)     V_A=V_B=V_C=V_I

b)    V_A=V_B=V_C=V_S

c)     V_A=V_S, V_B=V_C=V_I

d)    V_A=V_B=V_S, V_C=V_I

Pentru cazurile prezentate la 3.1. se va masura curentul de intrare I_A. Se va utiliza acelasi montaj din fig.4.

mA

A D₁

+ -

B

D₂ V_o

C +

D₃ -

R_o

V_oo

Fig. 4

Se realizeaza montajul din fig 5 la intrarea cariua se aplica semnal rectangular cu parametrii U=5 V, T=20 μs, T_i=10 μs.

Se cere sa se oscilografieze semnalul de la iesirea circuitului si sa se masoare timpii de ridicare/coborare penrtu diferite valori ale capacitatii C: 100 pF, 220 pF, 470 pF, 1000 pF si 1,5 nF.

D₁ V_A T=20 μs

A

5V

B D₂ V_o T_i=10 μs

0

D₃ C t

C

V_D

R_o=10kΩ 5V

t

V_oo= -15V t_r t_c

Fig. 5