работа

Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Кафедра «Электроника и защита информации»

Курсовая работа

Преобразователи уровней интегральных схем

Студент:

Группа: ВУИ-411

Вариант №15

Москва 2007

Исходные данные

Вариант №15

Согласуемые элементы серии ИС – К155(КМ155) – К176 (ТТЛ - КМДП)

Нагрузочная способность ПУ – 10

Частота переключения f – 0.5 МГц

Температурный диапазон - 1085о
С

Монтажная емкость См=50 пФ

Входная емкость элементов Свх=15 пФ

Задание на курсовую работу

Выбрать конкретные микросхемы из указанных серий, начертить их принципиальные схемы.
Выбрать схему преобразователя уровней и описать его работу.
Выбрать типы биполярных транзисторов и диодов для схемы ПУ, привести необходимые справочные данные.
Рассчитать схему ПУ в заданном температурном диапазоне и выбрать номиналы резисторов, обеспечивающие заданные характеристики ПУ.
Рассчитать мощность, потребляемую ПУ от источника питания.
Рассчитать с помощью ЭВМ передаточную характеристику ПУ Uвых(Uвх) для номинальных параметров и Т=25о
С, построить её и определить запасы помехоустойчивости в состояниях лог. 0 и лог. 1 по входу ПУ.

Введение

Преобразователи уровней (ПУ) используются для согласования входных и выходных сигналов по напряжению и току при построении цифровых устройств на различных логических элементах. ПУ должен обеспечить преобразование выходного логического уровня одного элемента ЛЭ1 во входной логический уровень другого элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n, т.е. давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2, параллельно подключенных к выходу ПУ.

Логические элементы, в зависимости то элементарной базы, на которой они построены, имеют разные напряжения питания и разные значения входных и выходных сигналов.

Для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), которые построены на биполярных транзисторах, уровень логического «0» входного напряжения 0.8 В, уровень логического нуля выходного напряжения 0.4 В, уровень логической «1» входного напряжения 2.4 В, а уровень логической «1» выходного напряжения 2.8 В. Напряжение питания ТТЛ равно 5 В.

Для микросхем КМДП напряжение питания Епит обычно лежит в пределах от 5 до 15 В, а уровень логического «0» входного напряжения 0.2 Епит, уровень логического «0» выходного напряжения равен 0 В, уровень логической «1» выходного напряжения 0.8 Епит, а уровень логической «1» выходного напряжения Епит.

Пороговое напряжение переключения для ТТЛ составляет 1.2 В, а для КМДП Епит/2. Для согласования выходов ТТЛ микросхем со входами КМДП микросхемы применяются микросхемы К176ПУ5.

Описание микросхем

К155ЛА3(четыре логических элемента 2И-НЕ) Условное графическое обозначение
1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8; 3 - выход Y1; 6 - выход Y2; 7 - общий; 8 - выход Y3; 11 - выход Y4; 14 - напряжение питания;

К176ЛА7 отличается от микросхемы К155ЛАЗ только нумерацией выводов двух средних (по схеме) логических элементов 2И-НЕ.

Типовые статические параметры используемых микросхем

Параметр	ТТЛ	КМДП
Е,В
U0 ,В	0,4	0,3
U1 ,В	2,4	4,5
I1 вх, мА	0,1	1,5*10-3
I0 вх, мА	1,6	1,5*10-3
I1 вых, мА	1	2,5
I0 вых, мА	16	2,5
Un , В	0,6	1

Справочные данные для К176ЛА7

Пар аметр

Е,В=9В

U0 ,В=0,3

U1 ,В=8,2

I1 вх, мА=0,1

I0 вх, мА=-0,1

I1 вых, мА=0,3

I0 вых, мА=0,3

Un(Помех-ть)=0.9

Справочные данные для К155ЛА3

Параметр

Е,В=5В

U0 ,В=0,4

U1 ,В=2,4

I1 вх, мА=0,04

I0 вх, мА=-1,6

I1 вых, мА=16

I0 вых, мА=-0,4

Un(Помех-ть)=0.9

Краз=10

Принципиальные схемы

Схема преобразователя ТТЛ - КМДП

Выбор напряжения питания П.У.

Напряжение питания ПУ выбрано равным напряжению питания элемента К176ЛА7.

Uп=9В

Выбор номинала резистора
Rk.

Составим систему двухсторонних неравенств, из которых найдем номинал резистора:

Из условия, что напряжение на выходе ПУ не должно быть меньше напряжения , для наихудшего соотношения параметров определим первое ограничение сверху на величину Rk
:

где - минимальное напряжения питания при заданном допуске.

минимальное напряжение питания при допуске 5%

n=10 – нагрузочная способность

и - максимальные значения входного тока КМДП-элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при минимальной температуре Tмакс
, заданного температурного диапазона работы ПУ.

уровень логической «1» на выходе К175ЛА7

кОм

Запишем второе ограничение сверху на величину Rk
:

Сn
=nCвх
+См
=10*15+50=200 пФ

Отсюда кОм

Из условия тока коллектора насыщенного транзистора VT максимально допустимым током Iк макс
для наихудшего соотношения параметров определим ограничение снизу на величину Rk
:

где - максимальное напряжения питания при заданном допуске.

Таким образом, мы получаем двухсторонне ограничение на величину Rk
, где:

где =9В+0,45В=9,45В

В – напряжение насыщения коллектор-эмиттер

А – максимально допустимый ток коллектора транзистора

мкА

кОм

Таким образом, мы получили двухсторонне ограничение на Rk

кОм кОм кОм

Выберем величину Rk наиболее подходящую под двухсторонне ограничение:

Мощность, рассеиваемая на резисторе Rk при насыщении транзистора VT, определяется выражением:

Выбор номинала резистора
Rб.

Составим систему неравенств, из которых выберем номинал резистора в соответствии со стандартным рядом номиналов.

Определим первое и второе ограничение снизу:

U*
=0.8В – напряжение насыщения база-эмиттер транзистора

Iб
max
=0.1 А – максимально допустимы ток базы транзистора

кОм кОм

Определим ограничение сверху на величину Rб.

кОм

Выбираем величину сопротивления резистора в соответствии со стационарным рядом номиналов резисторов Rб=13кОм

Определение мощности потребляемой ПУ.

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в состоянии логической «1» на выходе для наихудшего соотношения параметров определяется выражением:

мВт

Мощность, потребляемая ПУ от источника питания Е в состоянии логического «0» на выходе для наихудшего соотношения параметров определяется выражением:

Построение передаточной характеристики ПУ

На передаточной характеристике ПУ можно выделить три участка

а) Если Uвх, VT находится в отсечке и Uвых определяется выражением

б) Если Uвх
==0,8В то VT открыт и его ток базы равен

пока транзистор VT находится в активном режиме.

мА

Ток Iб
транзистора VT достигает значения IбНАС
при UВх
=

в) Если Uвх
1,3В то VT находится в насыщении и Uвых
=UкэНАС
=0,2В

Зависимость Uвых от Uвх выражается формулой