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Porte logiche → Simulazione: caratteristiche elettriche
L’obbiettivo di queste brevi attività è verificare alcune
caratteristiche
elettriche delle porte logiche utilizzando un simulatore analogico, per
esempio SIMetrix/SIMPLIS
Elements.
Una simile attività "dal vero": caratteristiche
elettriche dei circuiti digitali, con Arduino.
Livello logico alto: VOUT vs IOUT
Lo scopo di questa attività è determinare il legame tra VOUT
e IOUT per il livello logico alto.
Il circuito è mostrato in apertura; come
procedere:
- l'inverter è disponibile alla voce di menu: Place
→ Digital → Inverter
- l'alimentazione della porta logica è collegata di default a massa e
Vcc: non occorre fare nulla!
- le due sonde utilizzate (Vin e Vout) mostrano la tensione in
ingresso ed uscita, misurate rispetto a massa
- il generatore va impostato per generare un segnale ad onda quadra con
valori massimo e minimo rispettivamente di 5 V e 0 V, cioè
corrispondenti ai valori logici di
ingresso H ed L. La frequenza e gli altri parametri non sono rilevanti:
va bene lasciare i valori di default
- l'analisi da utilizzare è Transient, scegliendo lo Stop
time per visualizzare un paio di periodi
- misurare con i cursori oppure con le misure automatiche
(consigliato) la tensione di uscita per il valore logico alto
- misurare la tensione di uscita per il valore logico basso
- inserire i precedenti valori in un foglio Excel/Calc
| |
VIN [V] |
R1 [kΩ] |
VOUT [V] |
IOUT [mA] |
| |
0 |
1 |
|
|
| |
5 |
1 |
|
|
- calcolare con le formule del foglio elettronico la corrente nel resistore, applicando la legge di Ohm.
Tale corrente coincide ovviamente con la corrente di uscita della porta
logica
- verificare la corrispondenza con la tabella di verità descritte alla
pagina Porte logiche
- modificare il valore di R1, scegliendo alcuni valori
compresi tra 100 Ω e 10 kΩ ed inserire nella tabella le misure
effettuate. Utilizzare sia valori maggiori che minori di 1 kΩ
- quale legame qualitativo esiste tra VOUT e IOUT
per il livello logico alto?
- [ Approfondimento ] individuare il legame quantitativo tra VOUT
e IOUT. In questa pagina una traccia.
Livello logico basso: VOUT vs IOUT
Lo scopo di questa attività è determinare il legame qualitativo tra VOUT
e IOUT per il livello logico basso.
Disegnare il seguente circuito e seguire quanto descritto nella
precedente attività:
Osservazione:
- la corrente entra nell'uscita della porta logica: osservare il verso
della tensione V2
- per ottenere la corrente di uscita è utile scrive l'equazione di Kirchhoff
alla maglia da VOUT a massa
Comportamento dinamico
Per poter osservare chiaramente i tempi di transizione e di
propagazione occorre impostare il
generatore di impulsi per una frequenza relativamente elevata, per esempio 10 MHz.
Stop time e Start data output @ devono essere scelti per
visualizzare in modo dettagliato i fronti di ingresso ed uscita, come
nell'esempio più sotto mostrato.
- misurare il tempo di discesa di VOUT, sia applicando la
definizione e usando i cursori, sia utilizzando le misure automatiche (Measure
→ More Functions... →
Fall Time 10%-90%)
- misurare il tempo di salita di VOUT, con i cursori e
automaticamente
- misurare il tempo di propagazione con i cursori
Pagina creata nel gennaio 2025
Ultima modifica: 31 gennaio 2025
