===== Digitaltechnik Praktikum Versuch 1 - Messung Grundgatter ===== Der erste Versuch dient zur Einf眉hrung in die Messtechnik. Die Versuche werden in mehreren Laboren parallel durchgef眉hrt. Da es nicht m枚glich ist, jedes Labor mit der exakt gleichen Messtechnik auszustatten, sind von den anderen Laboren abweichende Anweisungen f眉r das Labor Nachrichtentechnik E6.01 in eckige Klammern [xxx] gefasst. ==== Vorbereitung ==== In diesem Versuch messen Sie die Verz枚gerungszeit von einem NAND Gatter 74HC00 und analysieren die statische 脺bertragungskennlinie eines Inverters. Das Datenblatt zu dem NAND Gatter finden Sie hier: [[https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT00.pdf|https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT00.pdf]] Die Definition von Schaltzeiten finden Sie im Buch von Fricke in Kapitel 4. Kapitel 5.1 finden Sie die Beschreibung eines Inverters aus CMOS Transistoren. [[https://link-springer-com.ezproxy.hs-augsburg.de/chapter/10.1007/978-3-658-32537-4_4|Fricke, Digitaltechnik, "Verhalten logischer Gatter"]] Das Benutzerhandbuch f眉r das Oszilloskop finden Sie hier: https://www.datatec.de/media/pdf/3c/79/3a/Keysight_InfiniiVision-4000X-Serie_Handbuch-DECvI57j0endd7q.pdf [ [[https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/pdm/cl_manuals/user_manual/1335_9090_01/RTM3000_UserManual_de_03.pdf|https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/pdm/cl_manuals/user_manual/1335_9090_01/RTM3000_UserManual_de_03.pdf]] ] Im praktischen Pr眉fungsteil m眉ssen Sie Ihre Ergebnisse in Form eines Berichts dokumentieren und 眉ber Moodle hochladen. Deshalb haben Sie hier Gelegenheit auch solche Berichte anzufertigen und 眉ber Moodle abzugeben. Die Form des Berichts finden Sie hier: [[dt_berichtsform | Form des Berichts ]]. ===== Durchf眉hrung ===== ==== Oszilloskop und Funktionsgenerator ==== === Start des Oszilloskops === Starten Sie das Oszilloskop und schlie脽en Sie eine Analogprobe an. Am Scope wird ein Testsignal "Demo2" ["Demo"] ausgegeben. Messen Sie das Testsignal "Demo2" ["Demo"] mit der Probe und stellen Sie das Signal auf dem Scope dar. Gehen Sie dazu so vor, wie im Handbuch des Oszilloskops beschrieben. [R&S Menu - Apps - Demo - 10" Display] === Start des Funktionsgenerators === Starten Sie den Funktionsgenerator HMF2550 [welcher im Osziloskop verbaut ist 眉ber das R&S Menu] und erzeugen Sie ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 10 MHz. Die niedrigste Spannung soll 0V und die h枚chste Spannung sollen 5V sein. Stellen Sie den zeitlichen Verlauf des Signals auf dem Oszilloskop 眉ber Kanal 1 dar. === Fragen zum Oszilloskop und zum Funktionsgenerator === * Welchen Einfluss hat der gro脽e Drehknopf im Feld "Horizontal" auf die Darstellung? * Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf im Feld "Horizontal"? * Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf im Feld "Trigger"? * Welchen Einfluss hat der gro脽e Drehknopf bei Kanal 1 im Feld "Vertical"? * Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf bei Kanal 1 im Feld "Vertical"? * Messen Sie die Frequenz des Rechtecksignals mit dem Scope. * Messen Sie die Risetime und die Falltime des Rechtecksignals. An welchen Punkten im Signalverlauf messen Sie? ==== 74HC00 NAND Gatter - statisch und Verz枚gerungszeit ==== === Messung der Ausgangsspannung und statisches Verhalten === Bevor Sie ein Signal mit dem Funktionsgenerator auf die Eing盲nge des Gatters geben, k枚nnen Sie zun盲chst statisch die Funktion des Gatters 眉berpr眉fen. * Schliessen Sie mit dem Netzteil eine Betriebsspannung von 5V an das IC an. Schauen im Datenblatt nach wo Sie die Betriebsspannung anschliessen m眉ssen. * Messen Sie mit dem Multimeter die Betriebsspannung. * Legen Sie mit einem Kabel entweder 0V oder 5V (also Masse oder Betriebsspannung) an die Eing盲nge eines Gatters. * Messen Sie mit dem Multimeter den Spannungspegel am Ausgang des Gatters. * 脺berpr眉fen Sie alle m枚glichen Eingangskombinationen der Eingangsspannungspegel und stellen Sie so die Wahrheitstabelle des Gatters auf. Vergleichen Sie mit dem Datenblatt鈥� === Messung der Verz枚gerungszeit === Die Schaltung 74HC00 enth盲lt insgesamt 4 NAND Gatter. Schalten Sie die vier NAND Gatter als 4 Inverter in eine Kette und * messen Sie die Gesamtverz枚gerungszeit. Wie sind die Verz枚gerungszeiten f眉r 1 Inverter? An welchen Stellen der Kurve messen Sie die Verz枚gerungszeit? * Messen Sie tplh (Propagation Delay low high transition) * Messen Sie tphl (Propagation Delay high low transition) * Messen Sie tr (Risetime) * Messen Sie tf (Falltime) === Abh盲ngigkeit von Spannungspegel === * 脛ndern Sie die H枚he der Versorgungsspannung und analog die H枚he des Eingangspegels und messen Sie jeweils die Verz枚gerungszeit. Wie 盲ndern sich die Verz枚gerungszeiten mit der H枚he der Betriebsspannung? ==== Statische 脺bertragungskennlinie eines Inverters aus CMOS Transistoren ==== Im Baustein 4007 befinden sich sechs CMOS Transistoren. Bauen mit Hilfe der Transistoren in diesem Baustein einen Inverter auf. Das Datenblatt des Bausteins finden Sie hier: [[https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4007UB.pdf|https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4007UB.pdf]] === Messung der statischen 脺bertragungskennlinie === Die statische 脺bertragungskennlinie gibt den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung eines Gatters wieder. W盲hlen Sie eine Betriebsspannung von 5V. * Messen Sie die statische 脺bertragungskennlinie des Inverters mit Hilfe des Multimeters und des Netzteils. * Stellen Sie aus den Messwerten eine Tabelle auf. * Erstellen Sie mit einer Tabellenkalkulation eine grafische Darstellung der 脺bertragungskennlinie. * Drucken Sie die 脺bertragungskennlinie aus und zeichnen Sie die zugeh枚rigen Werte aus dem Datenblatt ein, die f眉r die 脺bertragungskennlinie relevant sind. === Darstellung der statischen 脺bertragungskennlinie mit Oszilloskop === Verschalten Sie zwei MOS Transistoren zu einem Inverter. Messen Sie dann die statische 脺bertragungskennlinie des Inverters. Die Darstellung der statischen Kennlinie mit dem Scope erfolgt im XY Modus. Die X Ablenkung wird durch Kanal 1 und die Y Ablenkung von Kanal 2 gesteuert. Wenn auf Kanal 1 das Eingangssignal und auf Kanal 2 das Ausgangssignal des Gatters liegen, dann wird die Ausgangsspannung abh盲ngig von der Eingangsspannung dargestellt. * Stellen Sie das Oszilloskop in den Modus "XY". (Knopf "Horiz" 鈫� Zeitmodus XY) [R&S Menu - Apps - XY] * Legen auf Kanal 1 ein geeignetes Eingangssignal * Legen auf Kanal 2 das Ausgangssignal des Gatters. === Zeitlicher Verlauf des Stromverbrauchs === * Bringen Sie einen Widerstand in die Spannungsversorgungsleitung um mit dem Spannungsabfall 眉ber dem Widerstand den Betriebsstrom zu messen (machen Sie eine kleine Zeichnung wo der Widerstand ist) * Stellen Sie den Stromverlauf zusammen mit dem Signalverlauf am Eingang dar. Zu welchen Zeitpunkten verbraucht die Schaltung Strom? ==== Bericht ==== Dokumentieren Sie Ihre Untersuchungsergebnisse in einem Bericht und laden Sie den [[https://moodle.hs-augsburg.de/mod/assign/view.php?id=250481|Bericht in Moodle]] hoch. Denken Sie daran, dass dieser Bericht eine Vorbereitung auf die Pr眉fung ist, d.h. sie haben nicht beliebig viel Zeit den Bericht zu erstellen. In der Pr眉fung m眉ssen Sie den Bericht w盲hrend der Laborzeit hochladen.