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 - 1085^оС

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=25^оС, 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

I¹вх, мА

0,1

1,5*10^-3

I⁰вх, мА

1,6

1,5*10^-3

I¹вых, мА

2,5

I⁰вых, мА

2,5

U_n_{, В}

0,6

Справочные данные для К176ЛА7

Параметр

Е,В=9В

U⁰,В=0,3

U¹,В=8,2

I¹вх, мА=0,1

I⁰вх, мА=-0,1

I¹вых, мА=0,3

I⁰вых, мА=0,3

Un(Помех-ть)=0.9

Справочные данные для К155ЛА3

Параметр

Е,В=5В

U⁰,В=0,4

U¹,В=2,4

I¹вх, мА=0,04

I⁰вх, мА=-1,6

I¹вых, мА=16

I⁰вых, мА=-0,4

Un(Помех-ть)=0.9

Краз=10

Принципиальные схемы

Схема преобразователя ТТЛ - КМДП

R_k

R_б

+Е

U_вх

U_вых

VT1

VT2

VT3

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 R_k:

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 T_макс, заданного температурного диапазона работы ПУ.

уровень логической «1» на выходе К175ЛА7

кОм

Запишем второе ограничение сверху на величину R_k:

С_n=nC_вх+С_м=10*15+50=200 пФ

Отсюда кОм

Из условия тока коллектора насыщенного транзистора VT максимально допустимым током I_{к макс} для наихудшего соотношения параметров определим ограничение снизу на величину R_k_:

где - максимальное напряжения питания при заданном допуске.