Ritardo di una porta logica (NOT)

Esercitazione: Ritardo di una porta logica (NOT)

Disegno Circuito:

Scopo Esperienza: Misurare servendosi dell'oscilloscopio,  il ritardo di un porta logica. In laboratorio abbiamo utilizzato le porte NOT servendoci di 2 integrati 74LS04.

Scopi Didattici: Imparare ad utilizzare l'oscilloscopio come frequenzimetro.

				Giudizio:
				Voto:

Descrizione e caratteristiche degli apparecchi usati:

Componenti:

2 integrati 74LS04 (NOT)

Materiale:

1 Alimentatore:

V: 5 V (valore nominale) -- V: 5,10 V (valore misurato)

Corrente: Continua

1 Bread - Board

1 Sonda per l'oscilloscopio (attenuano il segnale di 10 volte)

2 cavetti banana - coccodrillo per l'alimentazione

cavetti vari per i collegamenti sulla bread - board

Strumenti:

1 oscilloscopio (frequenza massima 20 MHz)

Datasheet degli integrati utilizzati:

74LS04

Disegno del schema pratico:

Procedimento Seguito:

Si monta il circuito come illustrato nel schema utilizzando la bread board ed aiutandosi con il disegno della piedinatura dell'integrato proposta qui sopra.

Si collega la sonda dell'oscilloscopio sull'uscita dell'ultima porta (Vu) ricordandosi di collegare anche il coccodrillo della sonda verso massa.

Si alimenta il circuito utilizzando l'alimentatore e i 2 cavetti banana - coccodrillo prestando attenzione a non creare cortocircuiti attraverso i due coccodrilli presenti all'estremità dei fili di alimentazione

Si osserva l'oscilloscopio e si procede nel seguente modo:

Si ruota la manopola dei tempi (asse X) in modo da visualizzare su tutta la lunghezza dello schermo circa 16 - 18 periodi

Ci si prende nota del tempo che stiamo usando (quello indicato dalla manopola dell'oscilloscopio) e lo si moltiplica per 10 volte.

Si divide il tempo ottenuto nelle istruzioni del punto 2 per il numero di periodi visualizzati ottenendo così il tempo di un singolo periodo.

Fatto questo si divide il risultato ottenuto nel punto 3 per il numero di porte NOT utilizzate (11) ottenendo così il tempo di ritardo di una porta.

Osservazione Oscilloscopio:

La forma d'onda che dovremmo visualizzare sull'oscilloscopio dovrebbe rassomigliare a questa ma ci accorgeremo che nella pratica non sarà proprio così; la forma d'onda che visualizzeranno sarà molto più disturbata, assomiglierà quasi ad un onda sinusoidale.

Da questa immagine possiamo però osservare che nella lunghezza di 10 quadratini (dal punto rosso 1 al punto blu 2) ci sono 16 periodi. Ogni quadratino vale 0,2 us, quindi 10 quadratini valgono 2 us.

Eseguendo i calcoli otteniamo che 1 periodo vale 0,125 us. Fatto questo, sarà facile determinare il ritardo di una porta logica: basterà dividere il tempo di un periodo per il numero delle porte utilizzate.

Tabella dati:

Calcoli:

Osservazioni finali: da questa esperienza possiamo stabilire che il ritardo di una porta logica è un valore molto piccolo che si aggira attorno ai 10 ns. 10 ns vogliono dire 10 x 10^-9 secondi cioè 10 miliardesimi di secondo.

Capiamo quindi che questo ritardo è talmente piccolo che il nostro occhio umano non riesca a percepirlo.

Durante le nostre esperienze abbiamo già visto il vantaggio di usare delle porte logiche con un ritardo molto piccolo: nei contatori. I contatori vengono infatti resettati solo nello stato successivo a quello che noi vogliamo visualizzare. Questo stato (che noi non vogliamo vedere) ha però una durata pari al ritardo della porta e quindi l'occhio umano non riesce a vederlo dal momento che dura troppo poco. Sappiamo infatti che l'occhio umano fa già difficoltà a vedere una luce che lampeggia ad una frequenza pari a 25 - 30 Hz, uriamoci ad una velocità pari a 8 MHz (che è quella della porta logica).