Exp3.4 - Tempo de Propagação

Objetivos

• Conhecer características de portas lógicas referentes à propagação de sinais.

• Praticar medidas de tensão, interligação de componentes e familiarização com montagen de circuitos lógicos.

• Identificar níveis lógicos analisando-se as tensões presentes em pontos solicitados dos circuitos.

• Construir e interpretar gráficos e tabelas.

• Analisar formas de ondas com a finalidade de medir o tempo de atraso.

Preparação

Conceitos

1. Tempo de propagação é o tempo que a porta leva para executar a operação lógica. A resposta de saída de uma porta não é instantânea em relação à entrada. Existe um atraso que é denominado tempo de propagação.

Nos manualis, estes valores são encontrados como $t*{P*{LH}}$ e $t*{P*{HL}}$ e são definidos como:

Símbolo		Definição
$t_{P_{LH}}$	Tempo de propagação do nível baixo para nível alto.	É o tempo que decorre entre a transição do sinal de entrada e a transição do sinal de saída do nível baixo para nível alto.
$t_{P_{HL}}$	Tempo de propagação do nível alto para o nível baixo.	É o tempo que decorre entre a transição do sinal de saída do nível alto para nível baixo.

2. Valores típicos para as diversas séries TTL e CMOS

Série TTL	Tempo de Propagação	Série CMOS	Tempo de Propagação
54/74	10ns	54C/74C	Vcc=4.5V 9-19ns
54L	33ns		Vcc=6V 8-16ns
54H/74H	6ns	54HC/74HC	Vcc=5V 50-90ns
54LS/74LS	9,5ns		Vcc=10V 30-60ns
54S/74S	3ns	40XX	Vcc=5V 50-90ns
54ALS/74ALS	4ns		Vcc=10V 30-60ns
54AS/74AS	1,5ns		Vcc=15V 25-50ns

Metodologia

M1- Para verificar o tempo de propagação das portas lógicas, serão utilizados um gerador de funções para fornecer uma onda quadrada de 5Vp/1MHz à entrada de uma porta lógica, e um osciloscópio de dois canais, para monitorar os sinais de entrada e saída.

M2- Com os dois canais do osciloscópio operando ao mesmo tempo, canal 1 conectado à entrada e canal 2 à saída, será medida o quanto um sinal está deslocado do outro (defasagem dos sinais). O intervalo de tempo encontrado reflete o tempo de propagação. Dependendo da capacidade de varredura do osciloscópio será necessário utilizar várias portas conectadas em série. Neste caso, o tempo encontrado será dividido pelo número de portas utilizadas.

Relação de Material

Quantidade	Descrição
1	fonte de tensão para 5V
1	gerador de ondas quadradas
1	osciloscópio/20MHz
1	matriz de contatos
1	CI 7404
1	CI 4069 ou 74HC04
2	cabos banana-banana
-	fios rígidos de 0,51 mm∅

Praticando

P1- Ajustar o gerador de funções para fornecer em sua saída uma onda quadrada de $\mathrm{V m i n}=0 \mathrm{V e V m a x}=5 \mathrm{V}$ (nível baixo 0 e nível alto 5V).

Atenção ! O ajuste deve ser feito com o acoplamento do osciloscópio na posição DC

Utilizar o ajuste de off-set do gerador de funções, caso verificar nível negativo na onda quadrada.

P2- Fixar o Cl 7404 na base de montagem e fazer as ligações necessárias de alimentação.

• Usar a fonte de tensão ajustada em 5V.

• Ligar o positivo da fonte ao pino 14 do Cl.

• Ligar o negativo da fonte ao pino 7 do Cl.

P3- Completar as ligações conforme o diagrama seguinte.

P4- Ligar o canal 1 do osciloscópio à entrada (pino 1) e o canal 2 à saída da última porta (pino 8). Não esquecer de ativar a função duplo traço do osciloscópio.

P5- Girar a chave seletora da base de tempos do osciloscópio até encontrar a posição mais adequada para visualizar as duas ondas: A onda referente à tensão de entrada e a referente à tensão de saída.

Obs: Em alguns casos, pode ser necessário aumentar ou diminuir um pouco a frequência do gerador, para se obter as formas de onda melhor ajustadas na tela do osciloscópio.

P6- Desenhar as duas formas de onda juntas . Anotar também o valor da defasagem $t*{P*{LH}}$ $e t*{P*{HL}}$ que existem entre elas. (RI-I)

P7- Calcular o tempo de propagação $\left( t*{P*{HL}}/6 \mathrm{e} t*{P*{LH}}/6 \right).$ (RI-I)

P8- Desligar todos os instrumentos (gerador de onda quadrada, osciloscópio e fonte de alimentação).

P9- Trocar o CI 7404 hexa-inversor TTL da familia CMOS. O CI 74C04 ou CD 4069. Completar as ligações conforme o diagrama seguinte.

P10- Ligar primeiro a fonte de alimentação (pinos 7 e 14), depois os demais pinos e instrumentos.

P11- Manter o gerador de onda quadrada conectado ao pino 1 do CI, ajustado para fornecer a onda quadrada de 0 a 5V e frequência de 500KHz.

P12- Ligar o canal 1 do osciloscópio à entrada (pino 1) e o canal 2 à saída ( pino 4).

P13- Girar a chave seletora da base de tempos do osciloscópio até encontrar a posição mais adequada para visualizar as duas ondas.

P14- Desenhar as duas formas de onda juntas. Anotar o valor da defasagem existente entreelas. (RI-II)

Não esqueça que o tempo de atraso medido refere-se ao atraso de 2 portas.

P15- A partir do tempo de atraso encontrado para as duas'portas juntas, calcular o tempo de atraso de uma única porta.(RI-II)

Questões

Q1- Explicar como funciona o circuito seguinte.

Q2- Mostrar que para o circuito da questão anterior vale a expressão:

$$f o = \frac {1}{3 \times \left(t _ {P _ {L H}} + t _ {P _ {H L}}\right)}$$

Instituição:
Curso: Discipl.: Série/Turma:
Prof.: Data: Conceito:
Nome		N°

Relatório Imediato da Experiência 3.4

Tempo de Propagação

I - Tempo de Propagação TTL

Para avaliar o tempo de propagação de uma porta TTL, foi utilizada uma medida indireta. Seis portas inversoras foram colocadas em cascata (a saída de uma conectada à entrada de outra); à entrada da primeira inversora foi injetada uma onda quadrada com nível baixo de 0V, nível alto de 5V/1MHz. Usando os dois canais do osciloscópio, entre a entrada e saída do circuito foi possivel medir o atraso provocado por 6 portas. O tempo referente a uma única porta foi encontrado, dividindo-se o tempo total de atraso por 6.

Circuito utilizado

Formas de onda observadas no osciloscópio

Cálculo do tempo de propagação

$$t _ {P _ {H L} (\mathrm {u m a p o r t a})} = \frac {t _ {P _ {H L}}}{6} =$$ $$t _ {P _ {\mathrm {L H}} (\mathrm {u m a p o r t a})} = \frac {t _ {P _ {\mathrm {L H}}}}{6} =$$

II - Tempo de Propagação CMOS

Para avaliar o tempo de propagação de uma porta CMOS foi utilizado o mesmo método da seção anterior, porém usando apenas duas portas inversoras ligadas em série.

Circuito utilizado

Formas de onda observadas no osciloscópio

Cálculo do tempo de propagação

$$t _ {P _ {H L} (\mathrm {u m a p o r t a})} = \frac {t _ {P _ {H L}}}{2} = \underline {{}} = \underline {{}}$$ $$t _ {P _ {\mathrm {L H}} (\mathrm {u m a p o r t a})} = \frac {t _ {P _ {\mathrm {L H}}}}{2} = \underline {{\quad}} = \underline {{\quad}}$$

---

• https://ocr.z.ai/