Esercitazioni lab per informatici

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1 Esercitazioni lab per informatici Turno 1 1) Misura della funzione di trasferimento di una porta CMOS NOT Componente: CD 4011BE Cortocircuitare i due ingressi della porta NAND per ottenere una porta NOT, alimentare a 5V e misurare la funzione di trasferimento della risultante porta NOT. Tracciare un grafico. Misurare i margini di rumore 2) Misura della risposta dinamica di una porta CMOS NOT Componente: CD 4011BE Cortocircuitare i due ingressi della porta NAND per ottenere una porta NOT. Alimentare a 5V. Aggiungere in uscita un capacitore di 100pF che simula il carico. Utilizzando il generatore di forme d onda, dare in ingresso un onda quadra da 0 a 5V e visualizzare con l oscilloscopio la forma d onda in uscita. Visualizzare l ingresso e l uscita nella stessa schermata dell oscilloscopio. Fare una foto. Misurare: ritardo di propagazione, tempo di salita, tempo di discesa. 3) Misura del consumo di una porta CMOS NOT Componente: CD 4011BE Cortocircuitare i due ingressi della porta NAND per ottenere una porta NOT. Alimentare a 5V. Aggiungere in uscita un capacitore di 100pF che simula il carico. Inserire il multimetro tra alimentatore e piedino di alimentazione in modalità corrente. Mettere l ingresso a 0V e misurare la corrente di alimentazione. Mettere l ingresso a 5V e misurare la corrente di alimentazione. Dare in ingresso un onda quadra 0V-5V a frequenza 100kHz e misurare la corrente di alimentazione. Misurare il consumo al variare della frequenza dell ingresso tra 0Hz e 1MHz. Tracciare un grafico. 4) Verifica del funzionamento di un latch CMOS Componente: CD 4011BE Nel componente ci sono 4 porte NAND. Cortocircuitare i due ingressi di due porte NAND per ottenere due porte NOT. Collegare le due porte NOT in cascata. Alimentare a 5V. Misurare la funzione di trasferimento delle due porte. Tracciare un grafico. Calcolare le tensioni nei 3 punti di equilibrio. Collegare ingresso e uscita per realizzare un latch. Mediante un filo collegato a massa toccare brevemente uno dei due ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Mediante lo stesso filo collegato a massa toccare brevemente l altro ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Il latch funziona? Collegare un filo a una tensione poco inferiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione poco superiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione uguale alla tensione di equilibrio instabile e toccare Ripetere 5 volte. Cosa succede al latch? 1

2 5) Misura della funzione di trasferimento di una porta AND Componente: CD 4081BE Verificare la tabella della verità della porta. Cortocircuitare i due ingressi della porta AND, alimentare a 5V e misurare la funzione di trasferimento. Tracciare un grafico. 6) Realizzazione di una funzione logica Componenti: CD 4081BE Realizzare la funzione logica in figura. Verificare la tabella della verità. Collegare un capacitore da 100pF tra uscita e massa per simulare un carico. Collegare il multimetro tra alimentatore e piedino di alimentazione. Mediante il generatore di forme d onda dare all ingresso D un onda quadra 0V-5V a frequenza 200kHz. Misurare la potenza dissipata. Ripetere il misura collegando il generatore di forme d onda all ingresso H. Le due potenze sono uguali? Spiegare perché. 7) Realizzazione di una funzione logica Componenti: CD 4011BE, CD 4081BE Realizzare la funzione logica in figura. Verificare la tabella della verità. Collegare un capacitore da 100pF tra uscita e massa per simulare un carico. Collegare il multimetro tra alimentatore e piedino di alimentazione. Mediante il generatore di forme d onda dare all ingresso D un onda quadra 0V-5V a frequenza 200kHz. Misurare la potenza dissipata. Ripetere il misura collegando il generatore di forme d onda all ingresso C. Le due potenze sono uguali? Spiegare perché. 8) ) Misura della funzione di trasferimento di una porta NOT a MOSFET e carico passivo Componente: 2N7000 (NMOSFET ad arricchimento) Realizzare il circuito in figura. Misurare la funzione di trasferimento. Tracciare il grafico. Misurare i margini di rumore 2

3 9) Misura della risposta dinamica di una porta NOT a MOSFET e carico passivo Componente: 2N7000 Realizzare il circuito in figura. Il capacitore di 100pF simula il carico. Utilizzando il generatore di forme d onda, dare in ingresso un onda quadra da 0 a 5V e visualizzare con l oscilloscopio la forma d onda in uscita. Visualizzare l ingresso e l uscita nella stessa schermata dell oscilloscopio. Fare una foto. Misurare: ritardo di propagazione, tempo di salita, tempo di discesa. 10) Misura del consumo di una porta NOT a MOSFET e carico passivo Componente: 2N7000 Realizzare il circuito in figura. Il capacitore di 100pF simula il carico. Inserire il multimetro in modalità corrente tra alimentatore e piedino di alimentazione. Mettere l ingresso a 0V e misurare la corrente di alimentazione. Mettere l ingresso a 5V e misurare la corrente di alimentazione. Dare in ingresso un onda quadra 0V-5V a frequenza 100kHz e misurare la corrente di alimentazione. Misurare il consumo al variare della frequenza dell ingresso tra 0Hz e 1MHz. Tracciare un grafico. 11) Misura della funzione di trasferimento di una porta NOT a MOSFET e carico attivo Componenti: 2N7000 (NMOSFET ad arricchimento), BF987 (NMOSFET a svuotamento) Realizzare il circuito in figura. Misurare la funzione di trasferimento. Tracciare il grafico. Misurare i margini di rumore 3

4 12) Misura della risposta dinamica di una porta NOT a MOSFET e carico attivo Componenti: 2N7000 (NMOSFET ad arricchimento), BF987 (NMOSFET a svuotamento) Realizzare il circuito in figura. Il capacitore di 100pF simula il carico. Utilizzando il generatore di forme d onda, dare in ingresso un onda quadra da 0 a 5V e visualizzare con l oscilloscopio la forma d onda in uscita. Visualizzare l ingresso e l uscita nella stessa schermata dell oscilloscopio. Fare una foto. Misurare: ritardo di propagazione, tempo di salita, tempo di discesa. 13) Misura del consumo di una porta NOT a MOSFET e carico attivo Componenti: 2N7000 (NMOSFET ad arricchimento), BF987 (NMOSFET a svuotamento) Realizzare il circuito in figura. Il capacitore di 100pF simula il carico. Inserire il multimetro in modalità corrente tra alimentatore e piedino di alimentazione. Mettere l ingresso a 0V e misurare la corrente di alimentazione. Mettere l ingresso a 5V e misurare la corrente di alimentazione. Dare in ingresso un onda quadra 0V-5V a frequenza 100kHz e misurare la corrente di alimentazione. Misurare il consumo al variare della frequenza dell ingresso tra 0Hz e 1MHz. Tracciare un grafico. 4

5 14) Verifica del funzionamento di un latch a MOSFET Componente: 2N7000 Realizzare due porte logiche NOT a MOSFET come in figura. Collegare le due porte NOT in cascata. Misurare la funzione di trasferimento delle due porte. Tracciare un grafico. Calcolare le tensioni nei 3 punti di equilibrio. Collegare ingresso e uscita per realizzare un latch. Mediante un filo collegato a massa toccare brevemente uno dei due ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Mediante lo stesso filo collegato a massa toccare brevemente l altro ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Il latch funziona? Collegare un filo a una tensione poco inferiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione poco superiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione uguale alla tensione di equilibrio instabile e toccare Ripetere 5 volte. Cosa succede al latch? 5

6 Turno 3 1) Funzione di trasferimento di una porta NOT a BJT Componenti: 2N222 Realizzare la porta logica in figura. Tracciare per punti la funzione di trasferimento. Specificare al variare della tensione in ingresso lo stato (interdizione, saturazione, RAD, RAI) di ciascun BJT 2) Risposta dinamica di una porta NOT a BJT Componenti: 2N222 Realizzare due porte logiche come in figura. Mettere le due porte in cascata. Dare in ingresso una forma d onda rettangolare tra 0 e 5V. Si osservi con l oscilloscopio la tensione in uscita alla prima porta e la tensione in uscita alla seconda porta. Ci sono dei ritardi rispetto ai fronti di salita/discesa forniti in ingresso con il generatore di forme d onda? Misurare tempo di propagazione e tempi di salita e discesa. 3) Risposta dinamica di una porta NOT a BJT e resistore Componenti: 2N222 Realizzare la porta logica come in figura. 6

7 Dare in ingresso una forma d onda rettangolare tra 0 e 5V. Si osservi con l oscilloscopio la tensione in ingresso e in uscita. Ci sono dei ritardi rispetto ai fronti di salita/discesa forniti in ingresso con il generatore di forme d onda? Misurare tempo di propagazione e tempi di salita e discesa. 4) Verifica del funzionamento di un latch a BJT Realizzare due porte logiche NOT a MOSFET come in figura. Collegare le due porte NOT in cascata. Misurare la funzione di trasferimento delle due porte. Tracciare un grafico. Calcolare le tensioni nei 3 punti di equilibrio. Collegare ingresso e uscita per realizzare un latch. Mediante un filo collegato a massa toccare brevemente uno dei due ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Mediante lo stesso filo collegato a massa toccare brevemente l altro ingresso/uscita. Controllare con il multimetro lo stato dei due ingresso/uscita. Il latch funziona? Collegare un filo a una tensione poco inferiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione poco superiore alla tensione di equilibrio instabile e toccare Collegare un filo a una tensione uguale alla tensione di equilibrio instabile e toccare Ripetere 5 volte. Cosa succede al latch? 7

8 5) Porta logica a BJT e diodi Realizzare il circuito in figura Individuare il tipo di porta logica e verificarne il funzionamento. 6) Funzione di trasferimento di un phase splitter Realizzare il circuito in figura e tracciare le funzioni di trasferimento delle due uscite al variare della tensione in ingresso. 7) Buffer CC tensione-tensione Realizzare l amplificatore in figura. Verificare che le tensioni ai 3 terminali del BJT siano quelle attese dalla teoria. 8

9 Dare in ingresso una tensione di 500mV a frequenza 500kHz. Visualizzare con l oscilloscopio il segnale in ingresso e il segnale in uscita. Fare una foto. Misurare il guadagno di tensione e confrontare con il valore teorico. 8) Phase splitter Realizzare l amplificatore in figura. Verificare che le tensioni ai 3 terminali del BJT siano quelle attese dalla teoria. Dare in ingresso una tensione di 500mV a frequenza 500kHz. Visualizzare con l oscilloscopio il segnale in ingresso e i due segnali segnale in uscita. Fare una foto. Misurare il guadagno di tensione e confrontare con il valore teorico. 9) Funzione di trasferimento di due BJT in cascata Si tracci la funzione di trasferimento di V1 e V2 in funzione di VIN. 10) Funzione di trasferimento di un BJT con tensione di soglia traslata Si tracci la funzione di trasferimento 9

10 11) Funzione di trasferimento Si tracci la funzione di trasferimento. Vcc=5V, R1=1kΩ, R2=4kΩ, RB=1kΩ, RL=10kΩ, 12) Funzione di trasferimento di due MOSFET in cascata Componente: 2N7000 Si tracci la funzione di trasferimento di v0 e v2 in funzione di vi. VDD=6V 13) Funzione di trasferimento di un MOSFET con tensione di soglia traslata Componente: 2N7000 Si tracci la funzione di trasferimento 10

11 14) Amplificatore CE reazionato Realizzare l amplificatore in figura. Verificare che le tensioni ai 3 terminali del BJT siano quelle attese dalla teoria. Dare in ingresso una tensione di 500mV a frequenza 500kHz. Visualizzare con l oscilloscopio il segnale in ingresso e il segnale in uscita. Fare una foto. Misurare il guadagno di tensione e confrontare con il valore teorico. 11