3주차-실험13 결과 - CMOS-TTL interface

소개글

3주차-실험13 결과 - CMOS-TTL interface에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험
설계 및 고찰
비고 및 고찰

본문내용

이 한정되어 있으므로 매우 힘들다. 4050은 CMOS가 2개의 TTL을 구동시킬 수 있도록 설계한 buffer로서 +5[V]의 전원 공급만으로 동작시킬 수 있다. <그림 13.9>의 회로를 구성하고, 다음의 지점에서 파형을 관찰하여 파형을 도시하라.
(1) 4001 핀 1
(2) 4001 핀 3
(3) 4050 핀 2
(4) 7406 핀 4
설계 및 고찰
(1) 실험 결과에서 본 CMOS의 TTL interface의 원리를 설명하라.
⇒ 시스템에 interface을 한다는 것은 회로의 출력을 다른 전기적 특성을 갖는 시스템이나 회로의 입력에 연결하는 것을 말한다. CMOS와 TTL을 interface하여 사용하는 이유는 CMOS와 TTL은 서로 대비되는 특성을 갖고 있어서 이런 장치들을 더욱 효율적으로 활용하기 위해서이다.
TTL과 CMOS는 전압레벨이 다르기 때문에 전압 레벨 변환 인터페이스가 필요하다. 위의 회로에서는 포토커플러를 이용했는데, 포토커플러를 이용해서 인터페이스를 하면 단가상승의 단점이 있지만 시스템의 안정성을 도모할 수 있으며 노이즈를 방지할 수 있다.
(2) CMOS와 TTL interface 회로에 대하여 설명하라.
⇒ 회로에서 입력 측이 고전위 전원을 사용하는 소자가 TTL레벨의 회로에 신호가 유입 시에 회로가 오동작 하거나 손상이 될 수가 있으며 그라운드의 공용으로 인해 노이즈가 TTL Logic에 전달이 되어서 시스템의 안정성을 떨어뜨린다.
CMOS는 MOSFET방식이다. 즉 반도체에 적당한 불순물을 첨가하여 원하는 성질의 반도체인 P-MOS와 N-MOS를 만들어 낸다. CMOS는 저전위 상태에서 고전위 상태로의 변화할 때 또는 그 반대의 경우에서 신호가 떨리는 현상이 나타난다. 이 현상을 제거하기 위해 BUFFER가 사용된다. 위 회로에 쓰인 CMOS BUFFER는 신호의 증폭이나 BOUNCE 현상을 제거하기 위해 쓰였다. CMOS는 TTL에 비해 동적 안전성이 부족하다. 이 점을 보완하기 위한 것이다.
비고 및 고찰
이번 실험은 CMOS의 동작을 이해하고, CMOS와 TTL의 interfacing 방법에 대하여 이해하는 실험이었습니다.
실험 (1)은 2입력 NOR게이트(4001)의 작동을 알아보는 실험이었는데 진리표와 일치한 값을 측정할 수 있었습니다.
실험 (2)는 2입력 NAND게이트(4011)의 작동을 알아보는 실험이었는데 이 실험에서도 진리표와 일치한 값을 측정할 수 있었습니다.
실험 (3)은 2입력 NOR게이트(4001)의 Vout에 저항을 연결하고, 저항의 크기의 변화에 따라 변화하는 Vout 값을 측정하는 실험이었습니다. 이 실험으로 저항 값이 달라져도 모두 약 5[V]에 근접한 결과여서 0과 1의 출력 중 1에 해당한다고 볼 수 있었습니다.
실험 (4)도 실험 (3)과 비슷한데, 실험 (3)은 2입력과 1출력에 모두 접지를 해주었고, 실험 (4)는 입력1에는 Vdd를, 입력2에는 접지를 하고, 출력에는 Vdd를 연결했다는 점이 달랐습니다. 실험 (4)의 결과는 대체로 저항의 크기가 커질수록 Vout의 값이 조금씩 커지는 것을 확인할 수 있었습니다. 하지만 모두 0V에 가까운 값 이여서 0과 1의 출력 중 0에 해당한다고 볼 수 있었습니다.
실험 (5)와 실험 (6)은 저희가 실험에 실패하였습니다. 결과 값이 안 나와서 그 이유에 대해 생각해보니 첫 번째로 회로가 맞을지 가장 의심되었습니다. 하지만 나중에 다른 성공한 조의 회로도 저희 조와 다를 게 없는 것을 확인하고 회로를 짜는데 있어서 문제가 있던 것은 아니라고 생각하였습니다. 두 번째로는 저희 조의 브레드보드에 문제가 있는 것은 아닐까 생각해보았습니다. 그래서 소자의 위치를 바꿔서 다시 실험해보아도 결과 값에 큰 변화가 없는 것을 확인하고 브레드보드의 문제도 아니라는 것을 확인하였습니다. 세 번째로는 소자가 잘못된 것은 아닐까 생각해 보았습니다. 그래서 다른 성공한 조의 소자를 이용하여서도 실험을 해보았는데 결과 값이 크게 달라지지 않는 것을 확인하고 소자 문제도 아니라고 생각하였습니다. 네 번째로는 저희 조에 있는 오실로스코프나 프로브에 문제가 있었던 것은 아닐까 생각해보았습니다. 오실로스코프에 아무 회로도 연결하지 않고 오직 파워서플라이와 연결을 해보았는데도 첨두치가 잘못된 값이 나오는 것을 확인 할 수 있었습니다. 그래서 다른 성공한 조의 오실로스코프를 이용했는데도 첨두치가 잘못된 값이 나와서 프로브에 문제가 있을 것이라 생각하고 프로브를 많이 바꿔보았는데도 올바른 결과 값을 출력시킬 수 없었습니다. 이번 실험 때는 문제점을 너무 늦게 파악해서 시간이 많이 지연되었습니다. 다음에는 안 된다고 너무 한 곳에만 집중하는 것이 아니고 다른 여러 각도에서 무슨 문제점이 있는 건지 생각해봐야 할 것 같습니다.
만약 실험 (5)와 실험 (6)에서 올바른 값을 출력하였다면, 실험 (5)에서는 TTL과 CMOS의 interface가 어떤 역할을 하는지 확인하는 실험으로, 그 결과 값이 핀1에서 핀3으로 갈 때 그 값들이 증폭되는 것을 확인하고 그러한 역할을 하는 것을 확인하는 실험이었습니다. 실험 (6)에서는 회로를 짜고 회로에서 소자를 거치면서 변화하는 파형을 관찰하는 실험이었는데, 이 결과 값을 제대로 출력하였다면 7406 소자를 거치면서 4001 핀 1에서 반전된 파형을 확인할 수 있고, 4001 소자를 거치면서 다시 반전되는 것을 4001 핀 3에서 확인할 수 있었을 것입니다. 그리고 4050 소자를 지나고 4050 핀 2번의 파형을 확인하면 반전되지 않고 그대로의 파형을 확인 할 수 있었을 것인데 그 이유는 4050은 CMOS buffer로 전류에 영향을 주기 때문에 전압의 파형에는 변화를 주지 않았던 것입니다. 그리고 마지막으로 7406 소자를 지나면서 7406 핀 4에서 다시 파형이 반전되는 것을 확인 할 수 있었을 것입니다.
이번 실험은 전체적으로 실험 (1)~(4)는 만족스러운 결과 값을 확인 할 수 있었고, 실험 (5), (6)은 잘못된 결과 값을 확인할 수 있었습니다. 다음 실험부터는 잘못된 실험 값의 원인을 빠르게 찾는 것이 중요하다고 생각되었습니다.

키워드

기초회로실험,   보고서,   예비,   결과