전자공학 실험 - 논리 게이트의 특성 및 연산회로

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전자공학 실험 - 논리 게이트의 특성 및 연산회로에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

시키면서 출력 전류-전압 특성을 관측하여 기록하라.
(5) 위 실험을 입력이 개방된 상태에서 반복하여 기록하라.
(6) <그림 12>와 같이 회로를 구성하고 가변저항을 변화시키면서 전류-전압 특성을 관측하여 기록하라.
(7) <그림 13>의 두 조합 논리회로를 구성하여 실험을 통하여 진리표를 작성하라.
6. 실험 내용 및 결과
(1) 인버터 게이트의 회로를 구성하고 0V와 5V의 값을 가진 1kHz 구형파를 Vi에 연결한다. 입력전압 Vi와 출력전압 Vo를 각각 Ch1과 Ch2에 연결하고 DC coulping mode에서 파형을 관측하여 기록하라.
- 인버터 게이트의 입출력 전압 파형을 측정하기 위해 <사진 1>과 같이 빵판에 회로를 구성하였다. 이 회로의 입력전원으로 0V와 5V의 1kHz구형파를 입력하였다. 이때, DC offset과 오실로스코프를 애용하여 0V와 5V의 값을 가짐을 확인하였다. 그리고, 게이트의 전원공급을 위해 DC supply를 이용하였다.
- 회로의 입력이 구형파임을 확인하고 오실로스코프의 Ch1과 Ch2에 각각 입출력을 연결하여 입력파형이 어떻게 출력파형으로 바뀌는지 <사진 2>와 같이 확인하였다.
- 게이트를 들어간 전압이 5V일 때 출력전압은 0V를 나타내는 인버터 게이트의 특징을 나타냈다.
(2) 인버터 게이트의 회로에 삼각파를 연결하라. 입력전압 Vi를 오실로스코프의 X축, 출력전압 Vo를 Y축으로 여결하고 74LS04 게이트의 입출력 전압 특성을 관찰하여 기록하라.
- (1)에서 한 실험에서 입력전원을 구형파 대신에 <사진 3>처럼 삼각파로 바꾼뒤 인버터 게이트의 입출력 전압 특성을 관찰하였다.
- 입출력 특성을 확인한 결과 <사진 4>와 같이 나타났다. 인버터게이트의 특성에 따라 삼각파에서 0에 가까운 지점에서 출력값이 높게 나타남을 확인하였다. 이를 X-Y모드로 바꾸어 인버터게이트의 입출력 전압 특성을 <사진 5>와 같이 확인할 수 있었다.
- <사진 5>에서 확인한 입출력 전압 특성은 실험 해설에서 볼 수 있었던 전압 특성 그래프와 거의 일치함을 확인 할 수 있었다.
(3) 게이트 입력 특성 실험회로를 구성하고 20㏁범위의 가변저항을 변화시키면서 전압 Vi와 가변저항값을 기록하라. 마찬가지로 회로의 전압을 Vi와 가변저항값을 마찬가지로 기록하라.이때 고정저항과 가변저항을 직렬연결하여 사용해야 한다.
- 게이트 입력 특성 실험 회로를 <사진 6>처럼 구성하고 가변저항값을 변화시키면서 게이트 입력 특성을 확인 하였다.
- <그림 1>의 (a)회로와 (b)회로에 대한 실험 데이터를 표에 기록하고 이를 통해 전류를 계산해내어 그래프로 그린 결과 <결과 1>,<결과 2>와 같이 나타났다.
- <결과 1>을 살펴보면, 4V이상일 때 일정한 전류가 흐르게 됨을 볼 수 있다. 저항이 클때에는 전압강하가 많이 일어나고, 저항이 큰만큼 옴의 법칙에 맞게 적은 전류가 흘렀다. 즉, 이 실험은 출력값이 ‘1’일 때 가 흐름을 의미한다.
- <결과 2>를 살펴보면, 저항이 커질수록(가변저항 10㏀)전압은 높아지고 전류가 적어졌다. 는 최대 1.2V까지 관측되었다. 전압이 커질수록 전류가 일정한 값을 얻었다. (0.8V이상에서) 즉, 출력값이 ‘0’일 때, 이 흐름을 의미한다.
(4) 게이트의 출력 전류-전압 특성을 관찰하기 위한 회로를 구성하고 가변저항을 변화시키면서 출력 전류-전압 특성을 관측하여 기록하라.
- <그림 2>의 게이트의 출력 전류-전압 특성을 관찰하기 위한 회로를 <사진 8>과 같이 구성하고 가변저항값을 변화시키면서 데이터를 기록하였다. 이때의 입력 논리값은 ‘1’인 경우이다.
- 그 데이터를 통해 을 계산하고 그래프로 나타내면 <결과 3>과 같다.
- <결과 3>을 보면, 의 전압이 증가할수록 저항이 점점 작아지고 전류값은 점점 증가함을 볼 수 있었다. 또, 값이 커질 때 이 증가함을 볼수 있다. 즉, 가변저항(그래프상의 기울기의 역수)이 적을때에는 에서 4V에 가까운 값을 가지는 진리값 ‘1’을 나타내고 있고, 가변저항이 클때에는 에서 0V에 가까운값을 가지는 진리값 ‘0’을 나타내고 있다.
(5) 위 실험(4번실험)을 입력이 개방된 상태에서 반복하여 기록하라.
- 위의 4번 실험의 회로와 동일한 상태에서 입력전압만 개방한 상태로 똑같은 실험을 반복한 결과 <결과 4>와 같은 결과가 나타났다.
- 전압 가 증가할수록 은 더 큰값을 얻을수 있었다. 이때 전류는 으로 계산한다.
(6) 게이트의 출력 전류-전압 특성을 측정하기 위한 회로를 구성하고 가변저항을 변화시키면서 전류-전압 특성을 관측하여 기록하라.
- <그림 3>의 게이트의 출력 전류-전압 특성을 관찰하기 위한 회로를 <사진 9>과 같이 구성하고 가변저항값을 변화시키면서 데이터를 기록하였다. 이때의 입력 논리값은 ‘0’인 경우이다.
- 그래프에서 보듯이 전압값이 커질수록 전류값이 작아짐을 확인 할 수 있었다. 그리고 가 3.5V이후인 시점부터 가 0A에 근접함을 알 수 있다. 즉, 가 3.5V임을 알 수 있다.
7. 연습문제
(1) 실험 2번의 입출력 전압 특성을 보고 와 잡음 여유폭을 구하라.
- 실험 2번의 입출력 전압 특성은 <사진 5>와 같았다. 1칸이 2V임을 고려하면
, , , 인 것을 알 수 있다.
- 이를 통해 잡음 여유폭을 구하면,
논리값 “1”에 대한 잡음 여유도 = 0.7V
논리값 “0”에 대한 잡음 여유도 = 2.3V
으로 나타난다.
(2) 실험 3,4,6의 결과를 검토하라.
- 위의 결과보고서 내에 검토하였다.
(3) 실험 내용 5의 결과를 검토하라.
- 위의 결과보고서 내에 검토하였다.
(4) 저전력 숏키 TTL게이트의 전압 전달 특성에서 출력에 다른 게이트를 연결하면 이 특성은 바뀌게 된다.
로 유지하려고 할 때, 출력에 연결할 수 있는 게이트 입력의 수(fan out)를 실험 3,4,6의 결과를 이용하여 계산하라.
(5) 실험 7에서 구성한 회로의 논리식을 각각 구하라.
- (((W+X')'·Y')')' = (W+X)'·Y' = W'·X·Y'
- ((W'·X)'+Y)' = (W'·X)·Y' = W'·X·Y'
이 두 회로는 등가회로이다.

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