Der erste Versuch dient zur Einführung in die Messtechnik.

In diesem Versuch messen Sie die Verzögerungszeit von einem NAND Gatter 74HC00. Das Datenblatt zu dem Gatter finden Sie hier:

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT00.pdf

Die Definition von Schaltzeiten finden Sie im Buch von Fricke in Kapitel 4

http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-8348-9370-3_4

Das Benutzerhandbuch für das Oszilloskop finden Sie hier:

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/54709-97032.pdf

Starten Sie das Oszilloskop und schließen Sie eine Analogprobe an. Am Scope wird ein Testsignal “Demo2” ausgegeben. Messen Sie das Testsignal “Demo2” mit der Probe und stellen Sie das Signal auf dem Scope dar. Gehen Sie dazu so vor, wie im Handbuch des Oszilloskops beschrieben.

Starten Sie den Funktionsgenerator HMF2550 und erzeugen Sie ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 10 MHz. Die niedrigste Spannung soll 0V und die höchste Spannung sollen 3,3V sein. Stellen Sie den zeitlichen Verlauf des Signals auf dem Oszilloskop über Kanal 1 dar.

• Welchen Einfluss hat der große Drehknopf im Feld “Horizontal” auf die Darstellung?
• Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf im Feld “Horizontal”?
• Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf im Feld “Trigger”?
• Welchen Einfluss hat der große Drehknopf bei Kanal 1 im Feld “Vertical”?
• Welchen Einfluss hat der kleine Drehknopf bei Kanal 1 im Feld “Vertical”?
• Messen Sie die Frequenz des Rechtecksignals mit dem Scope.
• Messen Sie die Risetime und die Falltime des Rechtecksignals. An welchen Punkten im Signalverlauf messen Sie?

Bevor Sie ein Signal mit dem Funktionsgenerator auf die Eingänge des Gatters geben können Sie zunächst statisch die Funktion des Gatters überprüfen.

• Schliessen Sie mit dem Netzteil eine Betriebsspannung von 3,3 V an das IC an. Schauen im Datenblatt nach wo Sie die Betriebsspannung anschliessen müssen.
• Messen Sie mit dem Multimeter die Betriebsspannung.
• Legen Sie mit einem Kabel entweder 0V oder 3,3V (also Masse oder Betriebsspannung) an die Eingänge eines Gatters.
• Messen Sie mit dem Multimeter den Spannungspegel am Ausgang des Gatters.
• Überprüfen Sie alle möglichen Eingangskombinationen der Eingangsspannungspegel und stellen Sie so die Wahrheitstabelle des Gatters auf. Vergleichen Sie mit dem Datenblatt…

Die statische Übertragungskennlinie gibt den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung eines Gatters wieder. Beschalten Sie einen Eingang des NAND Gatter statisch so, dass eine Änderung des Spannungspegels am anderen Eingang eine Auswirkung auf den Spannungspegel am Ausgang des Gatters haben kann. Wählen Sie eine Betriebsspannung von 3,3 V.

• Messen Sie die statische Übertragungskennlinie des Gatters mit Hilfe des Multimeters und des Netzteils.
• Stellen Sie aus den Messwerten eine Tabelle auf.
• Zeichnen Sie die statische Übertragungskennlinie auf Papier.

Die Darstellung der statischen Kennlinie mit dem Scope erfolgt im XY Modus. Die X Ablenkung wird durch Kanal 1 und die Y Ablenkung von Kanal 2 gesteuert. Wenn auf Kanal 1 das Eingangssignal und auf Kanal 2 das Ausgangssignal des Gatters liegen, dann wird die Ausgangsspannung abhängig von der Eingangsspannung dargestellt.

• Stellen Sie das Oszilloskop in den Modus “XY”. (Knopf “Horiz” → Zeitmodus XY)
• Legen auf Kanal 1 ein geeignetes Eingangssignal
• Legen auf Kanal 2 das Ausgangssignal des Gatters.

Die Schaltung 74HC00 enthält insgesamt 4 NAND Gatter. Schalten Sie die vier NAND Gatter als 4 Inverter in eine Kette und messen Sie die Gesamtverzögerungszeit. Wie ist die Verzögerungszeit für einen Inverter? An welchen Stellen der Kurve messen Sie die Verzögerungszeit?

• Messen Sie tplh (Propagation Delay low high transition)
• Messen Sie tphl (Propagation Delay high low transition)
• Messen Sie tr (Risetime)
• Messen Sie tf (Falltime)

• Bringen Sie einen kleinen Widerstand in die Spannungsversorgungsleitung um mit dem Spannungsabfall über dem Widerstand den Betriebsstrom zu messen (machen Sie eine kleine Zeichnung wo der Widerstand ist)
• Stellen Sie den Stromverlauf zusammen mit dem Signalverlauf am Eingang dar. Zu welchen Zeitpunkten verbraucht die Schaltung Strom?

• Ändern Sie die Höhe der Versorgungsspannung und analog die Höhe des Eingangspegels und messen Sie jeweils die Verzögerungszeit. Wie ändern sich die Verzögerungszeiten mit der Höhe der Betriebsspannung?