Versuchsziele und Hinweise zur Durchführung

Sie lernen anhand des Versuchs, wie man CMOS Transistoren für die Realisierung von Logikgattern verwenden kann. Es sollen Logikschaltungen mit dem CMOS Transistorarray HEF4007UB (oder kompatibel) aufgebaut und untersucht werden. Es steht Ihnen ein Electronic Explorer Board zum Aufbau und der Messung zur Verfügung. Das Board hat ein 4 Kanal Oszilloskop, 2 Spannungsversorgungen, 2 Signalgeneratoren und 31 Digitale IOs zur Verfügung.

Lesen Sie vor dem Versuch die Anleitung. Die Gruppeneinteilung ist auf dem L-Laufwerk unter Digitaltechnik abgespeichert. Die Webseite wurde mit dem Firefox Browser verifiziert. Dokumentieren Sie jeden Versuch indem Sie Ihre Ergebnisse in die vorbereiteten Felder eingeben. Bildschirmkopien können Sie mit einem Linksklick auf „Snipping Tool“ unten rechts im Infobereich in die Zwischenablage kopieren. Mit <Strg> + V können diese dann in Word oder in die vorbereiteten Felder eingefügt werden oder das ganze Fenster mit < alt > < Druck >, < cmd > < F14 > kopieren.
Mit "Save" werden die Daten nur auf dem lokalen Rechner gespeichert.
Wenn all Felder ausgefüllt sind kann man die Ergebnisse mit Submit zum Server schicken.
Sie sollten für sich dann für Ihre Unterlagen ein pdf Dokument mit einem pdf Drucker erstellen.

Bitte beachten Sie folgende Hinweise:

Elektronikbauteile sind gefährdet durch elektrische Entladungen (ESD). Bevor Sie die Bauteile oder Komponenten des Boards berühren, berühren Sie bitte einen Massepunkt zwecks Entladung. Verwenden Sie ESD Schutzmaßnahmen. Berühren Sie bitte auch nicht eine andere Person, welche gerade mit Elektronikkomponenten / Bauteilen hantiert. Bauen und Verändern Sie die Schaltungen nur im spannungslosen Zustand (Schalter auf OFF).

Schaltplanerstellung für das Electronic Explorer Board

Sie können auch außerhalb der Praktikumszeit in das Digitaltechniklabor kommen und selbständig das Experimentierboard benutzen. Eine Einführung in die Funktionen des Board finden Sie hier.
Die Software ist frei verfügbar unter:
Aktuelle Version: http://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,66,849&Prod=WAVEFORMS
Laborversion: http://store.digilentinc.com/waveforms-download-only/


Skizzieren Sie Ihre Schaltung zur Vorbereitung der Versuche. Kopieren Sie den Text für die Verbindungslinen uns speichern Sie ihn als Textdatei. Die Buchsen entlang der blauen und roten Linien sind horizontal verbunden und sollen für den Masseanschluss und die Spannungsversorgung verwendet werden.
Die integrierte Schaltung HEF4007UB (oder kompatibel) wird zwischen die Reihen E und F gesetzt. Die Buchsen A,B,C,D,E und F,G,H,I,J sind jeweils spaltenweise vertikal verbunden. Die restlichen Verbindungen stellen Sie mit Drähten her. Unten sieht man die Anschlüsse des 4 Kanal Oszilloskops (SCOPE, 1,2,3,4 DC) der Funktionsgeneratoren (AWG1 und AWG2) und der Spannungsversorgung (VP+, VP-, VCC). Neben den Anschlüssen ist immer eine Massebuchse (0 V, GND) vorhanden. Alle Massebuchsen auf dem Board sind verbunden.
Um in der Skizze eine übersichtliche Schaltung zu erhalten verwenden Sie nur horizontale und vertikale Verbindungen.

CMOS-Inverter aus MOSFETs

Aufbau

Skizzieren Sie zunächst die Verdrahtung der Schaltung im Diagramm unten und bauen diese dem CMOS IC HEF4007UB (oder kompatiblen Baustein) auf dem Electronic Explorer Board auf. Rechts auf dem Schaltplan oder unten in der Tabelle sehen Sie zu jedem Knoten die zugehörige Pinnummer des Bausteins und den Anschlussnamen des Electronic Explorer Boards. Links sind die Transistoren in das Bausteindiagramm eingezeichnet, Anschlussnamen und Pinnummern. Rechts sieht man den Baustein mit Einkerbung links und der physikalischen Pinnummerierung. Verbinden Sie den Eingang mit dem Signalgenerator 1 AWG1 und dem Kanal 1 des Oszilloskops (SCOPE 1 DC). Die Schaltung wird mit 5 V über die Spannungsversorgung VP+ verbunden. Der Ausgang Pin 12 wird mit dem Kanal 2 des Oszilloskops verbunden. (SCOPE 2 DC).

Pin	7	9	10	11	12	14
Verbindung	GND	GND	-AWG1 -SCOPE 1 DC	VP+	SCOPE 2 DC	VP+

Transferkennlinie U_out(U_in) eines Inverters

• Wenn noch nicht geschehen, verbinden Sie das Explorer Board per USB mit dem Rechner und schließen Sie die externe Stromversorgung an.
• Setzen Sie den Schalter auf ON.
• Starten Sie das Programm Digilent WaveForms . Bei fehlerfreien Start zeigt die Statusleiste der Applikation "Connect to: EExplorer -SN: ." und die READY LED des Boards leuchtet grün.

Nehmen Sie folgende Einstellungen vor:

• Spannungsversorgung einstellen: 'Analog - > Voltage' und dann VP+ = 5V und einschalten:
  Click auf wird zu :
• Generator einstellen: 'Analog - > WaveGen' AWG1: Dreieck, Frequency: 1kHz, Offset: 2.5V, Amplitude: 2.5V und einschalten
• Oszilloskop einschalten: 'Analog - > Scope'
  Aktivieren Sie Kanal 1 und 2, wählen Sie eine geeignete Zeit (Time) aus und geeignete y Skalierung (Range).
  Für ein stehendes Bild wählen Sie oben einen geeigneten Trigger: mit dem 'Mode: Auto', 'Source: Channel 1' und einer Flanke 'Cond.' und einem Spannungspegel 'Level'.

Zeitliches Verhalten des Inverters

Messung der Anstiegs- und Abfallzeit

Legen Sie eine Rechteckspannung an den Eingang und messen Sie das Ausgangssignal.
AWG1: Rechteck 0..5V: Offset 2.5V Amplitude=2.5V Frequency: 1kHz

Aufbau einer logischen Funktion mit MOSFETs

Erstellen Sie zunächst die Verbindungstabelle, skizzieren Sie die Schaltung im Diagramm und bauen diese mit dem CMOS IC HEF4007UB (oder kompatiblen Baustein) auf dem Electronic Explorer Board auf. Tipp: verwenden Sie die Schaltung von P2, P3 und N2, N3 des Inverters und modifizieren/ergänzen Sie.