Tp Portes Logiques
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Portes logiques

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  • Lyce Brizeux (Quimper)PSI TP de physique-chimie

    TP Portes logiques

    Capacits exigibles du programme :

    Oscillateur Mettre en uvre un ALI ou une porte logique pour raliser un oscillateur.

    Liste du matriel :

    Alimentation stabilise Oscilloscope GBF Plaquette de montage de composants

    Composants disposition Portes logiques MX4000 Interrupteur lame

    1 tude de portes logiques

    Caractristique dune porte NON :Dterminer et mettre en uvre un protocole exprimental permettant de visualiser loscilloscope la caract-ristique dune porte NON, labore partir dune porte NON ET.

    On alimentara la porte logique en 5 V.

    2 Oscillateurs portes logiques

    Oscillateur de relaxation :Dterminer et mettre en uvre un protocole exprimental permettant de raliser loscillateur portes logiquesde lannexe 2, mesurer sa priode et la comparer la valeur thorique.

    On prendra R = 100 k, C = 10 nF et R = 1 M.

    Oscillateur porte unique :Dterminer et mettre en uvre un protocole exprimental permettant de raliser un oscillateur boucl partir dune seule porte NON. Modifier le montage pour augmenter la priode doscillation.

    3 Modlisation dun carrefour

    Dterminer et mettre en uvre un protocole exprimental per-mettant de modliser laide de LED le carrefour suivant :

    A, C et D sont des feux rouges, B est un bouton pour pitonspermettant de dclencher le passage de C et D au rouge.

    Lorsque le feu A est vert, les feux C et D sont rouges, et in-versement. Si le bouton B est dclench, le feu A passe au vert.

    De plus, le feux A est pilot pour passer alternativement du vertau rouge.

    1 P.E LEROY

  • Lyce Brizeux (Quimper)PSI TP de physique-chimie

    Annexe 1 - Caractristiques de porte logiques

    1 Portes logiques MX4000

    2 Caractristique dune porte NON

    2 P.E LEROY

  • Lyce Brizeux (Quimper)PSI TP de physique-chimie

    Annexe 2 - Oscillateurs portes logiquesUn exemple doscillateur portes logiques est reprsent ci-dessous, les portes utilises tant des portes NONET (ou portes NAND), utilises pour crer des portes NON (ou inverseur logique).

    1 Analyse thorique

    Pour simplifier lanalyse, on nglige la rsistance de sortie des portes logiques et on considre leur rsistancedentre comme infinie. La rsistance R ne joue donc aucun rle dans ltude thorique de loscillateur.

    Supposons une phase pour laquelle on ait : Vs2 = Ve1 = E. On a donc Vs1 = 0 et le condensateur est en cours decharge. Cette phase sachve lorsque Ve2 = Vb. Si lon choisit cet instant comme origine des temps, on a donc :

    t = 0 : Vs2 = Ve1 = E ; Vs1 = 0 ; Ve2 = Vb et uc (tension aux bornes du condensateur)= Vb.

    t = 0+ : Vs2 = Ve1 = 0 ; Vs1 = E ; uc = Vb (continuit de la tension aux bornes du condensateur) et doncVe2 = E + Vb.

    On peut alors montrer que lon a pour t > 0 :

    Ve2(t) = (Vb + E)e

    t

    RC

    On peut aussi dterminer linstant Tb auquel il y a nouveau basculement :

    Tb = RC ln

    (Vb + E

    Vb

    )Lors de la phase suivante :

    t = Tb : Vs2 = Ve1 = 0 ; Vs1 = E ; Ve2 = Vb et uc = Vb E. t = T+b : Vs2 = Ve1 = E ; Vs1 = 0 ; uc = Vb E et donc Ve2 = Vb E.On peut alors montrer que lon a pour t > Tb :

    uc(t) = E + (Vb 2E)et TbRC et Ve2(t) = E + (Vb 2E)e

    t TbRC

    On peut aussi dterminer linstant Th auquel il y a nouveau basculement :

    Th = RC ln

    (Vb 2EVb E

    )On peut alors montrer que lon a :

    T = RC

    [ln

    (Vb + E

    Vb

    )+ ln

    (Vb 2EVb E

    )]

    expression qui se simplifie dans le cas o Vb =E

    2.

    Remarque : La tension dentre aux bornes de la 2e porte NAND du montage pouvant atteindre, au momentdes basculements, des valeurs importantes, lappel en courant en entre de la porte peut devenir non ngligeable.Cest pour limiter ce courant dentre que lon place R de trs grande valeur lentre de cette 2e porte. Onpourra vrifier que si lon place R plus faible que 10R, le fonctionnement de loscillateur est perturb.

    3 P.E LEROY

  • Lyce Brizeux (Quimper)PSI TP de physique-chimie

    2 Montage compact

    On pourrait utiliser un inverseur possdant de lhystrsis, savoir, un inverseur dont la tension dentre Vb1permettant le basculement de la sortie de ltat bas vers ltat haut soit diffrent de celle (Vb2) permettant lebasculement de ltat haut vers ltat bas.

    Le montage oscillateur peut se simplifier de la faon suivante :

    Par une tude thorique, on peut montrer que la priode des oscillations est :

    T = RC

    [ln

    (E Vb1E Vb2

    )+ ln

    (Vb2Vb1

    )]

    4 P.E LEROY

    tude de portes logiquesOscillateurs portes logiquesModlisation d'un >Portes logiques MX4000Caractristique d'une porte NONAnalyse thoriqueMontage compact