Elettronica I (DU)

Modulo SISTEMI ELETTRONICI
AA 2001-02
ESERCIZI RISOLTI - 3
Dimensionamento resistenza di pull-up
Il circuiti A è un comparatore di soglia con uscita OC.
a) Determinare il valore di Rp in modo tale da riuscire a pilotare 4 carichi TTL-LS e 4
HC
b) Per un carico capacitivo di 100 pF complessivi, calcolare il ritardo con cui viene
rilevata una variazione di stato logico da 0 a 1 per le due famiglie logiche.
5V
A3: MC311
A
R1
RP
VO
a) Determinare il valore di Rp in modo tale da riuscire a pilotare 4 carichi TTL-LS e 4
HC
Il comparatore tipo LM311 ha una uscita a collettore
aperto che forza il livello basso (Vol); il livello alto
(Voh) è determinato dalla resistenza di pull-up Rp,
esattamente come per una uscita logica OC. I valori
limite per la resistenza sono determinati da:
Val
Rp
R1
A3
Ip
Io
ΣIi
Vo
Ii
• stato alto: la tensione in uscita (Vo) deve essere
maggiore o uguale alla più alta delle Vih richieste
Ii
dai circuiti logici collegati. Per garantire un
margine di rumore analogo a quello presente con
uscite Totem Pole è opportuno garantire una Vo > Voh (sempre riferita al caso peggiore valore Voh massimo delle famiglie collegate all’uscita). In queste condizioni in Rp scorre
una corrente Ip che è somma delle Iih e della corrente di perdita del transistore di uscita
(normalmente trascurabile). Il valore limite di Rp è calcolabile come:
Rph <= (Val - Voh) / ΣIih
• stato basso: la massima corrente che può scorrere nell’uscita garantendo una tensione
minore di Vol è la Iol. La corrente effettiva Io è data dalla somma delle Iil (ΣIil) e della
corrente in Rp. La corrente massima ammessa in Rp è quindi:
Ipm = Iol - ΣIil
In questa condizione si può ricavare il valore minimo ammesso per Rp:
Rpl >= (Val - Vol) / Ipm
Se i due campi (> Rpl e < Rph) non hanno intersezione, l’interfacciamento non è possibile
(l’uscita non è in grado di assorbire la corrente Io mantenendo Vo < Vol).
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In questo circuito i dati numerici sono:
Per lo stato alto:
Voh = 3,84 V
(Voh della famiglia HC)
Iih = 20 µA
per ingressi LS
= 1 µA per ingressi HC
ΣIih = 84 µA
Rph = (5 - 3,84)V / 84 µA = 13,8 kΩ
(valore massimo)
Per lo stato basso:
Iil = 100 µA
ΣIil = 404 µA
Corrente totale:
per ingressi LS
= 1 µA per ingressi HC
Io = Ip + ΣIil = 5V/ 12 kΩ + 404 µA = 821 µA
Dalle caratteristiche del comparatore MC 311 si ricava:
Vol = 0,4 V
Iol = 8 mA
(Vcesat del transistore di uscita usato come interruttore verso massa;
compatibile con LS e HC)
(indicata come Isink nelle caratteristiche)
Ipm = 8 mA - 821 µA = 7,18 mA (valore massimo della corrente in Rp)
Possiamo a questo punto calcolare il valore minimo di Rp:
Rpl = (5 - 0,4)V / 7,18 mA = 640 Ω
Il campo di valori possibili è quindi 640 Ω - 13,8 kΩ. Valori di Rp verso il limite superiore
(Rph) riducono i consumi a scapito della velocità di commutazione (L-H); valori bassi
aumentano velocità e consumo.
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b) Per un carico capacitivo di 100 pF complessivi, calcolare il ritardo con cui viene
rilevata una variazione di stato logico da 0 a 1 per le due famiglie logiche.
Il passaggio da L (0) a H (1) in uscita corrisponde all’apertura dell’interruttore verso massa. Il
condensatore si carica esponenzialmente con costante di tempo τ = RP C. Per rispondere al
quesito bisogna calcolare il tempo necessario perché la tensione esponenziale raggiunga la
VIH della Famiglia LS e della famiglia HC.
A
Vi
5V
RP
VO
C
τ = R3 C3 = …….ms
VO
τ = 0,264 ms
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