97COU019 .......Enoncé : Point de fonctionnement d'une porte logique

On s’intéresse dans cet exercice au fonctionnement d’une porte logique TTL de type 74LS00 (porte NAND à deux entrées).

On a relevé sur la documentation constructeur différentes grandeurs caractéristiques de ce type de porte logique :

Caractéristiques électriques :

Les indices I, O, H et L désignent respectivement :

Le constructeur a également relevé la caractéristique VOH = f (IOH) avec VOH : tension de sortie à l’état haut (VI1 = 0 V et VI2 = 0 V par exemple) et IOH : courant de sortie lorsque la sortie est commandée pour être à l’état haut.

1. Rechercher parmi les indications fournies par le constructeur, la valeur de la tension minimale pour considérer la tension de sortie de la porte, à coup sûr, comme un niveau logique 1.

Placer ce point, noté Plim, sur la caractéristique VOH = f(IOH).

2. Déterminer le modèle équivalent de Thévenin (MET) d’une porte logique côté sortie (sortie à l’état haut). On utilisera la caractéristique VOH = f(IOH) (voir figure 2).

3. On décide de réaliser le montage suivant :

La diode électroluminescente de faible puissance (DEL) admet comme modèle équivalent de Thévenin (MET) lorsqu’elle conduit :

ETD = 1.6 V et RTD = 2 W

Le courant maximal admissible par la diode a pour intensité 40 mA.

3.1. Tracer dans le même repère que la caractéristique VOH = f( IOH ), la caractéristique intensité-tension de cette diode électroluminescente.

3.2. En déduire le point de fonctionnement P1 du circuit logique (côté sortie).

3.3. La diode électroluminescente (DEL) s’allume-t-elle ?

Peut-elle servir d’indicateur de mise à un niveau logique ‘’1’’ côté sortie ?

3.4. Justifier que la tension VOHP1 ne peut pas être considérée comme un ‘’1’’ logique pour l’entrée d’une deuxième porte NAND du même type (voir figure 3).

4. On désire que la DEL serve d’indicateur de niveau logique ‘’1’’ pour l’entrée de la deuxième porte NAND. Pour cela on place en série avec la DEL une résistance R (voir figure 4). On cherche à déterminer la valeur du résistor.

4.1. Placer graphiquement le point de fonctionnement P2 sur la caractéristique

VOH =  f(IOH) pour que l’entrée de la deuxième porte NAND reçoive un niveau logique ‘’1’’.

4.2. Tracer alors la caractéristique de l’association série R + DEL.

4.3. Déduire des différentes caractéristiques tracées la tension aux bornes de la DEL.

4.4. Après avoir repris le schéma du circuit électrique représentant la sortie de la porte logique (sortie à l’état haut), le résistor et la DEL, flécher les différentes tensions intervenant dans ce circuit, établir une loi de maille permettant d’évaluer la valeur limite à donner au résistor R.

Calculer la résistance de ce résistor.