KWALIFIKACJA ELM5 - STYCZEŃ 2017

PYTANIE NR 17.
Na rysunku pokazano zmierzoną statyczną charakterystykę przejściową bramki logicznej NAND w układzie inwertera. Z rysunku można odczytać, że zakres napięć wejściowych bramki traktowanych jako wysoki poziom logiczny na wejściu wynosi w przybliżeniu
Ilustracja przedstawia wykres statycznej charakterystyki przejściowej bramki logicznej NAND w układzie inwertera.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Zakres napięć wejściowych uznawanych za stan wysoki odczytuje się z charakterystyki przejściowej jako przedział Vin, dla którego układ jednoznacznie interpretuje wejście jako "1" (nie znajduje się w obszarze przełączania). Z wykresu wynika, że jest to w przybliżeniu przedział 2–5 V, a niższe napięcia odpowiadają stanowi niskiemu lub strefie niepewnej.

Pełne wyjaśnienie:

W bramkach logicznych (także wtedy, gdy bramka NAND jest użyta jako inwerter) istotne są poziomy logiczne na wejściu: stan niski i stan wysoki. Pytanie dotyczy tego, jaki zakres napięć wejściowych jest traktowany jako wysoki poziom logiczny. Tego nie ustala się "na oko" z samej wartości zasilania, tylko odczytuje z wykresu statycznej charakterystyki przejściowej.

Charakterystyka przejściowa (zależność wyjścia od wejścia) pokazuje, jak zmienia się stan na wyjściu, gdy płynnie zmieniamy napięcie na wejściu. Na takim wykresie zwykle widać trzy obszary:

  • obszar stanu niskiego na wejściu – małe Vin, układ jednoznacznie interpretuje "0",
  • obszar przejściowy (strefa przełączania) – Vin w pobliżu progu, gdzie niewielka zmiana Vin powoduje dużą zmianę Vout; to strefa, której nie traktuje się jako pewne "0" ani pewne "1",
  • obszar stanu wysokiego na wejściu – większe Vin, układ jednoznacznie interpretuje "1".

Odpowiedź "od 2 V do 5 V" jest poprawna, bo z rysunku wynika, że dopiero od okolic 2 V wejście znajduje się po stronie napięć uznawanych za "1" (poza obszarem przełączania), a górna granica wynika z zasilania (około 5 V).

Pozostałe propozycje są błędne typowo z następujących powodów:

  • "od 0 V do 2 V" opisuje zakres niskich napięć, które zwykle odpowiadają stanowi niskiemu albo obejmują jeszcze fragment obszaru przejściowego, więc nie jest to jednoznacznie "1".
  • "od 0,5 V do 4 V" jest zbyt szerokie i wchodzi w strefę przełączania; zawiera napięcia, przy których wejście nie ma gwarantowanej interpretacji jako stan wysoki.
  • "od 0 V do 0,5 V" to bardzo niskie napięcia, typowe dla pewnego stanu niskiego, a nie wysokiego.

Wskazówka egzaminacyjna: zawsze sprawdzaj, czy pytanie dotyczy wejścia czy wyjścia, i czy chodzi o stan wysoki czy niski. Odczytuj przedziały z osi Vin, a nie z osi Vout.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
To wykres pokazujący zależność napięcia wyjściowego od napięcia wejściowego (Vout(Vin)) przy powolnej zmianie Vin. Umożliwia wskazanie obszaru przełączania oraz takich zakresów Vin, które są jednoznacznie interpretowane jako stan niski lub stan wysoki.
Szukasz przedziału Vin, w którym układ jest już "po" strefie przełączania i zachowuje się stabilnie jak dla logicznej "1". Na wykresie to obszar po stronie większych Vin, gdzie zmiany Vin nie powodują gwałtownej zmiany Vout.
Elementy wejściowe bramki nie przełączają się skokowo. Dla pewnego zakresu Vin tranzystory są częściowo włączone, a układ ma duże wzmocnienie, więc wyjście może być wrażliwe na szumy. Tego zakresu nie traktuje się jako gwarantowanego "0" ani "1".
Oznacza to typowe wykorzystanie bramki NAND do realizacji funkcji NOT, np. przez podanie stałej "1" na jedno wejście (lub złączenie wejść). Wtedy drugi sygnał wejściowy jest odwracany na wyjściu, ale progi wejściowe nadal dotyczą napięcia na wejściu bramki.
Najczęściej myli się oś Vin z osią Vout, odczytuje się zakres dla wyjścia zamiast dla wejścia albo wybiera się przedział obejmujący strefę przełączania. Częsty jest też błąd skali: pomylenie 0,5 V z 5 V lub nieuwzględnienie, że "wysoki" to zakres, nie punkt.
Nie zawsze. Wartość graniczna zależy od rodziny układów (np. różne progi dla technologii CMOS i dla odmian zgodnych z TTL) oraz od warunków pracy. W zadaniach z wykresem należy opierać się na rysunku lub na danych katalogowych danego układu.
Gdy diagnozuje się nieprawidłową pracę układu cyfrowego, sprawdza kompatybilność poziomów między blokami lub ocenia odporność na zakłócenia. Pomiar Vout(Vin) pozwala wykryć przesunięty próg przełączania, uszkodzenie wejścia lub problem z zasilaniem.
Zasilanie wyznacza górne ograniczenie możliwego Vin oraz typowe poziomy sygnałów w układzie. Jednak dolna granica stanu wysokiego nie wynika automatycznie z połowy zasilania, tylko z progów wejściowych i strefy przełączania, które widać na wykresie lub w nocie katalogowej.
W treści zadania szukaj słów "na wejściu" (Vin) albo "na wyjściu" (Vout). Na wykresie odpowiadają im różne osie. Stan wysoki na wejściu oznacza, że bramka rozpoznaje logiczną "1", a stan wysoki na wyjściu mówi tylko, jakie napięcie pojawia się na wyjściu.
Ćwicz czytanie wykresów Vout(Vin), rozpoznawanie strefy przełączania i odróżnianie parametrów wejściowych od wyjściowych. Warto też przeglądać noty katalogowe prostych bramek (np. NAND) i zapamiętać, że progi zależą od rodziny układu, a nie tylko od napięcia zasilania.
info

Około 37% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. bardzo trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "Z wykresu wynika, że jest to w przybliżeniu przedział 2–5 V, a niższe napięcia odpowiadają stanowi niskiemu lub strefie niepewnej."

Źródła:

  • Texas Instruments, "SN74HC00 Quad 2-Input NAND Gates" datasheet (Electrical Characteristics – Input thresholds), https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc00.pdf - accessed 2026-03-01
  • Nexperia, "74HC00; 74HCT00 Quad 2-input NAND gate" datasheet (Limiting values / DC characteristics – VIH/VIL), https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT00.pdf - accessed 2026-03-01
  • All About Circuits, "Logic Levels" (overview of logic 0/1 thresholds and noise margins), https://www.allaboutcircuits.com/textbook/digital/chpt-3/logic-levels/ - accessed 2026-03-01

Materiały:

  • Noty katalogowe (datasheet) bramek NAND z informacją o progach wejściowych
  • Podręczniki z podstaw techniki cyfrowej (poziomy logiczne, charakterystyki przejściowe)
  • Ćwiczenia laboratoryjne z pomiaru charakterystyk Vout(Vin) bramek logicznych

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego