Spanningen en stromenbij digitale signalen

Originele presentatie van Peet Ferwerda van Friesland College (NL),

aangepast en aangevuld door Dirk Smets,

Katholieke Hogeschool Limburg - dep. IWT (B)

Klik op deze toets

Menu

Wat zit er in een IC?

- Voer de onderstaande onderdelen één voor één uit. - Onthoud, als je stopt, waar je bent gebleven. Voer in geval van twijfel een onderdeel meerdere malen uit.

1

Stromen in en uit3

De FAN-OUT4

Stoppen

Andere belastingen5

Spanningen in en uit2

Wat zit er in een IC?

In een digitaal IC zitten transistoren (TTL logic) of FETs (HCT logic).Wat er precies in zit is niet belangrijk. Maar hoe de ingangen en uitgangen werken

is wel van belang! Dit heeft namelijk te maken met de manier waarop we IC’s aansluiten. Bovenstaande figuur komt uit de datasheet van de 74HCT00.

(http://eu.st.com/stonline/products/selector/index.htm)

Wat zit er in een IC?

De ingangen van alle HCT IC’s kunnen we voorstellen als diodes in sper.Of de ingang nu 1 (UIN = 5V = UCC) is of 0 (UIN = 0V = GND),

de diodes geleiden nooit. De weerstand van de diodes is dan zeer hoog!Door een ingang van een HCT IC loopt altijd slechts een zéér kleine stroom!

Wat zit er in een IC?

De uitgang van dit IC wordt gemaakt door 2 FETs. Dit zijn bijzondere transistoren.De FETs worden altijd zo aangestuurd dat ze of sperren of geheel geleiden.

Eén van beide spert en de andere geleidt.

Wat zit er in een IC?UCC

inputRa

Rb

T1

T2

GND

output

+ 5V

0V

In de rest van dit instructieprogramma gaan we het IN en OUT schema vervangen door de groene afbeelding.

Nogmaals: er zit meer in het IC. Dit is alleen een weergave van de ingangs- en uitgangsschakelingen.

Wat zit er in een IC?UCC

inputRa

Rb

T1

T2

GND

output

+ 5V

0V

Dit is het laatste scherm van dit onderdeel. Je kan terug naar het menu (huisje) of verder met het

volgende onderdeel: Spanningen IN en OUT.

Spanningen IN en OUT

We gaan uit van het vervangingsschema van

de in- en uitgang.Het is toepasbaar op alle

logische families :HCT, TTL, LS, S, F, etc.

inputRa

Rb

T1

T2

output

GND0V

UCC+ 5V

De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

V

UCC+ 5V

GND0V

Spanningen IN en OUT

UOH

U is spanning

Output

Output isHigh = 1

De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert.We krijgen op de uitgang een hoge spanning, die we symbolisch noteren als :

UOH

De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert.

We noteren dit als : UOH

Kan deze spanning exact gelijk worden aan +5 Volt ?

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

V 5V ?

UCC+ 5V

GND0V

Spanningen IN en OUT

UOH

De fabrikant zal een waarde opgeven waaraan deze spanning zeker zal voldoen; hij zegt dat de spanning op de uitgang als deze hoog is steeds MINSTENS gelijk zal zijn

aan zoveel Volt en duidt dit aan met UOH,MIN .

Neen! Er zullen intern in het IC steeds spanningsvallen optreden, omdat er stromen vloeien door weerstanden enz.

Daarom zal UOH steeds een beetje lager zijn dan de gebruikte voedingsspanning UCC .

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

V UOH < UCC

UCC+ 5V

GND0V

Spanningen IN en OUT

UOH,MIN

Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:

UOH,MIN = 2,4 V

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

V UOH 2,4 V

UCC+ 5V

GND0V

Spanningen IN en OUT

UOH,MIN

De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert.

De uitgang (output)

Spanningen IN en OUT

UOL

U is spanning

Output

Output isLow = 0

De uitgang wordt logisch 0 (L) als T2 geleidt en T1 spert.

We noteren dit als : UOL

V

inputRa

Rb

T1

T2

output

+ 5V

GND0V

Ook hier zal de uitgangsspanning nooit helemaal gelijk aan 0 V kunnen worden.De fabrikant zal nu zeggen dat de spanning op de uitgang als deze laag is steeds

MAXIMAAL gelijk zal zijn aan zoveel Volt en duidt dit aan met UOL,MAX .

De uitgang (output)

UOL > 0 V

Spanningen IN en OUT

UOL,MAX

V

inputRa

Rb

T1

T2

output

+ 5V

GND0V

De uitgang (output)

Spanningen IN en OUT

UOL,MAX

V

inputRa

Rb

T1

T2

output

+ 5V

GND0V

Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:

UOL,MAX = 0,4 V

UOL 0,4 V

Spanningen IN en OUT

SAMENGEVAT: Voor TTL-IC’s bedragen de uitgangsspanningen:

UOL,MAX = 0,4 VUOH,MIN = 2,4 V

inputRa

Rb

T1

T2

output

GND0V

UCC+ 5V

Logic 0 (LOW )0,4 V

0 V

2,4 V

5 V

Logic 1 (HIGH)

VERBODEN

U OL,MAX

U OH,MIN

U CC

TTL - OUTPUTLOGIC LE VE LS

Spanningen IN en OUT

En hoe zit dit aan de zijde van de INGANG ?

inputRa

Rb

T1

T2

output

GND0V

UCC+ 5V

Spanningen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

GND0V

UCC+ 5V

Wanneer er op de ingang een spanning wordt aangesloten die hoger is dan UIH,MIN, dan zal èlk IC van de gegeven familie dit als een logische 1 beschouwen.

De ingang (input)

UIH,MIN

Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:

UIH,MIN = 2,0 V

U is spanning

Input

Input isHigh = 1

UI UIH,MIN“1”

Spanningen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

GND0V

UCC+ 5V

Gelijkaardig zal, wanneer er op de ingang een spanning wordt aangesloten die lager is dan UIL,MAX, èlk IC van de gegeven familie dit als een logische 0 beschouwen.

De ingang (input)

UIL,MAX

Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:

UIL,MAX = 0,8 V

U is spanning

Input

Input isLow = 0

UI UIL,MAX“0”

U IL,MAX

U OL,MAX'0 '

'0 '0,4 V

0,8 V

U IH,MIN

U OH,MIN

2,0 V

2,4 V

UCC= +5 V

'1 ''1 '

OUTP UT INP UT

Spanningen IN en OUT

We zien dat de spanningen aan de uitgangszijde dichter liggen bij de ideale 0 V

voor de logisch 0 en bij de +5 V voor de logische 1.

Aan de ingangszijde mag deze spanning nog wat verder hiervan afwijken, zonder

problemen te veroorzaken in het herkennen van een logische 0 of een logische 1.

Dit verschil in grenswaarde noemen we deDC RUISMARGE (of NOISE MARGIN).

Hoe groter deze ruismarge is, hoe minder gevoelig de schakeling zal zijn voor ruis.

We stellen vast dat er een verschil is tussende minimale waarden voor een logische ‘1’

voor de uitgangsspanning enerzijdsen voor de ingangsspanningen anderzijds.

Dit is eveneens het geval voorde maximale waarden voor een logische ‘0’.

Spanningen IN en OUT

Deze ingangsspanning wordt aangesloten op deze schakeling.

UIH

UIH,MIN

1

UOUT

Vervolgens wordt er ruis aangebracht op het signaal.

We zien dat de spanning op één plaats onder de ondergrens UIH,MIN daalt.

Hierdoor kan er een ‘spike’ of ‘glitch’ ontstaan op de uitgang.

U IL,MAX

'0 '

0,8 V

INP UT

U IH,MIN2,0 V

'1 '

UCC= +5 V

Spanningen IN en OUT

Wat gebeurt er nu als we op de ingang een spanning aansluiten met een niveau dat ligt tussen de grenswaarden UIH,MIN en UIL,MAX ?

Wel, dat kunnen we niet voorspellen.Voor één en dezelfde spanning kan het zijn dat het ene IC dit zal interpreteren als een logische 1, terwijl een ander IC (zelfs van

hetzelfde type) dit als een logische 0 kan zien.Het zou ook kunnen gebeuren dat de uitgang begint te oscilleren (voortdurend omkippen tussen 0 en 1); dit is uiteraard ongewenst.

Deze ondefinieerbare toestand wordt natuurlijk best vermeden.

Daarom noemen we dit spanningsgebied tussen beide grenswaarden

de verboden zone.

VERBODENZONE

U IL,MAX

'0 '

1,5 V

HCM OSINP UT

U IH,MIN3,5 V

'1 '

U OL,MAX

'0 '0,33 V

HCM OSOUTP UT

U OH,MIN

4,4 V

U CC= +5 V

'1 '

Spanningen IN en OUT

We zien dat bij CMOS de uitgangsspanningen veel dichter liggen bij de ideale 0 V voor de logisch 0 (UOL,MAX = 0,33 V) en bij de +5 V

voor de logische 1 (UOH,MIN = 4,4 V) :er vloeit haast geen stroom in een CMOS-IC en

we hebben dus ook nagenoeg geen intern spanningsverlies.

Aan de ingangszijde liggen de grenswaarden bij 30% en 70% van de voedingsspanning.

De DC RUISMARGE (NOISE MARGIN) is bijgevolg aanzienlijk groter dan bij TTL:

voor HCMOS bedraagt ze ongeveer 1 V, waar dit bij TTL slechts 0,4 V was.

Hoe zit het met deze spanningsniveaus bij CMOS-IC’s ?

Dit is het laatste scherm van dit onderdeel. Je kan terug naar het menu (huisje) of verder met het

volgende onderdeel: STROMEN IN EN OUT.

Spanningen IN en OUT

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

Ook hier gaan we weer uit van het vervangingsschema

van de in- en uitgang.Het is toepasbaar op alle

logische families :HCT, TTL, LS, S, F, etc.

GND0V

UCC+ 5V

Stromen IN en OUTUCC

inputRa

Rb

T1

T2

output

+ 5V

We kunnen op de ingang een 1 plaatsen door deze te verbinden met de 5 Volt voedingsspanning UCC.

Dit kan rechtstreeks of eventueel via een weerstand van bv. 10 k.Daar de ingangsweerstand hoger is dan één megaohm, is de spanning op de

ingang bijna 5V. Een logische 1 dus.

De ingang (input)

GND0V

De ingang HOOG maken

10 k

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

In deze situatie gaat er een kleine stroom lopen volgens de gele pijl :van de + van de voeding (UCC), door de weerstand van 10k, via de ingang door

Rb naar de - van de voeding (GND).

10 k

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

De ingang is logisch 1. In datasheets noteert men

dit meestal met de H van high (hoog).De stroom die door de ingang

loopt als deze 1 is, noemen we

IIH

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

IIH

I is stroom

Input

Input is high = 1

IIH

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

IIH

De grootte van IIH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb.

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

IIH

De grootte van IIH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb.

Bij de HCT logic serie is IIH zeer klein; slechts enkele nA’s.Maar bij de TTL IC’s is de waarde van IIH ongeveer 40 A .

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

We kunnen op de ingang een 0 plaatsen door deze te verbinden met de 0 (- pool) van de voedingsspanning (GND).

Eventueel kan dat via een weerstand.Daar de ingangsweerstand Ra vrij hoog is, is de spanning op

de ingang bijna 0V. Een logische 0 dus. Bij TTL IC’s mag de weerstand echter niet te hoog zijn. Neem b.v. 1 k

1 k

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

De ingang LAAG maken

Stromen IN en OUT

In deze situatie gaat er een kleine stroom lopen volgens de gele pijl :

van de + van de voeding (UCC) via Ra en via de weerstand van 1 knaar de massa (GND = 0 V).

inputRa

Rb

T1

T2

output

1 k

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De ingang is logisch 0. In datasheets duiden ze dat meestal aan met de L van Low.

De stroom die door de ingang loopt als deze 0 is, noemen we

IIL

inputRa

Rb

T1

T2

output

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

IIL

I is stroom

Input

Input is low = 0

IIL

inputRa

Rb

T1

T2

output

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De grootte van IIL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra.

IIL

inputRa

Rb

T1

T2

output

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De grootte van IIL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra.

Bij de HCT logic serie is IIL zeer klein;enkele nA.

Maar bij de TTL familie is dewaarde van IIL ongeveer 1,6 mA.

IIL

inputRa

Rb

T1

T2

output

De ingang (input)UCC + 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

Nu gaan we de uitgang bekijken.

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs. Hier T1 en T2.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs. Hier T1 en T2.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

Omdat de transistoren als het ware boven op elkaar gestapeld zijn, noemt men zo’n uitgang een

TOTEMPAAL uitgang.

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De transistoren werken als schakelaars. We kunnen ons de uitgangvoorstellen zoals de rechter figuur weergeeft.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

inputRa

Rb

T1

T2

output

0V

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De uitgang wordt logisch 1 (5V) als T1 geleidt en T2 spert.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

V 5V

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De stroom die de transistor T1 maximaal mag leveren noemen we IOH.

De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

belasting

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De stroom die de transistor T1 maximaal mag leveren noemen we IOH.

De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting.Daarom spreken we meestal van IOH max.

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

belasting

IOH

I is stroom

Output

Output is high = 1

IOH max

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

De uitgang wordt logisch 0 (0 V) als T2 geleidt en T1 spert.

De uitgang (output)UCC

inputRa

Rb

T1

T2

output

V 0V

+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

De stroom die maximaal door transistor T2 mag lopen, noemen we IOL .De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting.

belasting

IOL max

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

inputRa

Rb

T1

T2

output

De uitgang (output)

belasting

IOL max

IOL

I is stroom

Output

Output is low = 0

De stroom die de transistor T2 maximaal mag leveren noemen we IOL .De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting.

Daarom spreken we meestal van IOL max

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

T1

T2

output

IOL max

Let goed op de stroomrichtingen !

T1

T2

output

belasting

IOH max

OUT = 0

OUT = 1belasting

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

T1

T2

output

IOL max = 16 mA

T1

T2

output

belasting

IOH max = 400 A

OUT = 0

OUT = 1belasting

Normale TTL logica74

De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

T1

T2

output

IOL max = 8 mA

T1

T2

output

belasting

IOH max = 400 A

OUT = 0

OUT = 1belasting

De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !

Low Power Schottky (LS) 74LS

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

Stromen IN en OUT

Dit is het laatste scherm van dit onderdeel. Je kan terug naar het menu (huisje) of verder met het

volgende onderdeel: FAN OUT.

FAN OUT

In de meeste gevallen wordt het signaal dat door een logische schakeling wordt geleverd aangesloten op de ingangen van een volgend

IC.

De uitgang van dezepoort levert de stroom

voor…….

deze poort

en deze poort

en deze poort

en deze poort

Er zijn hier 4 ingangen aangesloten op de uitgang

FAN OUT

Het maximale aantal ingangen dat je mag aansluiten op een uitgang noemen we de FAN OUT

FAN OUT

We gaan eerst eens kijken wat er gebeurt als we een digitale ingang aansluiten op een uitgang.

output

Ra

Rb

T1

T2input

Ra

Rb

T1

T2

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

FAN OUT

Stel: we hebben te maken met TTL IC’s uit de LS familie.De gegevens van deze familie staan vermeld.

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

output input

LS LS

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

FAN OUT

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

antwoord

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

OUT = 1

Levert de uitgang een 1, dan gaat er een stroom lopen volgens de gele pijl, door T1 en door Rb. Hoe groot is deze stroom?

FAN OUT

Levert de uitgang een 1, dan gaat er een stroom lopen volgens de gele pijl, door T1 en door Rb. Hoe groot is deze stroom?

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

Deze stroom wordt bepaald door Rb van derechtse poort en is dus gelijk aan de IIH vanLS-TTL, namelijk 20 A .

IIH

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

OUT = 1

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

IIH = 20 A

FAN OUT

De transistor T1 mag maximaal een stroom van IOH = 0,4 mA leveren.Er vloeit een stroom van slechts 20 A. Dit kan dus prima!

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

IIHOUT = 1

FAN OUT

Nu gaan we meerdere ingangen aansluiten op één uitgang, bv. 4.De uitgang is een logische 1 (H).

Hoeveel stroom moet de uitgang leveren? Mag dit?

out in

in

in

in

antwoord

LS LS

LS

LS

LSIOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

H

FAN OUT

Nu gaan we meerder ingangen aansluiten op één uitgang.Hoeveel stroom moet de uitgang leveren? Mag dit?

out in

in

in

in

LS LS

LS

LS

LS

Door elke ingang loopt een stroom IIH.

IIH

IIH

IIH

IIH

4 x IIH

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

1 H

Door elke ingang loopt een stroom IIH.De uitgang moet dus 4 x 20 = 80 A leveren.Door elke ingang loopt een stroom IIH.De uitgang moet dus 4 x 20 = 80 A leveren.Dit kan dus best, want IOHmax = 0,4 mA = 400 A .

FAN OUT

Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang?

out in

in

antwoord

LS LS

LS

??IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

1

FAN OUT

Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang?

out in

inLS LS

LS

!!Maximaal 20.De uitgang mag maximaal 0,4 mA leveren (= 400 A).Elke ingang neemt een stroom op van 20 A.We mogen dus maximaal 400/20 = 20 ingangen aansluiten.Let op: dit is wanneer de uitgang een logische 1 afgeeft.We moeten nu nog onderzoeken hoe het zit als de uitgang 0 is.

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

1

FAN OUT

De uitgang wordt nu logisch 0. Transistor T2 geleidt en T1 spert.Er gaat een stroom lopen volgens de gele pijl.

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

OUT = 0

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

FAN OUT

Let op: de stroom loopt nu in de andere richting (tegengesteld aan de richting die we hadden bij een uitgang die een 1 afgeeft). De stroom wordt bepaald door Ra en is dus gelijk aan de waarde IIL. Hier loopt dus 400 A.

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

IIL

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

OUT = 0

IIL = 400 A

FAN OUT

Ra

Rb

T1

T2

Ra

Rb

T1

T2output input

LS LS

IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

Dit mag best, want door de transistor magmaximaal 8 mA lopen (IOLmax)

IILOUT = 0

UCC+ 5V

GND0V

UCC+ 5V

GND0V

Let op: de stroom loopt nu in de andere richting (tegengesteld aan de richting die we hadden bij een uitgang die een 1 afgeeft). De stroom wordt bepaald door Ra en is dus gelijk aan de waarde IIL. Hier loopt dus 400 A.

IIL = 400 A

FAN OUT

Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft?

out in

in

antwoord

LS

LS

??IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

0LS

FAN OUT

out

in

inLS LS

LS

!!IOHmax= 0,4 mA

IOLmax = 8 mA

IIH = 20 A

IIL = 400 A

0

Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft?

max 8 mA 400 A

400 A

Maximaal 20.De uitgang mag maximaal 8 mA leverenElke ingang neemt een stroom op van 400 A (= 0,4 mA).We mogen dus 8/0,4 = 20 ingangen aansluitenOok bij out = 1 konden we 20 ingangen aansluiten op een uitgang.We zeggen: DE FAN-OUT VAN LS-TTL = 20.

FAN OUT

In de bovenstaande tabel staan de stroomwaarden voor een aantal TTL families. Links staat standaard TTL.

De uitgang van een 74S00 is hoog (1).

Hoeveel 74S00 ingangen mogen we op deze uitgang aansluiten?(Let op: de uitgang is logisch 1!)

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

74S00

antwoord

1

FAN OUT

In de bovenstaande tabel staan de stroomwaarden voor een aantal TTL families. Links staat standaard TTL.

De uitgang van een 74S00 is hoog (1).

Hoeveel 74S00 ingangen mogen we op deze uitgang aansluiten?(Let op: de uitgang is logisch 1!)

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

74S00

Elke ingang neemt een stroom van 50 A (IIH). De uitgang mag maximaal 1 mA leveren (IOH)Er mogen 1000 / 50 = 20 ingangen op een uitgang (bij een 1).

1

FAN OUT

Nu dezelfde vraag, maar dan voor een logische 0.Hoeveel ingangen van het S type mogen we aansluiten op een S-uitgang?

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

74S00

antwoord

0

FAN OUT

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

74S00

Elke ingang neemt een stroom van 2 mA (IIL).De uitgang mag maximaal 20 mA leveren (IOL)Er mogen 20 / 2 = 10 ingangen op een uitgang (bij een 0).

0

Nu dezelfde vraag, maar dan voor een logische 0.Hoeveel ingangen van het S type mogen we aansluiten op een S-uitgang?

FAN OUT

Max.20xMax.20x

74S00

74S00

1

Als de uitgang 1 is mogen we maximaal 20 ingangen aansluiten.Als de uitgang 0 is mogen we maximaal 10 ingangen aansluiten.

Daar een uitgang soms 1 en soms 0 zal zijn, moeten we uitgaan van een maximale belasting met 10 ingangen.

We zeggen dat in dit geval de FAN OUT gelijk is aan 10.

74S00

0

74S00

Max.10xMax.10x

FAN OUT

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

7400

antwoord

1

Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang?

FAN OUT

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

20 A

0,4 mA

400 A

8 mA

50 A

2 mA

1 mA

20 mA

20 A

0,6 mA

1 mA

20 mA

TTL LS S F

??74S00

7400

Als de uitgang 1 is:Er mogen IOH / IIH = 1 mA / 40 A = 25 ingangen worden aangesloten.Als de uitgang 0 is:Er mogen IOL / IIL = 20 mA / 1,6 mA = 12,5 ingangen worden aangesloten.Als we maximaal 12 ingangen aansluiten wordt de stroom nooit te groot. De FAN OUT is dus 12.

1

Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang?

FAN OUT

Dit is het laatste scherm van dit onderdeel. Je kan terug naar het menu (huisje) of verder met het

volgende onderdeel: andere belastingen.

Andere belastingen

Op een uitgang van een digitaal IC sluiten wevaak ledjes, lampjes, relais, etc. aan.Afhankelijk van de stroom en de spanning diedaarvoor nodig is, hebben we soms een schakelelementnodig. Dit kan bijvoorbeeld een transistor zijn.

7400

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Mogen we op een normale TTL uitgang op dezewijze een LED aansluiten die een stroom van10 mA opneemt?

antwoord

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Mogen we op een normale TTL uitgang op dezewijze een LED aansluiten die een stroom van10 mA opneemt?

Nee!De LED brandt als de uitgang hoog (5V) is.Er mag dan maximaal 400 A lopen.10 mA is dan véél te véél.

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

En zo dan. Mag dit wel?De LED neemt een stroom op van 10 mA.

UCC (+5V)

antwoord

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Ja, dit mag wel!De LED brandt als de uitgang laag (0V) is.Er mag dan maximaal 16 mA lopen.10 mA kan dus zonder probleem!

UCC (+5V)

En zo dan. Mag dit wel?De LED neemt een stroom op van 10 mA.

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

De LED neemt een stroom op van 10 mA

UCC (+5V)

Over de LED staat een spanning van bv. 1,7 V.Bereken de waarde van de weerstand.

antwoord

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Vcc (+5V)

Over de weerstand staat een spanning van 5 - 1,7 = 3,3 V.Er loopt een stroom van 10 mA.De weerstand moet dan 3,3 V / 10 mA = 330 zijn.

1,7 V

3,3 V

0V

De LED neemt een stroom op van 10 mA

Over de LED staat een spanning van bv. 1,7 V.Bereken de waarde van de weerstand.

Andere belastingen

7400

Men zegt in dit verband dat TTL-IC’sniet current-sourcing zijn,

7400

UCC (+5V)

Men zegt in dit verband dat TTL-IC’sniet current-sourcing zijn,maar wel current-sinking.

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Nu willen we een relais van 12V aansturen.Er loopt door het relais een stroom van 50 mA.De stroom die maximaal door de uitgang mag lopen is 16 mA.We kunnen dit relais dus niet zondermeer aansluiten.

Relais 12V- 50mA

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Met een transistor kunnen we dit probleem oplossen.Als de uitgang 1 is, gaat er een stroom lopen door RB,door de basis en de emitter van de transistor naar de GND.Voor de transistor is dit de basisstroom IB.

Relais 12V- 50mA

+12V

GND

RB+5V

IB

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Als gevolg hiervan gaat er een collectorstroom IC lopendie het relais zal bekrachtigen.

Relais 12V- 50mA

+12V

GND

+5V IC

De hFE,typ van de transistor is bv. 250.Hoe groot moet de basisstroom IB zijnom een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen?

antwoord

RB

IB

Andere belastingen

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

7400

Relais 12V- 50mA

+12V

GND

+5V

IB

IC

We weten dat hFE = IC / IB. Hier moet IC = 50 mA zijn.IB moet dan IC / 250 = 50 / 250 = 0,2 mA zijn (= 200 A).Dit is veel lager dan 400 A: het mag.

Als gevolg hiervan gaat er een collectorstroom IC lopendie het relais zal bekrachtigen.

De hFE,typ van de transistor is bv. 250.Hoe groot moet de basisstroom IB zijnom een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen?

RB

Andere belastingen

7400

IB moet 0,2 mA zijn om de transistor volledig te laten geleiden.We kiezen in de praktijk IB meestal 20% groter om daar zeker van te zijn; hier dus 0,24 mA.Hoe groot moet RB nu zijn?

Relais 12V- 50mA

+12V

GND

+5V

antwoord

IB

ICRB

Andere belastingen

7400

Relais 12V- 50mA

+12V

GND

+5V

Over de weerstand staat een spanning van 5 - UBE = 5 - 0,7 = 4,3 V.Door de weerstand moet een stroom lopen van 0,24 mA.We hebben een weerstand RB nodig van 4,3V / 0,24 mA = 18 k

IB moet 0,2 mA zijn om de transistor volledig te laten geleiden.We kiezen in de praktijk IB meestal 20% groter om daar zeker van te zijn; hier dus 0,24 mA.Hoe groot moet RB nu zijn?

IB

ICRB

Andere belastingen

7400

Stel dat we nu een groter relais van b.v. 12V - 250 mA willen gebruiken.Als de hFE weer 250 is, moet de basisstroom nu 1 mA zijn.Dit mag niet omdat IOHmax 0,4 mA is.

Relais 12V- 250mA

+12V

GND

+5V

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

IB

ICRB

Andere belastingen

7400

Een mogelijke oplossing is het gebruik van een transistor met een zeer hoge hFE-waarde. Normale transistoren hebben een hFE die niet onbeperkt hoog kan worden gemaakt.In dit geval is het gebruik van een darlingtonschakeling een oplossing.In een theorieblok leer je meer over deze schakeling.

Relais 12V- 250mA

+12V

GND

IIH

IIL

IOH

IOL

40 A

1,6 mA

400 A

16 mA

TTL

RB

Andere belastingen

7400

Denk er aan dat bij dit soort inductieve belastingen (spoelen dus),er steeds een diode in anti-parallel met de belasting moet geschakeld worden.Deze diode zal de inductiespanning (die optreedt wanneer de transistor terug UIT schakelt) sterk kunnen beperken, waardoor de schakeltransistor beveiligd wordt tegen overspanningen.

Relais

+12V

GND

RB

FAN OUT

Dit is het laatste scherm van dit programma.Klik op de onderstaande toets.

Terug naar menu