spanningen en stromen bij digitale signalen originele presentatie van peet ferwerda van friesland...
TRANSCRIPT
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