De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Spanningen en stromen bij digitale signalen Originele presentatie van Peet Ferwerda van Friesland College (NL), aangepast en aangevuld door Dirk Smets,

Verwante presentaties


Presentatie over: "Spanningen en stromen bij digitale signalen Originele presentatie van Peet Ferwerda van Friesland College (NL), aangepast en aangevuld door Dirk Smets,"— Transcript van de presentatie:

1

2 Spanningen en stromen bij 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

3 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 uit 3 De FAN-OUT 4 Stoppen Andere belastingen 5 Spanningen in en uit 2

4 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)

5 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 (U IN = 5V = U CC ) is of 0 (U IN = 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!

6 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.

7 Wat zit er in een IC? U CC input Ra 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.

8 Wat zit er in een IC? U CC input Ra 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.

9 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. input Ra Rb T1 T2 output GND 0V U CC + 5V

10 De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) V U CC + 5V GND 0V Spanningen IN en OUT U OH U is spanning Output Output is High = 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 : U OH

11 De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert. We noteren dit als : U OH Kan deze spanning exact gelijk worden aan +5 Volt ? input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) V 5V ? U CC + 5V GND 0V Spanningen IN en OUT U OH

12 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 U OH,MIN. Neen! Er zullen intern in het IC steeds spanningsvallen optreden, omdat er stromen vloeien door weerstanden enz. Daarom zal U OH steeds een beetje lager zijn dan de gebruikte voedingsspanning U CC. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) V U OH < U CC U CC + 5V GND 0V Spanningen IN en OUT U OH,MI N

13 Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: U OH,MIN = 2,4 V input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) V U OH  2,4 V U CC + 5V GND 0V Spanningen IN en OUT U OH,MIN

14 De uitgang wordt logisch 1 (H) als T1 geleidt en T2 spert. De uitgang (output) Spanningen IN en OUT U OL U is spanning Output Output is Low = 0 De uitgang wordt logisch 0 (L) als T2 geleidt en T1 spert. We noteren dit als : U OL V input Ra Rb T1 T2 output + 5V GND 0V

15 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 U OL,MAX. De uitgang (output) U OL > 0 V Spanningen IN en OUT U OL,MAX V input Ra Rb T1 T2 output + 5V GND 0V

16 De uitgang (output) Spanningen IN en OUT U OL,MAX V input Ra Rb T1 T2 output + 5V GND 0V Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: U OL,MAX = 0,4 V U OL  0,4 V

17 Spanningen IN en OUT SAMENGEVAT: Voor TTL-IC’s bedragen de uitgangsspanningen: U OL,MAX = 0,4 V U OH,MIN = 2,4 V input Ra Rb T1 T2 output GND 0V U CC + 5V

18 Spanningen IN en OUT En hoe zit dit aan de zijde van de INGANG ? input Ra Rb T1 T2 output GND 0V U CC + 5V

19 Spanningen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output GND 0V U CC + 5V Wanneer er op de ingang een spanning wordt aangesloten die hoger is dan U IH,MIN, dan zal èlk IC van de gegeven familie dit als een logische 1 beschouwen. De ingang (input) U IH,MIN Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: U IH,MIN = 2,0 V U is spanning Input Input is High = 1 U I  U IH,MIN “1”

20 Spanningen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output GND 0V U CC + 5V Gelijkaardig zal, wanneer er op de ingang een spanning wordt aangesloten die lager is dan U IL,MAX, èlk IC van de gegeven familie dit als een logische 0 beschouwen. De ingang (input) U IL,MAX Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: U IL,MAX = 0,8 V U is spanning Input Input is Low = 0 U I  U IL,MAX “0”

21 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 de DC 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 tussen de minimale waarden voor een logische ‘1’ voor de uitgangsspanning enerzijds en voor de ingangsspanningen anderzijds. Dit is eveneens het geval voor de maximale waarden voor een logische ‘0’.

22 Spanningen IN en OUT Deze ingangsspanning wordt aangesloten op deze schakeling. U IH U IH,MIN 11 U OUT Vervolgens wordt er ruis aangebracht op het signaal. We zien dat de spanning op één plaats onder de ondergrens U IH,MIN daalt. Hierdoor kan er een ‘spike’ of ‘glitch’ ontstaan op de uitgang.

23 Spanningen IN en OUT Wat gebeurt er nu als we op de ingang een spanning aansluiten met een niveau dat ligt tussen de grenswaarden U IH,MIN en U IL,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. VERBODEN ZONE

24 Spanningen IN en OUT We zien dat bij CMOS de uitgangsspanningen veel dichter liggen bij de ideale 0 V voor de logisch 0 (U OL,MAX = 0,33 V) en bij de +5 V voor de logische 1 (U OH,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 ?

25 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

26 Stromen IN en OUT input Ra 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. GND 0V U CC + 5V

27 Stromen IN en OUT U CC input Ra Rb T1 T2 output + 5V We kunnen op de ingang een 1 plaatsen door deze te verbinden met de 5 Volt voedingsspanning U CC. 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) GND 0V De ingang HOOG maken 10 k 

28 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output In deze situatie gaat er een kleine stroom lopen volgens de gele pijl : van de + van de voeding (U CC ), door de weerstand van 10k, via de ingang door Rb naar de - van de voeding (GND). 10 k  De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

29 Stromen IN en OUT input Ra 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 I IH De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

30 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output I IH I is stroom Input Input is high = 1 I IH De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

31 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output I IH De grootte van I IH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb. De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

32 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output I IH De grootte van I IH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb. Bij de HCT logic serie is I IH zeer klein; slechts enkele nA’s. Maar bij de TTL IC’s is de waarde van I IH ongeveer 40  A. De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

33 Stromen IN en OUT input Ra 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) U CC + 5V GND 0V De ingang LAAG maken

34 Stromen IN en OUT In deze situatie gaat er een kleine stroom lopen volgens de gele pijl : van de + van de voeding (U CC ) via Ra en via de weerstand van 1 k  naar de massa (GND = 0 V). input Ra Rb T1 T2 output 1 k  De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

35 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 I IL input Ra Rb T1 T2 output De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

36 Stromen IN en OUT I IL I is stroom Input Input is low = 0 I IL input Ra Rb T1 T2 output De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

37 Stromen IN en OUT De grootte van I IL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra. I IL input Ra Rb T1 T2 output De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

38 Stromen IN en OUT De grootte van I IL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra. Bij de HCT logic serie is I IL zeer klein; enkele nA. Maar bij de TTL familie is de waarde van I IL ongeveer 1,6 mA. I IL input Ra Rb T1 T2 output De ingang (input) U CC + 5V GND 0V

39 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) Nu gaan we de uitgang bekijken. U CC + 5V GND 0V

40 Stromen IN en OUT De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs. Hier T1 en T2. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) U CC + 5V GND 0V

41 Stromen IN en OUT De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs. Hier T1 en T2. input Ra 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. U CC + 5V GND 0V

42 Stromen IN en OUT De transistoren werken als schakelaars. We kunnen ons de uitgang voorstellen zoals de rechter figuur weergeeft. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) input Ra Rb T1 T2 output 0V U CC + 5V GND 0V U CC + 5V GND 0V

43 Stromen IN en OUT De uitgang wordt logisch 1 (5V) als T1 geleidt en T2 spert. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) V 5V U CC + 5V GND 0V

44 Stromen IN en OUT De stroom die de transistor T1 maximaal mag leveren noemen we I OH. De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) belasting U CC + 5V GND 0V

45 Stromen IN en OUT De stroom die de transistor T1 maximaal mag leveren noemen we I OH. De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting. Daarom spreken we meestal van I OH max. input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) belasting I OH I is stroom Output Output is high = 1 I OH max U CC + 5V GND 0V

46 Stromen IN en OUT De uitgang wordt logisch 0 (0 V) als T2 geleidt en T1 spert. De uitgang (output) U CC input Ra Rb T1 T2 output V 0V + 5V GND 0V

47 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) De stroom die maximaal door transistor T2 mag lopen, noemen we I OL. De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting. belasting I OL max U CC + 5V GND 0V

48 Stromen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output De uitgang (output) belasting I OL max I OL I is stroom Output Output is low = 0 De stroom die de transistor T2 maximaal mag leveren noemen we I OL. De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting. Daarom spreken we meestal van I OL max U CC + 5V GND 0V

49 Stromen IN en OUT T1 T2 output I OL max Let goed op de stroomrichtingen ! T1 T2 output belasting I OH max OUT = 0 OUT = 1 belasting U CC + 5V GND 0V U CC + 5V GND 0V

50 Stromen IN en OUT T1 T2 output I OL max = 16 mA T1 T2 output belasting I OH max = 400  A OUT = 0 OUT = 1 belasting Normale TTL logica 74 De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie ! U CC + 5V GND 0V U CC + 5V GND 0V

51 Stromen IN en OUT T1 T2 output I OL max = 8 mA T1 T2 output belasting I OH max = 400  A OUT = 0 OUT = 1 belasting De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie ! Low Power Schottky (LS) 74LS U CC + 5V GND 0V U CC + 5V GND 0V

52 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.

53 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 deze poort levert de stroom voor……. deze poort en deze poort Er zijn hier 4 ingangen aangesloten op de uitgang

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

55 FAN OUT We gaan eerst eens kijken wat er gebeurt als we een digitale ingang aansluiten op een uitgang. output Ra Rb T1 T2 input Ra Rb T1 T2 U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V

56 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 I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A outputinput LS U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V

57 FAN OUT Ra Rb T1 T2 Ra Rb T1 T2 outputinput antwoord LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A U CC + 5V GND0V U CC + 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?

58 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 T2 outputinput Deze stroom wordt bepaald door Rb van de rechtse poort en is dus gelijk aan de I IH van LS-TTL, namelijk 20  A. I IH LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A OUT = 1 U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V I IH = 20  A

59 FAN OUT De transistor T1 mag maximaal een stroom van I OH = 0,4 mA leveren. Er vloeit een stroom van slechts 20  A. Dit kan dus prima! Ra Rb T1 T2 Ra Rb T1 T2 outputinput LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V I IH OUT = 1

60 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 antwoord LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A H

61 FAN OUT Nu gaan we meerder ingangen aansluiten op één uitgang. Hoeveel stroom moet de uitgang leveren? Mag dit? out in LS Door elke ingang loopt een stroom I IH. I IH 4 x I IH I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A 1 H Door elke ingang loopt een stroom I IH. De uitgang moet dus 4 x 20 = 80  A leveren. Door elke ingang loopt een stroom I IH. De uitgang moet dus 4 x 20 = 80  A leveren. Dit kan dus best, want I OHmax = 0,4 mA = 400  A.

62 FAN OUT Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang? out in antwoord LS ? ? I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A 1

63 FAN OUT Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang? out in 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. I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A 1

64 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 T2 outputinput LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A OUT = 0 U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V

65 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 I IL. Hier loopt dus 400  A. Ra Rb T1 T2 Ra Rb T1 T2 outputinput I IL LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A U CC + 5V GND0V U CC + 5V GND0V OUT = 0 I IL = 400  A

66 FAN OUT Ra Rb T1 T2 Ra Rb T1 T2 outputinput LS I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A Dit mag best, want door de transistor mag maximaal 8 mA lopen (I OLmax ) I IL OUT = 0 U CC + 5V GND0V U CC + 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 I IL. Hier loopt dus 400  A. I IL = 400  A

67 FAN OUT Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft? out in antwoord LS ? ? I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A 0 LS

68 FAN OUT out in LS ! ! I OHmax = 0,4 mA I OLmax = 8 mA I IH = 20  A I IL = 400  A 0 Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft? max 8 mA 400  A Maximaal 20. De uitgang mag maximaal 8 mA leveren Elke ingang neemt een stroom op van 400  A (= 0,4 mA). We mogen dus 8/0,4 = 20 ingangen aansluiten Ook bij out = 1 konden we 20 ingangen aansluiten op een uitgang. We zeggen: DE FAN-OUT VAN LS-TTL = 20.

69 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!) I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S00 antwoord 1

70 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!) I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S00 Elke ingang neemt een stroom van 50  A (I IH ). De uitgang mag maximaal 1 mA leveren (I OH ) Er mogen 1000 / 50 = 20 ingangen op een uitgang (bij een 1). 1

71 FAN OUT Nu dezelfde vraag, maar dan voor een logische 0. Hoeveel ingangen van het S type mogen we aansluiten op een S-uitgang? I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S00 antwoord 0

72 FAN OUT I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S00 Elke ingang neemt een stroom van 2 mA (I IL ). De uitgang mag maximaal 20 mA leveren (I OL ) 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?

73 FAN OUT Max.20x 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 S00 0 Max.10x

74 FAN OUT I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S antwoord 1 Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang?

75 FAN OUT I IH I IL I OH I OL 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 TTLLSSF ? ? 74S Als de uitgang 1 is: Er mogen I OH / I IH = 1 mA / 40  A = 25 ingangen worden aangesloten. Als de uitgang 0 is: Er mogen I OL / I IL = 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 Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang?

76 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.

77 Andere belastingen Op een uitgang van een digitaal IC sluiten we vaak ledjes, lampjes, relais, etc. aan. Afhankelijk van de stroom en de spanning die daarvoor nodig is, hebben we soms een schakelelement nodig. Dit kan bijvoorbeeld een transistor zijn. 7400

78 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL 7400 Mogen we op een normale TTL uitgang op deze wijze een LED aansluiten die een stroom van 10 mA opneemt? antwoord

79 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL 7400 Mogen we op een normale TTL uitgang op deze wijze een LED aansluiten die een stroom van 10 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.

80 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 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. U CC (+5V) antwoord

81 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 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! U CC (+5V) En zo dan. Mag dit wel? De LED neemt een stroom op van 10 mA.

82 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL 7400 De LED neemt een stroom op van 10 mA U CC (+5V) Over de LED staat een spanning van bv. 1,7 V. Bereken de waarde van de weerstand. antwoord

83 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 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.

84 Andere belastingen 7400 Men zegt in dit verband dat TTL-IC’s niet current-sourcing zijn, 7400 U CC (+5V) Men zegt in dit verband dat TTL-IC’s niet current-sourcing zijn, maar wel current-sinking.

85 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 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

86 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 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 R B, door de basis en de emitter van de transistor naar de GND. Voor de transistor is dit de basisstroom I B. Relais 12V- 50mA +12V GND RBRB +5V IBIB

87 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL 7400 Als gevolg hiervan gaat er een collectorstroom I C lopen die het relais zal bekrachtigen. Relais 12V- 50mA +12V GND +5V ICIC De h FE,typ van de transistor is bv Hoe groot moet de basisstroom I B zijn om een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen? antwoord RBRB IBIB

88 Andere belastingen I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL 7400 Relais 12V- 50mA +12V GND +5V IBIB ICIC We weten dat h FE = I C / I B. Hier moet I C = 50 mA zijn. I B moet dan I C / 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 I C lopen die het relais zal bekrachtigen. De h FE,typ van de transistor is bv Hoe groot moet de basisstroom I B zijn om een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen? RBRB

89 Andere belastingen 7400 I B moet 0,2 mA zijn om de transistor volledig te laten geleiden. We kiezen in de praktijk I B meestal 20% groter om daar zeker van te zijn; hier dus 0,24 mA. Hoe groot moet R B nu zijn? Relais 12V- 50mA +12V GND +5V antwoord IBIB ICIC RBRB

90 Andere belastingen 7400 Relais 12V- 50mA +12V GND +5V Over de weerstand staat een spanning van 5 - U BE = 5 - 0,7 = 4,3 V. Door de weerstand moet een stroom lopen van 0,24 mA. We hebben een weerstand R B nodig van 4,3V / 0,24 mA = 18 k  I B moet 0,2 mA zijn om de transistor volledig te laten geleiden. We kiezen in de praktijk I B meestal 20% groter om daar zeker van te zijn; hier dus 0,24 mA. Hoe groot moet R B nu zijn? IBIB ICIC RBRB

91 Andere belastingen 7400 Stel dat we nu een groter relais van b.v. 12V mA willen gebruiken. Als de h FE weer 250 is, moet de basisstroom nu 1 mA zijn. Dit mag niet omdat I OHmax 0,4 mA is. Relais 12V- 250mA +12V GND +5V I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL IBIB ICIC RBRB

92 Andere belastingen 7400 Een mogelijke oplossing is het gebruik van een transistor met een zeer hoge h FE -waarde. Normale transistoren hebben een h FE 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 I IH I IL I OH I OL 40  A 1,6 mA 400  A 16 mA TTL RBRB

93 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 RBRB

94 FAN OUT Dit is het laatste scherm van dit programma. Klik op de onderstaande toets. Terug naar menu


Download ppt "Spanningen en stromen bij digitale signalen Originele presentatie van Peet Ferwerda van Friesland College (NL), aangepast en aangevuld door Dirk Smets,"

Verwante presentaties


Ads door Google