Spanningen en stromen bij digitale signalen

Presentatie over: "Spanningen en stromen bij digitale signalen"— Transcript van de presentatie:

1 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

2 Menu 1 Wat zit er in een IC? 2 Spanningen in en uit 3
- 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 Wat zit er in een IC? 2 Spanningen in en uit 3 Stromen in en uit 4 De FAN-OUT Andere belastingen 5 Stoppen

3 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. (

4 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!

5 Eén van beide spert en de andere geleidt.
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.

6 Wat zit er in een IC? UCC + 5V T1 Ra input output Rb T2 0V GND
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.

7 Dit is het laatste scherm van dit onderdeel.
Wat zit er in een IC? UCC + 5V T1 Ra input output Rb T2 0V GND 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.

8 Spanningen IN en OUT We gaan uit van het vervangingsschema van
input Ra Rb T1 T2 output GND 0V UCC + 5V We gaan uit van het vervangingsschema van de in- en uitgang. Het is toepasbaar op alle logische families : HCT, TTL, LS, S, F, etc.

9 Spanningen IN en OUT UOH De uitgang (output) U is spanning V Output
UCC De uitgang (output) + 5V UOH T1 Ra input output U is spanning Rb T2 V Output Output is High = 1 0V GND 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.

10 Spanningen IN en OUT UOH De uitgang (output) V 5V ? UCC + 5V T1 Ra
input output Rb T2 V 5V ? 0V GND 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 ?

11 Spanningen IN en OUT UOH ,MIN De uitgang (output) V UOH < UCC UCC
Ra input output Rb T2 V UOH < UCC 0V GND 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 . 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 .

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

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

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

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

16 SAMENGEVAT: Voor TTL-IC’s bedragen de uitgangsspanningen:
Spanningen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output GND 0V UCC + 5V SAMENGEVAT: Voor TTL-IC’s bedragen de uitgangsspanningen: UOL,MAX = 0,4 V UOH,MIN = 2,4 V

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

18 Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:
Spanningen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output GND 0V UCC + 5V De ingang (input) UIH,MIN “1” UI  UIH,MIN U is spanning Input Input is High = 1 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. Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: UIH,MIN = 2,0 V

19 Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde:
Spanningen IN en OUT input Ra Rb T1 T2 output GND 0V UCC + 5V De ingang (input) UIL,MAX “0” UI  UIL,MAX U is spanning Input Input is Low = 0 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. Voor TTL-IC’s bedraagt deze waarde: UIL,MAX = 0,8 V

20 Spanningen IN en OUT 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’. 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.

21 Spanningen IN en OUT 1 UIH UIH,MIN UOUT
Deze ingangsspanning wordt aangesloten op deze schakeling. 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.

22 Spanningen IN en OUT VERBODEN ZONE de verboden zone.
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. VERBODEN ZONE Deze ondefinieerbare toestand wordt natuurlijk best vermeden. Daarom noemen we dit spanningsgebied tussen beide grenswaarden de verboden zone.

23 Hoe zit het met deze spanningsniveaus bij CMOS-IC’s ?
Spanningen IN en OUT Hoe zit het met deze spanningsniveaus bij CMOS-IC’s ? 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.

24 Dit is het laatste scherm van dit onderdeel.
Spanningen IN en OUT 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.

25 Het is toepasbaar op alle logische families : HCT, TTL, LS, S, F, etc.
Stromen IN en OUT UCC + 5V 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. T1 Ra input output Rb T2 0V GND

26 Stromen IN en OUT De ingang (input) 10 kW De ingang HOOG maken UCC
+ 5V 10 kW T1 Ra input output De ingang HOOG maken Rb T2 0V GND 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 kW. Daar de ingangsweerstand hoger is dan één megaohm, is de spanning op de ingang bijna 5V. Een logische 1 dus.

27 Stromen IN en OUT De ingang (input) 10 kW UCC + 5V T1 Ra input output
Rb T2 0V GND 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).

28 Stromen IN en OUT IIH De ingang (input) UCC + 5V T1 Ra input output Rb
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 0V GND

29 Stromen IN en OUT IIH IIH De ingang (input) I is stroom Input
UCC + 5V T1 Ra input output IIH Rb T2 IIH I is stroom 0V GND Input Input is high = 1

30 De grootte van IIH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb.
Stromen IN en OUT De ingang (input) UCC + 5V T1 Ra input output Rb T2 IIH 0V GND De grootte van IIH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb.

31 Stromen IN en OUT IIH De ingang (input) UCC + 5V T1 Ra input output Rb
GND 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 mA . De grootte van IIH wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Rb.

32 Stromen IN en OUT De ingang (input) De ingang LAAG maken 1 kW UCC + 5V
Ra input output De ingang LAAG maken Rb T2 1 kW 0V GND 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 kW .

33 Stromen IN en OUT De ingang (input) 1 kW UCC + 5V T1 Ra input output
Rb T2 1 kW 0V GND 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 k naar de massa (GND = 0 V).

34 Stromen IN en OUT IIL De ingang (input) UCC + 5V T1 Ra input output Rb
GND 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

35 Stromen IN en OUT IIL IIL De ingang (input) I is stroom Input
UCC + 5V IIL T1 Ra input output IIL Rb T2 I is stroom 0V GND Input Input is low = 0

36 De grootte van IIL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra.
Stromen IN en OUT De ingang (input) UCC + 5V IIL T1 Ra input output Rb T2 0V GND De grootte van IIL wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van Ra.

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

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

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

40 De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs.
Stromen IN en OUT De uitgang (output) UCC + 5V T1 Ra input output Rb T2 0V GND Omdat de transistoren als het ware boven op elkaar gestapeld zijn, noemt men zo’n uitgang een TOTEMPAAL uitgang. De uitgang van een digitaal IC bezit meestal 2 transistoren of FETs. Hier T1 en T2.

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

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

43 Stromen IN en OUT De uitgang (output) UCC + 5V T1 Ra input output Rb
belasting 0V GND De stroom die de transistor T1 maximaal mag leveren noemen we IOH. De stroom die werkelijk gaat lopen wordt bepaald door de belasting.

44 Stromen IN en OUT IOH De uitgang (output) IOH max I is stroom Output
UCC + 5V IOH T1 Ra input output IOH max I is stroom Rb T2 belasting Output 0V Output is high = 1 GND 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.

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

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

47 Stromen IN en OUT IOL De uitgang (output) IOL max I is stroom Output
UCC + 5V IOL max IOL belasting T1 Ra input output I is stroom Rb T2 Output 0V Output is low = 0 GND 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

48 Let goed op de stroomrichtingen !
Stromen IN en OUT UCC UCC + 5V + 5V IOL max OUT = 1 T1 belasting T1 output IOH max output T2 T2 OUT = 0 belasting 0V 0V GND GND Let goed op de stroomrichtingen !

49 De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !
Stromen IN en OUT UCC UCC + 5V + 5V OUT = 1 T1 belasting T1 output output T2 T2 OUT = 0 belasting 0V 0V GND GND 74 Normale TTL logica IOH max = 400 mA IOL max = 16 mA De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !

50 De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !
Stromen IN en OUT UCC UCC + 5V + 5V OUT = 1 T1 belasting T1 output output T2 T2 OUT = 0 belasting 0V 0V GND GND Low Power Schottky (LS) 74LS IOH max = 400 mA IOL max = 8 mA De maximaal toelaatbare stromen verschillen per logische familie !

51 Dit is het laatste scherm van dit onderdeel.
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.

52 FAN OUT deze poort en deze poort en deze poort en deze poort
De uitgang van deze poort levert de stroom voor……. en deze poort en deze poort Er zijn hier 4 ingangen aangesloten op de uitgang In de meeste gevallen wordt het signaal dat door een logische schakeling wordt geleverd aangesloten op de ingangen van een volgend IC.

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

54 FAN OUT + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input Rb Rb T2 T2 0V GND
We gaan eerst eens kijken wat er gebeurt als we een digitale ingang aansluiten op een uitgang.

55 FAN OUT LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input Rb Rb T2 T2
GND 0V GND IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Stel: we hebben te maken met TTL IC’s uit de LS familie. De gegevens van deze familie staan vermeld.

56 FAN OUT OUT = 1 LS LS antwoord + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output
input Rb Rb T2 T2 LS LS 0V GND 0V GND IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA 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? antwoord

57 FAN OUT OUT = 1 IIH LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input
Rb Rb T2 T2 LS LS 0V GND 0V GND Deze stroom wordt bepaald door Rb van de rechtse poort en is dus gelijk aan de IIH van LS-TTL, namelijk 20 mA . IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA 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 OUT = 1 IIH LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input
Rb Rb T2 T2 LS LS 0V GND 0V GND IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA De transistor T1 mag maximaal een stroom van IOH = 0,4 mA leveren. Er vloeit een stroom van slechts 20 mA. Dit kan dus prima!

59 FAN OUT H LS LS LS LS LS antwoord in out in in in IOHmax= 0,4 mA
IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA 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? antwoord

60 FAN OUT H 1 LS LS LS LS LS out in IIH 4 x IIH in IIH in IIH in IIH
IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA Door elke ingang loopt een stroom IIH. De uitgang moet dus 4 x 20 = 80 mA leveren. Dit kan dus best, want IOHmax = 0,4 mA = 400 mA . Door elke ingang loopt een stroom IIH. De uitgang moet dus 4 x 20 = 80 mA leveren. Door elke ingang loopt een stroom IIH. IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Nu gaan we meerder ingangen aansluiten op één uitgang. Hoeveel stroom moet de uitgang leveren? Mag dit?

61 Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang?
FAN OUT in 1 out LS LS in LS ? IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang? antwoord

62 Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang?
FAN OUT out in 1 LS LS in LS ! Maximaal 20. De uitgang mag maximaal 0,4 mA leveren (= 400 mA). Elke ingang neemt een stroom op van 20 mA. 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 IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang?

63 FAN OUT OUT = 0 LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input Rb Rb
GND 0V GND IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA De uitgang wordt nu logisch 0. Transistor T2 geleidt en T1 spert. Er gaat een stroom lopen volgens de gele pijl.

64 FAN OUT OUT = 0 IIL LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input
Rb Rb T2 T2 LS LS 0V GND 0V GND IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA IIL = 400 mA 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 mA.

65 FAN OUT OUT = 0 IIL LS LS + 5V UCC + 5V UCC T1 T1 Ra Ra output input
Rb Rb T2 T2 LS LS 0V GND 0V GND Dit mag best, want door de transistor mag maximaal 8 mA lopen (IOLmax) IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA IIL = 400 mA 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 mA.

66 ? FAN OUT LS LS LS antwoord in out in IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA
LS LS in LS ? IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft? antwoord

67 ! FAN OUT LS LS LS max 8 mA 400 mA in out in 400 mA Maximaal 20.
LS out LS in 400 mA LS Maximaal 20. De uitgang mag maximaal 8 mA leveren Elke ingang neemt een stroom op van 400 mA (= 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. ! IOHmax= 0,4 mA IIH = 20 mA IOLmax = 8 mA IIL = 400 mA Hoeveel LS ingangen mogen we maximaal aansluiten op een LS uitgang als deze een 0 afgeeft?

68 ? FAN OUT 74S00 1 74S00 antwoord TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA
IIL 1,6 mA 0,4 mA 2 mA 0,6 mA IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 74S00 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA 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!) antwoord

69 ? FAN OUT 74S00 1 74S00 TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA IIL
IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 74S00 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA 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!) Elke ingang neemt een stroom van 50 mA (IIH). De uitgang mag maximaal 1 mA leveren (IOH) Er mogen 1000 / 50 = 20 ingangen op een uitgang (bij een 1).

70 ? FAN OUT 74S00 74S00 antwoord TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA
IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA IIL 1,6 mA 0,4 mA 2 mA 0,6 mA IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 74S00 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA Nu dezelfde vraag, maar dan voor een logische 0. Hoeveel ingangen van het S type mogen we aansluiten op een S-uitgang? antwoord

71 ? FAN OUT 74S00 74S00 TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA IIL
IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA IIL 1,6 mA 0,4 mA 2 mA 0,6 mA IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 74S00 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA Nu dezelfde vraag, maar dan voor een logische 0. Hoeveel ingangen van het S type mogen we aansluiten op een S-uitgang? 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).

72 FAN OUT 74S00 74S00 1 74S00 74S00 Max.20x Max.10x 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.

73 ? FAN OUT 74S00 1 7400 antwoord TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA
IIL 1,6 mA 0,4 mA 2 mA 0,6 mA IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 7400 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang? antwoord

74 ? FAN OUT 74S00 1 7400 TTL LS S F IIH 40 mA 20 mA 50 mA 20 mA IIL
IOH 400 mA 400 mA 1 mA 1 mA 7400 IOL 16 mA 8 mA 20 mA 20 mA Hoe groot is de FAN OUT als we normale TTL ingangen aansluiten op een S uitgang? Als de uitgang 1 is: Er mogen IOH / IIH = 1 mA / 40 mA = 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.

75 Dit is het laatste scherm van dit onderdeel.
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.

76 Andere belastingen 7400 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.

77 Andere belastingen 7400 antwoord TTL IIH 40 mA
Mogen we op een normale TTL uitgang op deze wijze een LED aansluiten die een stroom van 10 mA opneemt? IIL 1,6 mA IOH 400 mA IOL 16 mA antwoord

78 Andere belastingen 7400 TTL IIH 40 mA
Mogen we op een normale TTL uitgang op deze wijze een LED aansluiten die een stroom van 10 mA opneemt? IIL 1,6 mA IOH 400 mA IOL 16 mA Nee! De LED brandt als de uitgang hoog (5V) is. Er mag dan maximaal 400 mA lopen. 10 mA is dan véél te véél.

79 Andere belastingen 7400 antwoord UCC (+5V) TTL
En zo dan. Mag dit wel? De LED neemt een stroom op van 10 mA. IIH 40 mA IIL 1,6 mA IOH 400 mA IOL 16 mA antwoord

80 Andere belastingen 7400 UCC (+5V) TTL
En zo dan. Mag dit wel? De LED neemt een stroom op van 10 mA. IIH 40 mA IIL 1,6 mA IOH 400 mA 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! IOL 16 mA

81 Andere belastingen 7400 antwoord UCC (+5V) TTL
De LED neemt een stroom op van 10 mA IIH 40 mA IIL 1,6 mA Over de LED staat een spanning van bv. 1,7 V. Bereken de waarde van de weerstand. IOH 400 mA IOL 16 mA antwoord

82 Andere belastingen 7400 Vcc (+5V) 3,3 V 1,7 V 0V TTL
De LED neemt een stroom op van 10 mA IIH 40 mA IIL 1,6 mA Over de LED staat een spanning van bv. 1,7 V. Bereken de waarde van de weerstand. IOH 400 mA IOL 16 mA Over de weerstand staat een spanning van ,7 = 3,3 V. Er loopt een stroom van 10 mA. De weerstand moet dan 3,3 V / 10 mA = 330 W zijn.

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

84 Andere belastingen 7400 Relais 12V- 50mA TTL IIH 40 mA
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. IIL 1,6 mA IOH 400 mA IOL 16 mA

85 Andere belastingen 7400 +12V Relais 12V- 50mA RB +5V GND IB TTL IIH
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. IIL 1,6 mA IOH 400 mA IOL 16 mA

86 Andere belastingen 7400 antwoord +12V Relais 12V- 50mA RB IC +5V GND
IB TTL Als gevolg hiervan gaat er een collectorstroom IC lopen die het relais zal bekrachtigen. IIH 40 mA IIL 1,6 mA De hFE,typ van de transistor is bv. 250. Hoe groot moet de basisstroom IB zijn om een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen? IOH 400 mA IOL 16 mA antwoord

87 Andere belastingen 7400 +12V Relais 12V- 50mA RB IC +5V GND IB TTL
Als gevolg hiervan gaat er een collectorstroom IC lopen die het relais zal bekrachtigen. IIH 40 mA IIL 1,6 mA De hFE,typ van de transistor is bv. 250. Hoe groot moet de basisstroom IB zijn om een collectorstroom van 50 mA te verkrijgen? IOH 400 mA IOL 16 mA We weten dat hFE = IC / IB. Hier moet IC = 50 mA zijn. IB moet dan IC / 250 = 50 / 250 = 0,2 mA zijn (= 200 mA). Dit is veel lager dan 400 mA: het mag.

88 Andere belastingen 7400 antwoord +12V Relais 12V- 50mA RB IC +5V GND
IB 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? antwoord

89 Andere belastingen 7400 +12V Relais 12V- 50mA RB IC +5V GND IB
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? 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 kW

90 Andere belastingen 7400 +12V Relais 12V- 250mA TTL IIH 40 mA RB IC IIL
IOH 400 mA IOL 16 mA GND IB Stel dat we nu een groter relais van b.v. 12V 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.

91 Andere belastingen 7400 +12V Relais 12V- 250mA TTL IIH 40 mA RB IIL
IOH 400 mA IOL 16 mA GND 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.

92 Andere belastingen 7400 +12V Relais RB GND
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.

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