Problem beim praktischen Umsetzen von Logikschaltungen

[Rana Sapiens]

Hi.
Ich habe folgendes Problem:

Ich war in den letzten 3 Jahren Schüler an einem Technischen Gymnasium (nach beenden des Realschulabschlusses habe ich da mein Abbi gemacht) und hatte dort als Leistungskurs Elektrotechnik. Besonders interessant fand ich da die Sache mit den Zählerschaltungen und darauf folgenden Logikschaltungen. Allerdings sind wir da nie über die Theorie hinausgekommen, also wir haben einfache Logikschaltungen mit NAND, NOR, usw. bzw. dann auch Schaltungen komplett in NAND oder NOR gezeichnet.

Soweit die Vorgeschichte. Nun wollte ich gerne etwas mit LEDs realisieren, die zu verschiedenen Zeitpunkten leuchten. Also habe ich mich an die Schaltung gesetzt und mir dann bei http://www.reichelt.de/ einige Datenblätter angesehen, so zu 4-bit-Zählern und verschiedenen NAND-Gattern. Damit habe ich allerdings ein Problem!

Datenblatt

In diesem Datenblatt sind zwar ein Haufen Spannungen angegeben und auch die Output-Ströme, aber wo finde ich den Input? Ich muss ja irgendwie die Vorwiederstände dimensionieren, bzw. wüsste ich gerne, wie viele Teile ich mit dem Eingang an einen Ausgang (eines Teils) schalten kann. Aber ohne den Input kann ich das schlecht beurteilen.

Ich hoffe, ihr könnt mir da Helfen und mir vllt. noch einige Tipps zur Praxis mit solchen Chipsätzen geben.

Danke, Mfg, Rana Sapiens

[BernhardS]

Hallo,

der Input ist eine Spannung in der Nähe von Null (logisch Null) oder der Betriebsspannung (logisch Eins).
Vor den Eingang muss nicht unbedingt ein Widerstand.

Bernhard

[Rana Sapiens]

Naja, die Teile sollen mit 5V betrieben werden, ich hab 9V, also will ich nen Vorwiderstand zuschalten. Das Problem ist ja auch nicht die Spannung, sondern der Strom! Was haben die Teile denn für einen Input-Strom?

[BernhardS]

5 Volt gilt nur für die Bauteile, die explizit auf 5 V begrenzt sind.
Wenn das der Fall ist, dann ist eine Kombination Widerstand/Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung sinnvoller.

In dem Datenblatt steht doch : Inputvoltage 0 - VDD

[Rana Sapiens]

In dem Datenblatt steht doch : Inputvoltage 0 - VDD

Ja aber Voltage ist doch die Spannung. Ich brauche aber den Strom. Denn erstens muss ja irgendwo was rein fließen, wenn was rauskommen soll und zweitens fließen ja auch in die Eingänge der NANDs Ströme!

[BernhardS]

Hallo,

ich glaube Du hast Dich da festgefressen. Um High und Low voneinander unterscheiden zu können braucht der Chip "keinen" Strom, konkret sind das nur Mikroampere. Für den Alltag kannst Du erstmal annehmen "der erkennt die Spannung".

Früher gab es bei den Logikbausteinen 74..... Stromwerte, die hießen Fan-in und Fan-out. An einen Ausgang konnte man zwischen zwei und zehn Eingänge eines anderen Gatters anschließen. Wenn man da nicht aufgepasst hatte, wurde der Ausgang überlastet, bzw. der Eingang hat den Pegel nicht sauber erkannt.

Bernhard

[derguteweka]

Moin,

...und zweitens fließen ja auch in die Eingänge der NANDs Ströme!

Der steht in deinem Datenblatt z.b. auf der Seite 4 fast ganz unten: Input Leakage Current. Der ist typisch +/- 10^-11 A - also 10 pA (Pico-Ampere - also da kannst du die einzelnen Elementarladungen schon fast mit Namen begruessen ); maximal 1 µA.
Das ist in der Praxis das selbe wie null Ampere. Damit kommts dem Baustein - wie BernhardS schon ausgefuehrt hat - rein auf die Spannung am Eingang an.
Das ist gleichzeitig auch ein Nachteil, denn wenn du Eingaenge nicht beschaltet hast, nehmen die irgendeine Spannung an und wenn die gerade so in der Mitte zwischen 0V und Betriebsspannung liegt, dann steigt die Stromaufnahme des Gatters an.
Also solltest du immer alle Eingaenge - auch die von nichtbenutzten Gattern irgendwie (z.b. ueber Widerstaende) auf ein definiertes Potential (entweder 0 oder Vdd) legen.

Gruss
WK

[Master-Jimmy]

Der Unterschied liegt darin, dass dein IC nicht mit bipolaren, sondern mit unipolaren Transistoren aufgebaut ist.

Ein bipolarer Transistor ist stromgesteuert und ein unipolarer halt spannungsgesteuert.

[Rana Sapiens]

Okay, danke. Da habe ich mich wirklich in was verrannt

[Rana Sapiens]

Früher gab es bei den Logikbausteinen 74..... Stromwerte, die hießen Fan-in und Fan-out. An einen Ausgang konnte man zwischen zwei und zehn Eingänge eines anderen Gatters anschließen. Wenn man da nicht aufgepasst hatte, wurde der Ausgang überlastet, bzw. der Eingang hat den Pegel nicht sauber erkannt.

Heist das etwa, ich könnte - theoretisch - eine große Anzahl (mind. 10) Logikglieder an den Ausgang des Zählers hängen? Ich hätte nämlich in meiner Schaltung an die Zählerausgänge erst mal Transistoren gehängt und die hätten die anderen Logikglieder mit Strom versorgen sollen. Da diese Logikglieder aber offensichtlich so gut wie keinen Strom brauchen, könnte ich die Transistoren ja weglassen...

[Master-Jimmy]

Ich denke das sollte funktionieren.
Ein gewöhnliches HCMOS-IC (SN74HCXX) leifert oder versenkt max. 20mA, glaub ich.-Das müsste locker reichen.
(10*1uA<<20mA)

[Rana Sapiens]

Mir ist nochwas aufgefallen. In dem
Datenblatt ist der "Output drive Current" bei 4,6V Output mit -1mA angegeben. Und der "Ourput sink Current" bei 0,4V mit 1mA. (Bei beiden beträgt die Input-Spannung 5V)
Wie ist diese Angabe zu verstehen? Es kann doch der Strom nicht negativ sein, wenn die Spannung positiv ist!

[derguteweka]

Moin,

Es kann doch der Strom nicht negativ sein, wenn die Spannung positiv ist!

Doch. Jenachdem ob du einen Verbraucher oder einen Generator hast.
Nach deinen Infos zufolge wird der Strom immer als "in den Pin reinfliessend" angenommen. Fliesst er tatsaechlich raus (techn. Stromrichtung) dann wird er halt negativ.

Gruss
WK

[Rana Sapiens]

Müsste dann nicht die Spannung - rein theoretisch - auch negativ angegeben werden? Denn sonst würden sämtliche Formeln nicht mehr stimmen!
z.B.: R=u/i

Gibt man I negativ an, u aber weiterhin positiv, dann erhält man ja einen negativen Widerstand... das wäre ja besser als jeder Supraleiter

[derguteweka]

Moin,

Müsste dann nicht die Spannung - rein theoretisch - auch negativ angegeben werden? Denn sonst würden sämtliche Formeln nicht mehr stimmen!
z.B.: R=u/i

Gibt man I negativ an, u aber weiterhin positiv, dann erhält man ja einen negativen Widerstand... das wäre ja besser als jeder Supraleiter

Nee, sollte eigentlich immer alles passen. Du musst halt auch immer die "richtigen" Spannungen und Stoeme nehmen, dann kommt auch R richtig raus

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.
                      |   I
                         <--
       +--/\/\/\------o-----/\/\/\--+
       |     Ri              Ra     |
       |              |             |
      /-\                          /-\
     | = | Ui |       |           | = | Ua |
      \-/     |                    \-/     |
       |      V       |             |      V
       |                            |
      ---             |            ---


Obige Schaltung stellt den Uebergang vom IC auf die Aussenwelt dar. Links ist im IC, rechts aussen. Angenommen, der IC liefert log. High, also wird die Ui vielleicht so bei 4.7V sein. Am Ausgang ist eigentlich keine Spannungsquelle (also kann man die auch durch einen Kurzschluss ersetzen), sondern nur der Widerstand Ra angeschlossen.
Wenn der Strom jetzt wie gezeichnet angenommen wird, ist er negativ. Wenn die Spannung an Ri und Ra aber so eingezeichnet wird, dass sie in die selbe Richtung zeigt, wie der Strom (was bei Verbrauchern ueblicherweise so gemacht wird) , dann kommt auch bei U/I wieder ein pos. Widerstand raus.

Andersrum siehts aus, wenn der IC eine logische 0 ausgibt, dann ist Ui ziemlich klein (<1V) und es die eingezeichnete Stromrichtung "stimmt auch tatsaechlich" - der Chip kann Strom aufnehmen. Je mehr Strom er alledings aufnehmen muss, umso hoeher wird der Spannungsabfall an Ri und die Ausgangsspannung des Chips steigt, obwohl er ja Low ausgeben soll. Wird dabei der max. zulaessige Strom ueberschritten, stirbt der Chip.

Gruss
WK