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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Standardlasten von elektronischen Bauteilen


Autor: Hans (Gast)
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Hallo,
ich beschäftige mich gerade mit dem Ausgangslastfaktor und dem 
Eingangslastfaktor von Elektronischen Bauteilen.
In einer Übungsaufgabe habe ich ein Datenblatt von einem JK-Flip-Flop.
Könnt ihr mir sagen ob ich das richtig verstanden habe?

Eine Standardlast hat 20uA wenn sie 1 ist (high) und 0,6mA bei 0 (low).
In dem Datenblatt scheint ein Fehler bei den Data outputs zu sein.
3.3 x 0,6mA = 2mA ist wohl das Komma falsch.

Wenn ich jetzt mit einem Datenausgang z.B. 10 RD0 Eingänge versorge
(10 mal 3 = 30 Standardlasten) dann kann ich noch 3 Standardlasten 
versorgen z.B. J inputs. Ich habe jetzt als Grundlage low genommen, da 
ich nicht wissen kann wie geschaltet ist.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> 3.3 x 0,6mA = 2mA ist wohl das Komma falsch.
Würde ich auch sagen.
Ein Fan-Out von 3,3 ist doch recht unüblich. 33 ist plausibel.

Das Datenblatt zum 74F00 von NXP gibt da bessere Zahlen an (Bild).

Autor: Hans (Gast)
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Super danke für die Hilfe.

Kannst du mir noch sagen ob ich das mit den low und high richtig 
verstanden habe?
Wenn ich 50/33 bei einem Ausgang habe rechne ich dann nur mit den low 
oder gibt es so etwas wie einen Gleichzeitigkeitsfakor?
Sorry arbeite normalerweise mit höheren Strömen (1-150A)

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Ein Fan-Out von 3,3 ist nicht unüblich! Der Wert hängt stark von den 
verwendeten miteinander verbundenen 'Familien' ab. Es gibt sogar 
Kombinationen, wo man nur einen Eingang an den Ausgang anschließen kann 
(Fan-Out = 1) - oder im krassesten Fall, wo sich zwei Familien überhaupt 
nicht miteinander 'verheiraten' lassen. Innerhalb einer Familie (und 
davon gibt's mehr als einem vielleicht lieb ist: A, AC, ACT, ALS, AS, F, 
H, HC, HCT, S, LS, ..., um nur mal ein 'paar' zu nennen) gebe ich Dir 
recht, da ist ein Fan-Out von 3,3 schon die untere Grenze - meistens ist 
er größer als 8!

Man muß sich nur vor Augen führen, das ein TTL-Eingang einen Strom 
liefert, den ein TTL-Ausgang aufnehmen muß (zumindest wenn er auf 
L-Pegel geschaltet wird). 'Hängen' nun mehrere Eingänge an einem 
Ausgang, so muß sichergestellt sein, das sich ein H- oder L-Signal 
innerhalb der entsprechend spezifizierten Grenzen hält, um den 
Logikpegel noch korrekt zu 'erkennen' - als da wären L = 0V...0,8V und H 
= 2,4V...5V (zumindest gilt dies für die meisten Familien - Ausnahmen 
bestätigen die Regel).
Prinzipiell gilt das Gleiche für den Fall, wo der Ausgang auf H-Pegel 
steht, was bei TTL-Bausteinen aber unkritischer ist.

Interessant werden also die Fan-Outs eigentlich erst, wenn verschiedene 
Familien miteinander 'verheiratet' werden sollen. Möchte man einen 
Zähler bis in den 40MHz-Bereich bauen, kann man aber nur einen 
Zähler-Baustein (Vorteiler) aus der S-Familie verwenden (weil er 
möglicherweise als einziger schnell genug ist). Da er aber auf der 
anderen Seite ein ausgesprochener 'Stromfresser' ist, will man 
möglicherweise den Rest der Schaltung mit Bausteinen der HCT-Familie 
realisieren ...

Jetzt aber zu den eigentlichen Rechenaufgaben:
Als erstes gilt es herauszufinden wieviele Eingänge welcher Familie an 
dem zu untersuchenden Ausgang welcher Familie 'hängen' - dieses Signal 
nenne ich mal 'Knoten'. Wenn im vorliegenden Fall alles ICs der 
F-Familie ist wird die Sache etwas einfacher, denn die meisten Eingänge 
haben identische Fan-In-Werte (mal abgesehen von den Set- und 
Reset-Eingänges des Flip-Flops).
Nun gilt es den max. mögl. Strom des Ausganges bei H- und L-Pegel gegen 
die Summe der Ströme aller angeschlossenen Eingänge bei den H- und 
L-Pegeln aufzurechnen.
Beispiel:
Der Q-Ausgang ist L, womit insgesamt max. 20mA für angeschlossene 
Eingänge zur Verfügung stehen. Damit ließen sich dann bis zu 33 J-, K- 
oder Takt-Eingänge von FlipFlops des gleichenm Typs treiben oder nur 11 
Set- bzw. Reset-Eingänge des FlipFlops, oder ...
Im anderen Fall, mit dem Q-Ausgang auf H, steht nur noch 1mA zur 
Verfügung, das sich aber relativiert, da die Eingänge in diesem Fall 
auch wesentlich weniger Strom liefern, eben nur noch 20µA, womit dann 
max. 50 Eingänge dieses FlipFlops an einem Ausgang 'hängen' dürften.
Sobald ein anderer Baustein und/oder Familie zum Einsatz kommt, gilt es 
immer wieder diese Werte im Datenblatt nachzuschauen und zu überprüfen, 
um die korrekte Funktion der Schaltung sicherzustellen.

Autor: Hans (Gast)
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Hallo,
na das ist mal eine ausführliche Antwort.

Also lag ich mit meiner Vermutung richtig:
Wenn ich jetzt mit einem Datenausgang z.B. 10 RD0 Eingänge versorge
(10 mal 3 = 30 Standardlasten) dann kann ich noch 3 Standardlasten
versorgen z.B. J inputs. Ich habe jetzt als Grundlage low genommen, da
ich nicht wissen kann wie geschaltet ist.
Würde ich als Grundlage high nehmen kann ich 10 RD0 Eingänge und 40 
Standardlasten versorgen. Ist schon ein ganz schöner Unterschied.
Oder habe ich nen Denkfehler

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Fast richtig!
Die Aussage "Ich habe jetzt als Grundlage low genommen, da ich nicht 
wissen kann wie geschaltet ist." ist der sagen wir mal 'gefährliche' 
bzw. risikobehaftete Teil.
Wenn sich Dein 'geschaltet' darauf bezieht welcher Ausgang mit welchen 
Eingängen verbunden ist, aber Du die konkrete Schaltung nicht vorliegen 
hast, ist das OK. Sobald Du aber weißt welche Eingänge an welchem 
Ausgang 'hängen' sind sowohl der L- als auch der H-Zustand des Ausgangs 
in Verbindung mit allen angeschlossenen Eingängen zu betrachten.
Es kann Zufall sein, das der limitierende Faktor in diesem Beispiel der 
L-Zustand des Ausgangs ist (L = 30, H = 50). Dies muß aber nicht 
zwingend immer so sein - insbesondere nicht, wenn verschiedene 
'Familien' miteinander verschaltet werden (wie ich zuvor schon 
vermeldete).

Übrigens:
Sowohl Du als auch Lothar haben die Angabe "3.3" als falsch bemängelt. 
In diesem konkreten Fall stimme ich Euch sogar zu, obwohl ...
Wenn ihr schreibt das wohl bei "3.3 x 0,6mA = 2mA" das Komma falsch 
stehen würde, muß ich wiedersprechen. 3.3 mal 0.6 ist in etwa 2, 
vorausgesetz wir vernachlässigen mal die deutsche und amerikanische 
Schreibweise für's Komma.
Korrekt müßte die Formel (annäherungsweise) so lauten:   33 x 0.6mA = 
20mA
Dann stimmt zumindest das Fan-Out von 33, d.h. der Ausgang kann bis zu 
33 Standardeingänge mit 0.6mA 'treiben' (eigentlich ja 'sinken'), was 
sich zumindest mit den Stromangaben decken würde.

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