RC-OSC mit Schmitt NANDs: 4093 oder sn74lvc1g132

[Andre S. (andregod)]

Hallo,

habe einen einfachen RC-OSC mit einem Schmitt-NAND 4093 aufgebaut. 
10kHz.
Funktioniert soweit.

Der 4093 hat 4 NANDS, und ich brauche nur eines.
Somit die gleiche Schaltung mit einem Schmitt-NAND  sn74lvc1g132 
aufgebaut.
Schaltung läuft fast!
10kHz sind da, aber die Stromaufnahme liegt bei fast 8mA!!!

Schaltung Breadboard aufgebaut (beide).

Hat jemand eine Idee warum das so ist?

[Motopick (motopick)]

> Hat jemand eine Idee warum das so ist?

Weil die Logik eines "vc1g132" bedeutend fixer ist, als du
fuer deine 10 kHz brauchst.

[Peter D. (peda)]

Andre S. schrieb:
> Hat jemand eine Idee warum das so ist?

Ja, da stimmt irgendwas nicht.

Zeichne den Schaltplan auf und poste Bilder vom Aufbau.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ich hab jetzt in dem konkreten Fall nicht nachgeschaut, aber hatte schon 
mal aus Gruenden festgestellt, dass die Hystereseschwellen sehr stark je 
nach Logikfamilie schwanken. Also mal ins genaue Datenblatt gucken.

Gruss
WK

[Motopick (motopick)]

Peter D. schrieb:

> Ja, da stimmt irgendwas nicht.

Vermutlich fehlt, wie ueblich, der Abblockkondensator. :)

> die Hystereseschwellen sehr stark je
> nach Logikfamilie schwanken

Wenn es aber auch wieder genau 10 kHz sind?

[Georg S. (randy)]

Hast du die Eingänge der unbenutzen Gatter auf high oder low gelegt? 
Wenn die offen sind könnte das die Stromaufnahme erklären.

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Wenn, dann Single LVC1Gu04  Unbuffered Inverter

[Georg S. (randy)]

Was wenig bekannt ist: Schmitt Trigger Gatter neigen dazu ganz 
ordendlich Querstrom zu haben im Bereich des Umschaltens. In vielen 
Datenblättern ist das gar nicht erwähnt. Hier gibt es Diagramme zu dem 
Thema auf S.12
https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74LV132.pdf

Ist "LV" kein "LVC", aber in den meisten Datenblättern wird über das 
Thema geschiegen. Du könntest ja selber nachmessen. Ein Poti an einen 
Eingang und dann schauen wie hoch der Querstrom ist.

Der Querstrom steigt stark mit der Betriebsspannung. Aber selbst bei 3V 
ist er noch weit von den 8mA entfernt. Dein Oszillator hält die Eingänge 
zwangsläufig ständig im Bereich mit signifikant Querstrom.
Ich könnte mir vorstellen dass der Querstrom bei den alten CMOS Gattern 
viel niedriger ist weil du die weit unterhalb der max. Betriebsspanung 
betreibst.

[Bauform B. (bauformb)]

Die 74LV sind wesentlich sparsamer als die 74LVC. Die 74AUP sind 
allgemein sparsam, aber in dieser Disziplin nur zweiter; außerdem taugen 
die nicht für 5V.

[Andre S. (andregod)]

Anbei der Aufbau und die Schaltung.

für beide  gilt:
R=100k, C=1n

sn74lvc1g132: f=13k, Icc=8mA,   trise=10ns
4093:         f=18k, Icc->0A,   trise=50ns

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Georg S. schrieb:
> Hast du die Eingänge der unbenutzen Gatter auf high oder low gelegt?

Es ist nur ein Gatter!

Uwe B. schrieb:
> Wenn, dann Single LVC1Gu04  Unbuffered Inverter

Nicht für diese Art von Oszillator. Da muß es ein Schmitt-Trigger 
sein.


Es stimmt aber daß die Schaltschwellen der Schmitt-Trigger für 
verschiedene Logik-Familien unterschiedlich sind. Und zudem auch starken 
Exemplar- und weniger starken Temperaturschwankungen unterliegen. Bei 
NAND Gattern wie hier verwendet, kann die Schaltschwelle auch davon 
abhängen ob man beide Eingänge parallel schaltet oder einen fest auf H 
legt. Das stört den TE aber wohl nicht.

Die höhere Stromaufnahme des 74LVC1G132 gegenüber dem 4093 ist wie schon 
gesagt in der neueren und deutlich fixeren Technologie begründet. Beim 
Relaxationsoszillator werden die Eingänge des Schmitt-Triggers ja 
praktisch permanent im eigentlich "verbotenen" Bereich zwischen den 
Schaltschwellen gehalten. Einfach mal ins Datenblatt schauen.

[Otto K. (opto_pussy)]

Axel S. schrieb:
> Beim Relaxationsoszillator werden die Eingänge des Schmitt-Triggers ja
> praktisch permanent im eigentlich "verbotenen" Bereich zwischen den
> Schaltschwellen gehalten.

Das tut dem Schmitt-Trigger aber nicht weh, denn der ist es ja gewohnt, 
dass die Eingangsspannung langsam stufenlos zwischen 0 bis max. 
schwankt. Sonst hätte der Schmitt-Trigger ja keine Daseinsberechtigung, 
wenn er diese einfache Aufgabe, für die er eigentlich gemacht ist, nicht 
bewältigen könnte!

[Andre S. (andregod)]

Danke für die ganzen interessanten Hinweise.

Maßgeblich für die Stromaufnahme ist tatsächlich die 
Betriebsspannungshöhe.
Aber auch die Schaltvorgänge, aber deutlich geringer.

Schmitt-NAND: sn74lvc1g132:
Ub=1,65V, f=7kHz, Icc=40µA
Ub=1,65V, f=0kHz, Icc->0A

Schmitt-NAND: 4093:
Ub=3V,  f=80Hz,  Icc=10uA

Ub=5V,  f=42HZ,  Icc=100uA
Ub=5V,  f=18kHz, Icc=105uA

Ub=15V, f=24Hz,  Icc=1,6mA
Ub=15V, f=10kHz, Icc=1,66mA

Statisch:
UB=3/5/15V, f=0Hz, Icc->0A

[Motopick (motopick)]

Andre S. schrieb:
> Anbei der Aufbau und die Schaltung.
>
> für beide  gilt:
> R=100k, C=1n
>
> sn74lvc1g132: f=13k, Icc=8mA,   trise=10ns
----------------------------------------^^^^

> 4093:         f=18k, Icc->0A,   trise=50ns

Du brauchst auch dringend ein Oszi mit (wesentlich) mehr Bandbreite.
Dann haettest du dich selbst von der "Schaltfreudigkeit" von LVC
ueberzeugen koennen.

[Motopick (motopick)]

Axel S. schrieb:
> Georg S. schrieb:
>> Hast du die Eingänge der unbenutzen Gatter auf high oder low gelegt?
>
> Es ist nur ein Gatter!
>
> Uwe B. schrieb:
>> Wenn, dann Single LVC1Gu04  Unbuffered Inverter
>
> Nicht für diese Art von Oszillator. Da muß es ein Schmitt-Trigger
> sein.

Ja. Aber:
Mit unbuffered Invertern (aka 4069UB) kann man sich uebrigens
auch selbst Schmitt-Trigger bauen. :)
Die sind dann sogar "einstellbar".

> Es stimmt aber daß die Schaltschwellen der Schmitt-Trigger für
> verschiedene Logik-Familien unterschiedlich sind. Und zudem auch starken
> Exemplar- und weniger starken Temperaturschwankungen unterliegen.

Das kann ich fuer die von mir sonst gerne verwendeten 4093 bzgl. der
Exemplarstreuung so nicht bestaetigen. Solange die ICs aus einer
Charge kommen, sind die Toleranzen der Schaltschwellen eher gering.

> Bei
> NAND Gattern wie hier verwendet, kann die Schaltschwelle auch davon
> abhängen ob man beide Eingänge parallel schaltet oder einen fest auf H
> legt.

Ja, vom 4093 gibt es "Varianten", die sich beim beschalten des
2. Eingangs unterschiedlich verhalten. Der Unterschied egalisiert
sich aber, wenn man den 2. Eingang auf festes Potential legt.

> Die höhere Stromaufnahme des 74LVC1G132 gegenüber dem 4093 ist wie schon
> gesagt in der neueren und deutlich fixeren Technologie begründet. Beim
> Relaxationsoszillator werden die Eingänge des Schmitt-Triggers ja
> praktisch permanent im eigentlich "verbotenen" Bereich zwischen den
> Schaltschwellen gehalten. Einfach mal ins Datenblatt schauen.

Wie es scheint, ist da also mindestens ein (CMOS-)Inverterpaerchen
im verbotenen Bereich. Datenblaetter blenden solche Dinge gerne aus.
Viele LVC Bausteine haben naemlich auch Schmitt-Trigger an ihren
Eingaengen, neben ihrer eigentlichen Logikfunktion.
Weil man sie sonst kaum benuetzen koennte, wenn sie mit den langsamen
Flanken anderer Logikfamilien angesteuert werden.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Motopick schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Uwe B. schrieb:
>>> Wenn, dann Single LVC1Gu04  Unbuffered Inverter
>>
>> Nicht für diese Art von Oszillator. Da muß es ein Schmitt-Trigger
>> sein.
>
> Ja. Aber:
> Mit unbuffered Invertern (aka 4069UB) kann man sich uebrigens
> auch selbst Schmitt-Trigger bauen. :)

Aber sicher nicht mit einem Inverter wie vergeschlagen. Mit zwei 
Invertern kann man übrigens einen "herkömmlichen" Oszillator bauen.

>> Es stimmt aber daß die Schaltschwellen der Schmitt-Trigger für
>> verschiedene Logik-Familien unterschiedlich sind. Und zudem auch starken
>> Exemplar- und weniger starken Temperaturschwankungen unterliegen.
>
> Das kann ich fuer die von mir sonst gerne verwendeten 4093 bzgl. der
> Exemplarstreuung so nicht bestaetigen. Solange die ICs aus einer
> Charge kommen, sind die Toleranzen der Schaltschwellen eher gering.

Ja, eben. Die Schaltschwellen sind ja nicht wie bei einem 555 durch ein 
Widerstandsverhältnis festgelegt, das man auch integriert gut trifft. 
Sondern durch Threshold-Spannung und Kanalleitfähigkeit. Mithin durch 
Dotierung und Schichtdicken, die bei IC durchaus varrieren können. Aber 
eben nicht in IC auf dem selben Wafer oder im selben Batch. Die haben 
Ende der 70er (so alt ist der 4093) noch mehr gestreut als heute.

> Ja, vom 4093 gibt es "Varianten", die sich beim beschalten des
> 2. Eingangs unterschiedlich verhalten. Der Unterschied egalisiert
> sich aber, wenn man den 2. Eingang auf festes Potential legt.

Es hängt von der konkreten Innenschaltung ab. Also ob man die Eingänge 
einzeln "schmitt-triggert" und dann verknüpft. Oder beides in einem 
Rutsch macht. Meine Erfahrung mit dieser Art Oszillator ist jedenfalls, 
daß man die Frequenz nur mit großem Fehler vorausberechnen kann. Wenn 
man eine bestimmte Frequenz will, kommt man um einen Abgleich nicht 
herum.

> Wie es scheint, ist da also mindestens ein (CMOS-)Inverterpaerchen
> im verbotenen Bereich. Datenblaetter blenden solche Dinge gerne aus.

Ja. Gerade mal ein paar DB gecheckt. Bei der 4000er CMOS Reihe waren 
Diagramme Icc vs. Vin noch üblich. Für 74xx in CMOS finde ich auf Anhieb 
nicht eines. Insofern ziehe ich meine Aussage "mal ins DB schauen" 
zurück.

[Clemens L. (c_l)]

Axel S. schrieb:
> Für 74xx in CMOS finde ich auf Anhieb nicht eines.

Alle SN74HCSxxx (wie HC, aber alle Chips mit Schmitt-Trigger).

Für manche Logikfamilien gibt es anderswo mehr Informationen:
https://www.ti.com/lit/pdf/scaa034
https://www.ti.com/lit/pdf/scba011

[Bauform B. (bauformb)]

Mit einem Widerstand mehr und einem 74*2G04 könnte man den anderen 
klassischen Oszillator bauen. Der ist etwas besser berechenbar.