Familien digitaler Bauelemente
- Das Vierfach-NAND-Gatter wird stellvertretend für die Familien TTL (74xx), LS-TTL (74LSxx), CMOS (4xxx) und HCMOS (74HCxx) beschrieben.
- Die Daten gelten grundsätzlich für alle Standard-Bausteine der Familien.
| Familie | TTL | LS-TTL | CMOS | HCMOS |
| Bezeichnung | 7400 | 74LS00 | 4001 | 74HC00 |
| Betriebsspannung | 4,75 V bis 5,25 V | 4,75 V bis 5,25 V | 3 V bis 15 V | 3 V bis 6 V |
| Gatterlaufzeit | 10ns | 9ns | 50ns | 9ns |
| Maximale Frequenz bei 5 V |
25 MHz | 40 MHz | 5 MHz | 50 MHz |
| Leistung pro Gatter bei 0 Hz |
10 mW | 2 mW | 1 µW | 1 µW |
| Leistung pro Gatter bei 1 MHz |
10 mW | 2 mW | 1 mW | 0,5 mW |
| Max. Strom bei LOW; 5 V |
16 mA | 4 mA | 0,5 mA | 4 mA |
| Max. Strom bei HIGH; 5 V |
4 mA | 4 mA | 0,5 mA | 4 mA |
Übersicht über Logik-Familien
Belastbarkeit der Ausgänge
Die in der obigen Tabelle angegebenen maximalen Ströme in/aus dem Ausgang eines Gatters dürfen nicht überschritten werden, wenn der abgegebene Zustand (HIGH, LOW) gültig sein soll. Werden Ausgänge gegen (0 V oder 5 V) kurzgeschlossen, können Ströme über 50 mA fließen. Werden mehrere Ausgänge kurzgeschlossen, kann der Chip zerstört werden.
Diese Werte gelten für alle Bausteine mit Standard-Ausgang. Treiber- oder Bus-Bausteine können eine höhere Belastbarkeit haben.
An den Ausgang eines Logikgatters darf höchstens eine LED mit einem Vorwiderstand von mindestens 1 kΩ angeschlossen werden.
Bezeichnungen
Dem Typ eines digitalen ICs wird eine vom Hersteller abhängige Buchstabenkombination vorangestellt, z. B.:
- SN
- MC
- CD
- HRF
Zusätzlich werden je nach Hersteller weitere Informationen aufgedruckt, z. B.:
- Herstellungsdatum
- Herstellungsland
- Fabrik
CMOS- und 74HC-Schutzschaltung
Die Ein- und Ausgänge der CMOS- und 74HC- Bauelemente sind gegen Überspannungen geschützt.
- ESD: Elektrostatische Entladung.
- ESD ist die Abkürzung für elektrostatische Entladung (electrostatic discharge).
In gewissem Maße sind die Ein- und Ausgänge auch gegen fehlerhafte Spannungen aus Schaltungen geschützt.
Schutzschaltung
Kopplung der Eingänge
Es kann vorkommen, dass bereits geringe Ströme durch die internen Schutzdioden zu einer unerwünschten Kopplung von Eingängen führen. Der Strom kann über einen anderen Eingang wieder herausfließen. Dieser Querstrom kann zu Fehlfunktionen führen.
Im Prinzip ist die Schutzschaltung von 74HC- und CMOS-Bauelementen ähnlich. Sie unterscheiden sich jedoch in den Details.
Am Eingang befindet sich ein Widerstand, hinter dem Überspannungen über zwei Dioden nach VDD (+) und GND (-) abgeleitet werden. Manchmal (je nach Hersteller) ist eine der Dioden mit einem diffundierten Widerstand verbunden.
Die Ausgänge sind durch zwei Dioden nach VDD und GND gegen Überspannungen geschützt.
Eine weitere Diode schützt die Versorgungsspannung vor Verpolung.
Die Widerstände liegen für 74HC im Bereich von 100 Ω und für CMOS im Bereich von 1 kΩ.
Dieser Schutz ist nur begrenzt:
- Es sind nur geringe Ströme in die Ein- bzw. Ausgänge zulässig, ohne die Bauelemente zu zerstören.
- Die Ströme gelten für einen Ein- bzw. Ausgang und alle zusammen:
| 74HC | ±20 mA | |
| CMOS | ±10 mA |
Die 74HC4049 und 74HC4050 haben keine Diode am Eingang nach VDD. Sie haben Eingänge für Spannungen bis 15 V.