Verstehen, wie ein Tristate-Puffer funktioniert (74LS241)

Ich versuche zu verstehen, wie der 74LS241 funktioniert. Nach dem, was ich gelesen habe, ist der Ausgang hoch, wenn zwei Eingänge in einem Puffer hoch sind. Aus irgendeinem Grund funktioniert dies nicht auf meiner Schaltung.

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Also habe ich Folgendes getan: Ich habe eine LED auf den 3-Ausgangsstift gelegt, um den Ausgang zu testen. Dann habe ich den 19- und 17-Pin mit 3,5 V verdrahtet, aber meine LED zeigt keinen hohen Eingang.

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(rot, wenn der Eingang bei 3,5 V liegt, grün, wenn der erwartete Ausgang hoch sein sollte)

Und wenn ich den Vcc-Pin ohne 19 und 17 verbinde, leuchtet meine LED, wo ich erwartet hatte, dass dies ausgeschaltet ist.

Ich habe das Gefühl, den Schaltplan verstanden zu haben, aber Tatsache ist, dass dies nicht funktioniert. Also ich verstehe das absolut nicht.

Meine Frage ist: Habe ich den Chip kaputt gemacht, der den Eingang nicht schützt? (Ich habe keine Widerstände an den Eingang gelegt). Aber ich dachte, Tore wie diese müssten nicht geschützt werden.

Update Hier ist mein aktuelles Schema:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was bedeutet "eine LED auf den 3-Ausgangsstift setzen"? WIE hast du die LED "gesteckt"? Bitte zeigen Sie die schematische Darstellung. Ihre Erklärung "zwei Eingänge sind hoch" klingt eher nach der Definition eines UND-Gatters. Verstehst du, WARUM wir Tri-State-Ausgänge haben? Verstehen Sie, was ein Puffer ist und warum wir ihn verwenden?
Ein 74LS241 (oder ein Teil der 74LS-Familie) sieht normalerweise einen nicht angeschlossenen Eingang als High - Sie müssen die Eingänge direkt mit Masse verbinden, um einen Low einzugeben. Haben Sie 5 Volt Vcc an Pin 20 angeschlossen und Pin 10 geerdet?
"Solche Diode musste nicht geschützt werden" - welche Diode?
@Peter Bennett Wenn ich den 20-Pin an 5 Volt Vcc und Pin 10 an Masse anschließe, ist die LED (3-Pin) als Ausgang nur ein wenig hell, aber egal, ob Pin 17 und 19 angeschlossen sind, die LED-Helligkeit ändert sich nicht .
@ Andy, sorry, ich meine Tor. Ich werde meinen Beitrag aktualisieren.
@Richard Crowley, ich verstehe einen Puffer als etwas, das den Eingang zum Ausgang nicht ändert und als Verstärker verwendet werden kann. Und ein Tri-State als Puffer mit einer hinzugefügten Aktivierungssteuerung. Ich erwarte, dass die Pins 17 und 19 UND-Gatter sind, aber egal, ob sie niedrig (aber nicht geerdet, hoch-z) oder hoch sind, die LED leuchtet nicht.
Es gibt sowohl invertierende als auch nicht invertierende Puffer. "Verstärker" bedeutet lineares/analoges Verhalten. Aus diesem Grund verwenden wir das Wort „Verstärker“ normalerweise nicht für digitale/binäre/logische Systeme. "Puffer" ist der äquivalente Begriff für digitale Schaltungen. Die logischen Eingänge IN (17) und Tristate-Steuerung (19) bilden KEIN UND-Gatter. Und wir wissen immer noch nicht, wie du deine LED angeschlossen hast????
@Richard Crowley, ich habe Logik IN (17) und die Tristate-Steuerung (19) als UND-Gatter betrachtet, aber das ist ein Fehler. Ich dachte nur, dass, wenn 17 und 19 beide aktiviert wären, die LED am Ausgang 3 sehr hell sein wird. Wenn 17 oder 19 unabhängig voneinander in High-Z oder High waren, sollte die LED den Zustand ändern, aber es passiert nichts. Wenn Pin 19 niedrig oder hoch ist, ist die LED entsprechend aus oder leicht hell, aber Pin 17 hat keinen Einfluss auf den Ausgang. Ich versuche, ein genaueres Schema für die LED zu zeichnen.
Niemand kann dir helfen, bis du verrätst, WIE du die LED angeschlossen hast????????????
@Richard Crowley Entschuldigung, ich habe gerade meinen Beitrag aktualisiert.
Die spezifizierte Mindestbetriebsspannung für die 74LS- (und andere bipolare TTL-) Familie beträgt 4,5 Volt. Es wird nicht garantiert, dass es bei 3,5 Volt funktioniert.

Antworten (2)

Ein Tristrat-Ausgang kann 3 verschiedene Zustände haben: niedrig, hoch oder getrennt (manchmal auch als „floating“, „high-z“ bezeichnet). In den ersten beiden Fällen wird der Ausgang mit einem Transistor aktiv auf Low oder High gezogen; im getrennten Zustand ist keiner der Transistoren aktiviert.

Die Pins 1 und 19 des LS241 steuern diesen Zustand für die Puffer innerhalb des Chips. Diese 'G'-Eingänge müssen aktiviert werden, damit die mit ihnen verbundenen Puffer ihre Ausgänge je nach Eingang auf Low oder High ziehen. Ohne sie schweben die Ausgänge. Beachten Sie das Wechselrichtersymbol (winziger O-Ring) am Steuergate, das mit Pin 1 verbunden ist; Sie müssen Pin 19 hochziehen, um zu aktivieren, und Pin 1 niedrig, um zu aktivieren.

Diese Schaltung hilft:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn Sie Pin 19 nach unten ziehen, schwebt der Ausgang und beide LEDs leuchten schwach, da Strom durch beide fließt. Ziehen Sie Pin 19 hoch, und der Ausgang folgt dem Eingang (17) und entweder die grüne oder die rote LED leuchtet hell; der andere wird aus sein.

danke für die Antwort. Das erwarte ich ganz klar. Zum Beispiel: Wenn ich Pin 1 nach unten und Pin 2 hoch ziehe, erwarte ich, dass Pin 18 hoch ist. Aber meine LED an Pin 18 leuchtet nur schwach und ändert nie den Zustand, egal ob Pin 2 hoch oder nicht verbunden ist. Und wenn ich Pin 19 und 17 verbinde, um hoch zu sein, erwarte ich, dass meine LED heller ist, aber sie leuchtet nur schwach, egal ob Pin 17 hoch oder nicht verbunden ist.
Ich hatte erwartet, dass meine LED mit Pin 17 nicht verbunden, aber Pin 19 immer noch hoch ist, und die LED mit 17 und 19 hoch, aber das passiert nicht. Ich habe mich gefragt, ob ich meinen Chip nicht kaputt gemacht habe, weil ich das Eingangstor nicht geschützt habe (aber es wurde im Schema nicht gefragt).
@MrBonjour Versuchen Sie dann ein anderes Tor. Beachten Sie, dass Sie nicht beide G-Eingänge (z. B. Pin 1 Low und Pin 19 High) gleichzeitig aktivieren dürfen, wenn Sie den Ein- und Ausgang der internen Puffer verbinden.
Ich habe andere Tore ausprobiert (19 mit 15, 13, 11) und ich habe das gleiche Verhalten. Ich benutze die beiden G-Eingänge nicht gleichzeitig. entweder das eine oder das andere. wie wenn es unabhängig sind.

Leider ist Ihr Test ungültig, da (gemäß Ihrem aktuellen Schaltplan) Ihre Vcc-Versorgung zum 74LS241 nur 3,5 V beträgt. Dies liegt außerhalb des zulässigen Bereichs für ein normales 74LS-Gerät (normale 74LS-Stromversorgungsspannung beträgt 5 V +/- 5% dh 4,75 V bis 5,25 V). Daher ist nicht garantiert, dass die Ergebnisse, die Sie mit einer Stromversorgung von 3,5 V erhalten, denen im Datenblatt entsprechen.

Wenn Sie eine 5-V-Stromversorgung verwenden und sicherstellen, dass diese immer mit den Vcc- und Gnd-Pins des Geräts verbunden ist (siehe unten), sollten Sie das erwartete Verhalten sehen.

Und wenn ich den Vcc-Pin verbinde [...]

Ihre ersten Tests wurden also durchgeführt, ohne dass eine Stromversorgung an den Vcc-Pin angeschlossen war! Dies führt auch zu einem Verhalten, das sich von dem Verhalten unterscheidet, wenn die richtige Stromversorgung angeschlossen ist.

Ich habe ziemlich viel recherchiert, seit ich diese Antwort zum ersten Mal geschrieben habe, und mit stromlosen 74LS-Geräten und einer Eingangsspannung zwischen 0 V und 5,5 V sind Sie möglicherweise "entkommen", ohne dabei Schaden zu verursachen - was nur zu einer hohen Impedanz führt Ausgabe, die zu dem von Ihnen beschriebenen Verhalten passen würde. Du sagtest:

Ich habe eine LED auf den 3-Ausgangsstift gelegt, um den Ausgang zu testen. Dann habe ich den 19- und 17-Pin mit 3,5 V verdrahtet, aber meine LED zeigt keinen hohen Eingang.

Was ich so interpretiert habe:

You have [connected an LED + resistor between pin 3 and Gnd], in order to [view the state of] the output. Then [you connected 3.5 V to input pins 17 + 19, with nothing connected to Vcc pin 20] but [your LED didn't light despite the logic] high input[s].

Dies ist nicht unerwartet, da Sie den IC für diesen Test nicht über seine Power-Pins mit Strom versorgt haben. Wahrscheinlich blieb der Ausgang in einem hochohmigen Zustand, sodass die LED nicht aufleuchtete.

Dann hast du gesagt:

Wenn ich den Vcc-Pin ohne 19 und 17 verbinde, leuchtet meine LED, wo ich erwartet hatte, dass dies ausgeschaltet ist.

Was ich interpretiert habe als:

When you connected [3.5 V, as shown in your schematic, to] the Vcc pin, without [any connection to pins] 19 and 17, [your LED] is on, where [you] expected this to be off.

Dass die LED leuchtet, ist keine Überraschung. Obwohl dies nicht "Best Practice" ist, schweben nicht verbundene LS-TTL-Eingänge (normalerweise) hoch, wie @PeterBennet bereits freundlicherweise erklärt hat.

Obwohl 3,5 V außerhalb der Stromversorgungsspezifikation liegen, können wir daher erwarten, dass die Eingangspins 17 und 19 hoch schweben und sich so verhalten, als wären sie mit Vcc verbunden. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass die LED leuchtet, wenn Sie die Pins 17 und 19 mit Vcc verbinden.

Texas Instruments diskutiert einige dieser Ergebnisse von Versorgungsspannungen mit reduzierter Spannung für ICs in diesem kurzen Dokument „ Designing With Logic “.

Legen Sie keine Spannungen an die anderen Pins eines ICs an, es sei denn, Sie wissen genau, was Sie tun und was die Folgen sind, ohne dass die richtige(n) Versorgungsspannung(en) auch an die angegebenen Power-Pins geliefert werden (dh Gnd / Vss-Pins korrekt verbinden, sowie die Vcc/Vdd-Pins).

Wenn Sie weitere Beispiele sehen möchten (im Zusammenhang mit modernen CMOS-Geräten und nicht mit LS TTL), finden Sie hier einige andere EE.SE-Themen, bei denen die Stromversorgung von Geräten über andere Pins anstelle der Power-Pins unerwartetes Verhalten verursachte:

Ein weiteres Problem, das ich beobachtet habe, sind Teile, die sich so verhalten, als wären Stiftpaare über einen PNP-Transistor verbunden, sodass eine übermäßige Spannung an einem dazu führt, dass das Gerät Strom in den benachbarten Stift leitet.
@supercat - Falls es von Interesse ist, habe ich einige technische Informationen gefunden, die sich auf das von Ihnen beobachtete Verhalten beziehen können, in dem TI-Dokument, das ich in meiner aktualisierten Antwort erwähnt habe, mit dem Titel "Designing With Logic", insbesondere in Abschnitt 4 ab Seite 8.
Ich weiß nicht, ob ich tatsächlich gesehen habe, wie ein Chiphersteller das Verhalten dokumentiert hat, aber ich habe es beobachtet und genug über Silizium verstanden, um zu verstehen, dass zwei P-Regionen, die durch eine N-Region verbunden sind, einen Transistor bilden. Ich hätte jedoch geschätzt, dass die aktuelle Verstärkung mehr als 0,01 beträgt.
Verstehen, wie ein Tristate-Puffer funktioniert (74LS241)
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