Lab-tips: 7400 NAND-poort

(gepubliceerd op 15-09-2017)

Met de poorten uit een 7400 TTL-IC kunt u veel meer dan alleen logische problemen oplossen. In dit artikel geven wij u praktisch inzetbare voorbeeldschakelingen, die in uw dagelijkse praktijk van hobby-ontwerper zeker van pas kunnen komen.

Oud, maar nog steeds populair


De basis van de digitale elektronica
De 74xx-serie van TTL-schakelingen was de eerste reeks geïntegreerde digitale schakelingen die door Texas Instruments in 1963 op de markt werd gezet. Deze IC's zijn dus écht oeroud. Tóch hebben de originele poorten van de 74xx-serie niets van hun populariteit verloren: alle grote postorder-leveranciers hebben er nog steeds duizenden van in voorraad. In dit artikel beschrijven wij wat schakelingen rond een 7400 die niet zo voor de hand liggen, maar wél nuttig zijn bij het ontwerpen van logische schakelingen. De beschreven schakelingen zijn compatibel met alle leden van de 74-familie. U kunt ze dus zowel gebruiken met de laag-ohmige 74xx als met de hoog-ohmige 74Cxx, met de oude 74Sxx als met de moderne 74HCT.

Intern schema van de 7400
De viervoudige NAND 7400 is zonder enige twijfel de bekendste TTL geïntegreerde schakeling. In vrijwel iedere digitale schakelingen worden één of meerdere van deze IC's gebruikt. Voor de volledigheid worden in deze paragraaf wat algemeenheden op een rijtje gezet, die u wellicht reeds kent. De 7400 is een viervoudige TTL-poort, waar de logische functies alleen met transistoren worden uitgevoerd. In onderstaande figuur is het inwendige schema van één poort weergegeven. De ingangstransistor bezit twee emitters, de uitgang is in een totem-pole schakeling opgenomen. Dit wil zeggen dat de uitgangstrap bestaat uit twee in serie geschakelde transistoren die beurtelings geleiden en sperren.

Lab_tips_7400_NAND_poort_01 (© 2017 Jos Verstraten)
Het inwendige schema van één poort uit de 7400. (© 2017 Jos Verstraten)
De werking van de 7400
Indien één of beide emitters van de ingangstransistor op massapotentiaal ligt, geleidt T1. Het gevolg is dat de basis van T2 eveneens aan massa ligt, zodat transistoren T2 en T4 sperren, maar transistor T3 geleidt. Deze krijgt immers basissturing via R2. De uitgang C is dus met de voedingsspanning verbonden. Als beide ingangen hoog zijn, spert T1. Het gevolg is dat T2 basissturing ontvangt van T1. Over R4 wordt door de emitterstroom van T2 een spanning opgebouwd, die T4 stuurt. De uitgang C wordt met massa verbonden. De spanningsval over R2 zorgt voor een effectieve sperring van transistor T3.

De fan-in en fan-out
Uit deze beschrijving van de schakeling kunt u een paar belangrijke eigenschappen van dit type poort afleiden. De logische niveaus voor positieve logica zijn bij TTL:
       - 'L' = laag, spanning kleiner dan 0,4 V
       - 'H' = hoog, spanning groter dan 2,4 V
De schakeling moet met een tamelijk grote stroom worden aangestuurd. Dit houdt verband met de emitter-ingangen van de schakeling. De belasting, die een TTL-IC van de voorgaande trap vergt, wordt aangeduid door de 'fan-in'. Men stelt per definitie de fan-in van één ingang van de 7400 poort gelijk aan 1. Volgens een equivalente redenering, noemt men de sturing die een TTL-IC kan leveren aan andere TTL-IC's, de 'fan-out'. De 7400 heeft een fan-out van 10. Dit wil zeggen dat één 7400 poort tien ingangen van erop volgende poorten (met fan-in van 1) kan sturen.

Vertragingstijd
Een volgende eigenschap die soms van belang is in de praktijk, is de vertragingstijd. Als u aan de ingang van een poort een spanningssprong aanlegt, duurt het een bepaalde tijd voor de uitgang reageert. De sprong moet inderdaad door vier transistoren worden verwerkt en daar zijn deze componenten enige tijd mee zoet. Het tijdverschil tussen actie aan de ingang en reactie aan de uitgang noemt men de vertragingstijd van de schakeling. Alhoewel deze zeer klein is (10 nanoseconde), komt hij soms in de praktijk van pas, maar kan hij anderzijds eveneens bijzonder vervelend zijn.

NAND voor positieve logica
Zoals reeds summier besproken bij de schemabeschrijving van dit IC, fungeert de 7400 als een NAND voor positieve logica. Dit wil zeggen dat de uitgang slechts dan 'L' is, als beide ingangen 'H' zijn. In onderstaande figuur is de logische werking van dit IC samengevat. Tevens is het symbool van de NAND-poort getekend, alsmede de aansluitgegevens in bovenaanzicht.

Lab_tips_7400_NAND_poort_02 (© 2017 Jos Verstraten)
Het oude en nieuwe symbool, de aansluitgegevens  en de waarheidstabel van de 7400. (© 2017 Jos Verstraten)
Wat te doen met ongebruikte ingangen?
Ter afsluiting van deze korte inleiding nog dit: niet gebruikte ingangen van NAND-poorten moet u met de voedingsspanning verbinden of parallel schakelen aan wél in functie zijnde collega's (uiteraard van dezelfde poort).

De 7400 als poort


Open of dicht
Een poort kan open of dicht zijn. Is ze open, dan kunt u ongehinderd door de poort lopen. Is ze dicht, dan wordt de doorgang versperd. Een equivalente elektronische werking kunt u met een 7400 NAND-schakeling uitvoeren. Uit de waarheidstabel van bovenstaande figuur volgt dat als één ingang 'L' is, de uitgang steeds 'H' is, wat er ook aan de tweede ingang gebeurt. Als één ingang 'H' is, laat de schakeling het signaal van de tweede ingang door, weliswaar geïnverteerd. De toepassing van onderstaande figuur maakt een en ander duidelijk. Aan een ingang, de signaalingang, legt u een vierkantspanning aan. De tweede ingang, de stuuringang, voedt u met een schakelspanning. Is dit signaal 'L', dan laat het IC de pulsen niet door, de uitgang is steeds 'H'. De 'elektronische poort' is gesloten. Maakt u de stuuringang 'H', dan opent de poort en de blokken verschijnen geïnverteerd aan de uitgang.

Lab_tips_7400_NAND_poort_03 (© 2017 Jos Verstraten)
Het gebruik van de 7400 als elektronische poort. (© 2017 Jos Verstraten)

De 7400 als schmitt-trigger


Op snelle stijgtijden komt het aan
In de inleiding werd reeds opgemerkt dat TTL-IC's alleen reageren op duidelijk omschreven spanningsniveaus: 'L' kleiner dan 0,4 V en 'H' groter dan 2,4 V. Als een signaal van het ene niveau naar het andere schakelt, moet deze overgang zo snel mogelijk gebeuren. Is dit namelijk niet het geval, dan is er een overgangsgebied tussen 'L' en 'H', waarin de schakeling als versterker optreedt, met kans op oscillaties. De stijg- en daaltijden van door TTL-IC's te verwerken signalen moeten dus zo klein mogelijk zijn. Hebt u traag variërende spanningen, zoals sinussen en zaagtanden, ter beschikking en wilt u tóch TTL-IC's sturen, dan moet u een schmitt-trigger tussenschakelen.

Een schmitt-trigger met een halve 7400
In onderstaande figuur ziet u hoe een halve 7400 dit karweitje opknapt. Stel dat de ingang 'L' is. De onderste ingang van poort 1 is 'L', de uitgang is 'H'. Poort 2 inverteert dit niveau, zodat de schakeling-uitgang 'L' is. De tweede ingang van poort 1 is dus eveneens 'L'. Als de ingangsspanning stijgt, volgt de onderste ingang van poort 1 dit signaal. De bovenste ingang volgt dit signaal eveneens, maar met een spanningsverschil van 0,7 V. Dit is de spanningsval over de geleidende diode D1. Als de ingangsspanning zo groot is geworden dat het 'H' niveau van het gebruikte IC-exemplaar is bereikt (dus ongeveer 2,4 V), wordt de onderste ingang van poort 'H'. De bovenste is evenwel 0,7 V lager. De uitgang is dus nog steeds 'H'. Als de ingangsspanning zo groot wordt dat ook de bovenste ingang 'H' wordt, schakelt de poort waardoor de uitgang 'L' wordt. Deze 'L' wordt geïnverteerd door poort 2, zodat de uitgang 'H' wordt. Deze hoge spanning wordt teruggekoppeld via de weerstand. De bovenste ingang van poort 1 wordt sterk positief. Door deze terugkoppeling wordt vermeden dat poort 1 in het overgangsgebied tussen 'L' en 'H' blijft en gaat oscilleren.

Lab_tips_7400_NAND_poort_04 (© 2017 Jos Verstraten)
Een schmitt-trigger met een halve 7400. (© 2017 Jos Verstraten)
De diode heeft een dubbele functie: eerst ervoor zorgen dat de onderste ingang van poort 1 reeds lang in het veilige 'H'-gebied zit voor de poort omslaat en vervolgens vermijden dat de terugkoppeling, die de bovenste ingang door het overgangsgebied helpt, afvloeit via de aan de ingang aangesloten schakeling. Voor de overgang van 'H' naar 'L' kunt u een analoge redenering opbouwen.
Het bovenste oscillogram toont een spanning die zowel aan een schmitt-trigger schakeling als aan een enkele poort wordt aangelegd. De schmitt-trigger verwerkt deze spanning tot een mooie puls (middenste oscillogram), terwijl de enkele NAND duidelijk merkbaar geen raad weet en een vervormd signaal aflevert (onderste oscillogram), met bovendien oscillaties op de flanken (op de foto niet zichtbaar).

De 7400 als RS flip-flop


Wat is een RS flip-flop?
De set-reset flip-flop is het eenvoudigste bistabiele element dat bestaat. De schakeling heeft twee ingangen en een uitgang. Een puls op de set-ingang, maakt de uitgang 'H', een puls op de reset-ingang maakt de uitgang 'L'. De schakeling onthoudt dus welke ingang het laatst is geactiveerd.

Een 7400 inschakelen
Onderstaande figuur toont hoe u een dergelijk circuit kunt samenstellen met twee NAND's uit een 7400. Stel dat R en S beide 'H' zijn en dat de uitgang eveneens 'H' is. De twee ingangen van poort 2 zijn 'H', zodat de uitgang 'L' is. Dit is de inverse waarde van de uitgang. Stel dat de R-ingang even 'L' wordt. De uitgang van poort 2 wordt 'H'. Poort 1 krijgt hierdoor twee hoge niveaus aangeboden en reageert dadelijk met een 'L' aan de uitgang. Hierdoor wordt de bovenste ingang van poort 2 'L'. Het gevolg is dat de uitgang van deze onderste poort 'H' blijft, zelfs als R weer 'H' wordt. Besluit is dat er een nieuwe stabiele toestand is bereikt. Door een negatieve sprong op R wordt de uitgang 'L' of blijft 'L', als hij dit reeds was.
Equivalent kunt u eenvoudig aantonen dat een negatieve sprong op de S-ingang de uitgang 'H' maakt of 'H' laat als hij dat reeds was.
In de rechter waarheidstabel zijn alle mogelijke combinaties samengevat. Het praktisch bruikbare van deze schakeling is dat u ze kunt gebruiken om het eenmalig verschijnen van een smalle negatieve puls blijvend te registreren.

Lab_tips_7400_NAND_poort_05 (© 2017 Jos Verstraten)
Een SR flip-flop met een halve 7400. (© 2017 Jos Verstraten)

De 7400 als anti-dender schakeling


Wat is dender?
Iedere mechanische schakelaar heeft de nare eigenschap dat bij inschakelen het bewegend contactarmpje enige malen op het vaste contact kaatst, alvorens definitief verbinding te maken. Als de schakelaar in een elektronisch systeem is opgenomen zal hij, bij iedere schakelactie, een hele reeks smalle parasitaire pulsjes leveren. Transistorschakelingen willen dergelijke onvolmaaktheden wel door de vingers zien, maar de ultra-snelle TTL-IC's zijn er als de kippen bij om op iedere parasitaire puls te reageren, waardoor uw zorgvuldig ontworpen schakeling volkomen de mist ingaat.

Een RS flip-flop als anti-dender schakeling
De set-reset flip-flop kunt u met succes inschakelen om deze narigheden te vermijden. De schakeling is in onderstaande figuur getekend. In de getekende stand is één ingang van poort 1 'L' en is dus de uitgang Q 'H'. Schakelt u de schakelaar om, dan wordt R van poort 2 'L', waardoor de flip-flop omschakelt. De uitgang wordt 'L'. Door het denderen van de schakelaarcontacten wordt S verschillende malen 'L' en 'H'. Zolang echter R 'L' blijft, zal het bistabiele element in de omgeslagen toestand blijven. Schakelt u de schakelaar weer om dan zal, zodra de schakelaarcontacten elkaar raken, R 'H' worden, zodat de flip-flop omschakelt. Door het denderen van de contacten, wordt R een paar keer 'L' en 'H', maar daar de uitgang reeds 'L' is, hebben deze parasitaire pulsen geen invloed op de schakeling.
In de rechter grafieken zijn ter vergelijking de uitgangsspanning van een schakelaar en de uitgangsspanning van een schakelaar met flip-flop getekend.

Lab_tips_7400_NAND_poort_06 (© 2017 Jos Verstraten)
Een RS flip-flop toegepast als schakeling voor het ontdenderen van mechanische schakelaars. (© 2017 Jos Verstraten)


De 7400 als oscillator


Wij gaan multivibreren
Zoals u wellicht weet bestaat een vierkantgolf generator in zijn meest algemene vorm uit een tweetrapsversterker, waarvan de uitgang zeer sterk capacitief wordt teruggekoppeld naar de ingang. Poorten zijn in principe eveneens versterkers, het ligt dus het voor de hand dat u met TTL-IC's multivibratoren kunt maken.

Share

Een 7400 als AMV, astabiele multivibrator
Onderstaande figuur toont de allereenvoudigste vorm van een TTL-AMV. De schakeling bestaat uit twee inverters, die via RC-kringen met elkaar zijn gekoppeld. Aan de uitgangen A en C ontstaan vierkantgolven, die elkaars inverse zijn. Aan de hand van de rechter oscillogrammen wordt de werking toegelicht. U start de redenering bijvoorbeeld op het moment dat A van 'H' naar 'L' springt. De condensator C1 laat deze sprong ongehinderd door, zodat punt D negatief wordt. Het gevolg is dat C en dus ook B 'H' worden. Hierdoor wordt de negatieve sprong van A aangemoedigd. Het omschakelen van de ene toestand naar de andere gebeurt dus bijzonder snel. De condensatoren gaan zich nu ontladen. C1 doet dat over R2. Het enige dat hierdoor kan gebeuren is, dat de spanning op D naar massapotentiaal streeft. Condensator C2 echter misbruikt weerstand R1 voor zijn ontlaadneigingen. Hierdoor daalt de spanning op B. Op een bepaald ogenblik wordt deze spanning zo laag dat de poort zich genoodzaakt voelt om in actie te komen. A wordt opnieuw 'H', een sprong die D trouw volgt. Gevolg is dat B en C in negatieve zin variëren, waardoor de positieve sprong op A wordt versterkt. De schakeling is in haar tweede astabiele toestand. De spanningsdaling op D, door het ontladen van C1, bepaalt het moment van omschakelen waardoor u in de uitgangspositie belandt.

Lab_tips_7400_NAND_poort_07 (© 2017 Jos Verstraten)
De meest eenvoudige uitvoering van een oscillator met twee 7400 poorten. (© 2017 Jos Verstraten)
Nadelen van de schakeling
Deze zeer eenvoudige schakeling heeft enige nadelen. Allereerst is ze niet 100 % zelfstartend. Als de voedingsspanning bij aanschakelen langzaam opkomt, iets dat bij de meeste gestabiliseerde voedingen het geval is, kan het gebeuren dat de oscillator niet wil starten.
Een tweede nadeel is dat de schakeling extreem grote condensatoren vereist, wilt u lage frequenties opwekken. Althans, bij gebruik van de standaard laag-ohmige 74xx schakelingen. Voor een frequentie van 1 kHz moeten C1 en C2 0,56 µF zijn! De waarde van de weerstanden kan niet veel worden verhoogd. Deze problemen zijn uiteraard op te lossen door over te schakelen naar 74CXX schakelingen, die veel hoog-ohmiger zijn.

Een alternatieve multivibrator
Een alternatieve schakeling, waarbij slechts één condensator nodig is en die wel 100 % zelfstartend is, wordt in onderstaande figuur voorgesteld. Deze astabiele multivibrator heeft bovendien het voordeel dat de uitgangspuls mooier van vorm is dan die van de vorige schakeling. Ook hier eist de schakeling grote condensatoren in ruil voor lage frequenties. Voor f = 1 kHz is C = 0,68 µF.

Lab_tips_7400_NAND_poort_08 (© 2017 Jos Verstraten)
Een alternatieve multivibrator met slechts één condensator, maar drie 7400 poorten. (© 2017 Jos Verstraten)
Opmerking
De beide besproken multivibratorschakelingen zijn niet erg frequentiestabiel. De periode varieert in beide gevallen met de voedingsspanning. De twee-poorten-schakeling slaat reeds af bij een voedingsspanning van 4,5 V. De uitgebreide schakeling blijft genereren, zelfs bij 3 V voedingsspanning.

De 7400 als monostabiele multivibrator 


Van smalle naar brede puls
Een schakeling die, op bevel van een stuurpuls, een eenmalige uitgangspuls met welbepaalde breedte opwekt, is een monostabiele multivibrator. Onderstaande figuur bewijst dat de 7400 ook voor deze rol niet terugschrikt. Stel dat aan ingang A een smalle negatieve puls verschijnt. Ogenblikkelijk gevolg is dat B 'H' wordt. Deze positieve sprong wordt door de condensator doorgelaten. De ingang C van poort 2 wordt 'H', zodat de uitgang D het nulniveau opzoekt. De uitgang bestuurt een ingang van de eerste poort. Gevolg is dat de ingangspuls met een gerust geweten opnieuw 'H' mag worden. De teruggekoppelde uitgang zorg ervoor dat de uitgang van de eerste poort toch 'H' blijft. De condensator C gaat zich via de weerstand R ontladen. Op een bepaald ogenblik is de spanning op C zover gedaald, dat de tweede poort reageert. D wordt 'H'. Gevolg is dat beide ingangen van de eerste poort 'H' zijn, B wordt 'L', welke negatieve sprong op C komt. Door deze terugkoppeling wordt D zeer snel 'H'. Besluit is dat de smalle puls aan de ingang is omgevormd in een brede uitgangspuls. De breedte van deze puls wordt bepaald door het product R x C. Bij R = 1 kΩ en C = 1,2 µF is de pulsbreedte 7 ms.

Lab_tips_7400_NAND_poort_09 (© 2017 Jos Verstraten)
Twee NAND-poorten, gekoppeld via een integrator, vormen korte negatieve pulsen om in lange. (© 2017 Jos Verstraten)
Schakeling met beperkingen
Deze schakeling heeft enige beperkingen. Allereerst moet de ingangspuls van 'H' naar 'L' springen. Bovendien mag de ingangspuls niet breder zijn dan de gewenste breedte van de uitgangspuls. Is dit namelijk wel het geval, dan treden op de achterflank van de uitgangspuls oscillaties op. Dit is eenvoudig te verklaren. Als de condensator C zover is ontladen dat de tweede poort reageert, zal de onderste ingang van de eerste poort nog 'L' zijn. Gevolg is dat B 'H' blijft, waardoor de terugkoppeling wegvalt. De spanning op C wordt dan niet zeer snel negatief, zoals op het oscillogram, maar verloopt traag door de exponentiële ontlading van C. Poort twee is dan even in zijn lineaire gebied ingesteld, werkt als versterker, met als gevolg oscillaties aan de uitgang.


Een betere MMV
Een schakeling die dit euvel opheft is getekend in onderstaande figuur. In rust wordt de onderste ingang van de eerste poort door R1 op 'H' ingesteld. Een negatieve ingangspuls wordt gedifferentieerd door R1-C1, zodat slechts een zeer smalle negatieve naaldpuls de poort bereikt. De tijdconstante R2-C2 zorgt ervoor dat de uitgangsimpuls de gewenste breedte heeft. De rechter oscillogrammen bewijzen de voorbeeldige werking van de schakeling. De onderste brede ingangspuls wordt omgevormd tot een veel smallere uitgangspuls.

Lab_tips_7400_NAND_poort_10 (© 2017 Jos Verstraten)
Een alternatieve en betere monostabiele multivibrator. (© 2017 Jos Verstraten)

Alternatieve anti-dender schakeling


Drukschakelaar ontdenderen met een MMV
Deze monostabiele multivibratorschakeling is eveneens zeer goed bruikbaar om mechanische schakelaars van dender te verlossen. De reeds besproken schakeling is niet bruikbaar voor drukknoppen, omdat deze slechts zelden een omschakelfunctie hebben. Onderstaande figuur wijst de weg naar de oplossing van alle moeilijkheden. De pulsduur bepalende componenten zijn groot gekozen (150 µF), zodat de breedte van de uitgangspuls ongeveer een seconde is. Zodra de druktoetscontacten sluiten, wordt deze puls opgewekt. Alle volgende ingangspulsen, veroorzaakt door de denderende contacten, beïnvloeden de schakeling niet. Het enige waar u op moet letten is dat de schakelaar niet langer dan de duur van de uitgangspuls wordt ingedrukt, omdat anders weer oscillaties aan de uitgang ontstaan.

Lab_tips_7400_NAND_poort_11 (© 2017 Jos Verstraten)
Een MMV als denderonderdrukker voor een drukknop. (© 2017 Jos Verstraten)

De 7400 als impulsvertrager


Oplossen van coïncidentie-problemen
In uitgebreide digitale schakelingen waar allerhande impulsen vele IC's moeten doorlopen, ontstaan soms coïncidentie-problemen. Dit wil zeggen dat twee pulsen, die theoretisch gelijktijdig aan bijvoorbeeld de twee ingangen van een NAND-poort moeten verschijnen, dit in de praktijk niet doen. Dit komt bijvoorbeeld doordat de ene puls veel meer IC's heeft doorlopen dan de andere en daardoor meer is vertraagd. Om deze pulsen toch gelijktijdig aan de ingangen van de poort toe te voeren, is een tijdvertragende schakeling gewenst, die de te snelle puls afremt.

Een praktische pulsvertrager
Onderstaande figuur toont de schakeling. R1 en C1 vormen een integrator. De twee poorten zijn als schmitt-trigger geschakeld. In rust is de ingang 'L' en de uitgang eveneens. Als de ingang een puls ontvangt, wordt deze door de integrator vertraagd. Inderdaad zal C1 exponentieel van 'L' naar 'H' opladen. Het duurt dus een bepaalde tijd voor de triggerspanning van de poortschakeling is bereikt. De uitgangsspanning zal dus een welbepaalde tijd na de ingangsspanning ontstaan. De vertraging van de puls wordt bepaald door de waarde van de condensator. De duur van de uitgangspuls is afhankelijk van de grootte van R1 en eveneens van de breedte van de ingangspuls. Het zal duidelijk zijn dat u de schakeling zorgvuldig moet ontwerpen. Een puls van een microseconde breedte kunt u niet vertragen met een condensator van 1 µF! Het opladen van deze grote condensator slorpt de hele ingangspuls op, zodat geen uitgang verschijnt. De waarden van R en C moet u dus voor ieder specifiek probleem experimenteel bepalen.

Lab_tips_7400_NAND_poort_12 (© 2017 Jos Verstraten)
Een integrator en een schmitt-trigger in de rol van tijdvertrager. (© 2017 Jos Verstraten)

De 7400 als negatieve hulpvoeding


Van plus naar min
In veel schakelingen worden TTL-IC's gebruikt in combinatie met transistoren of lineaire IC's. Vaak moet u dan over een negatieve hulpvoeding beschikken om bijvoorbeeld een transistor snel te sperren of een geïntegreerde comparator te voeden. De klassieke TTL-voeding beschikt slechts over een gestabiliseerde spanning van + 5 V en een ongestabiliseerde spanning van 9 V tot 12 V. Voor deze tweede negatieve voeding, die slechts een paar mA stroom moet leveren, zou u dan een tweede trafo met voeding moeten inbouwen.

Een negatieve voeding met een 7400
In onderstaande figuur is een goedkoop equivalent voor een negatieve voeding getekend. De drie eerste NAND's vormen een oscillator, die een zeer hoge frequentie genereert. Stel dat de ingang van de eerste poort 'L' wordt. Ongeveer 10 ns later (vertragingstijd van de eerste poort) wordt de uitgang van deze poort als gevolg van de ingangsverandering 'H'. Dit hoge niveau stuurt poort twee. De uitgang van deze poort wordt weer 10 ns later 'L'. De derde poort inverteert deze 'L', maar eveneens met een vertraging van ongeveer 10 ns. De uitgang van de derde poort is rechtstreeks gekoppeld met de ingang van de eerste poort. Dertig nanoseconde na het 'L' worden van de ingang stuurt de derde poort een 'H' op de ingang. Deze 'H' doorloopt de gehele schakeling in 30 ns, waarna de ingang weer 'H' wordt. Samengevat levert deze schakeling een signaal met een periode van 60 ns, wat overeenkomst met een frequentie van ongeveer 17 MHz. Poort 4 dient als buffer. De weerstand R is verbonden met de ongestabiliseerde voedingsspanning en zorgt voor een grotere signaalamplitude. De twee condensatoren vormen samen met de dioden de algemeen bekende spanningsverdubbeling schakeling. In de rechter grafiek is de uitgangsspanning als functie van de belasting getekend. Hieruit blijkt dat de schakeling in staat is voldoende stroom te leveren voor instelling van een transistor of FET.

Lab_tips_7400_NAND_poort_13 (© 2017 Jos Verstraten)
Een negatieve hulpvoeding, samengesteld uit een VHF-oscillator, een buffer en een spanningsverdubbelaar.
(© 2017 Jos Verstraten)

De 7400 als digitale vergelijker


Een exclusieve OR
In digitale systemen komt het vaak voor dat u twee signalen met elkaar wilt vergelijken. Als deze aan elkaar gelijk zijn, dus beide 'L' of 'H', moet een schakeling worden gestuurd. Een dergelijke poortschakeling noemt met een EXOR of exclusieve OR.

Een EXOR met een 7400
De 7400 is eveneens bruikbaar voor dit soort werk. Onderstaande figuur toont de schakeling. Rechts is de waarheidstabel getekend, waaruit volgt dat de uitgang slechts dan 'L' is als beide ingangen A en B aan elkaar gelijk zijn. Voor de vier mogelijke combinaties kunt u gemakkelijk de logische werking van de schakeling nagaan. Dan zal blijken dat de poorten 2 en 3 alleen als de beide ingangen aan elkaar gelijk zijn een 'H' aan poort 4 leveren, waardoor de uitgang C 'L' wordt.

Lab_tips_7400_NAND_poort_14 (© 2017 Jos Verstraten)
Met de vier poorten uit een 7400 kunt u een digitale vergelijker maken.
(© 2017 Jos Verstraten)



(Banggood sponsor advertentie)
Koop uw ATmega328 bij Banggood