CMOS NOR Gatter in Schaltung aufnehmen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,

ich bin mir grad tierisch unsichher, ob ich nicht grad zwei IC CMOS NOR Gatter geschrottet habe.

Also habe eine einfache Schaltung mi zwei Schaltern und einer LED.
Habe an den VDD des IC 3V gegeben und den VSS mit dem - Verbunden.

… jetzt müsste doch auf allen ausgängen ein Signal von min 3V anliegen
soweit so gut

Jetzt ist miene Frage wie errechne ich den Wiederstand den ich an dem Out bringen muss, dass mir der IC net durchbrennt aber die LED noch leuchtet.

der IC wäre dieser(4001B): http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1500…

Hab zwar iner Literatur nachgelesen und nochmal ins Vorlesungsscript gesehn, leider ohne sonderlichen Erfolg.

Danke für EURE Hilfe ^^

MFG DK

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Logik-Gatter nicht für LED geeignet
Hallo DK,

ob die Gatter noch funktionieren, testest Du am besten erst einmal ohne dass etwas an den Ausgängen angeschlossen ist.
Die NOR-Gatter des 4001 geben am Ausgang einen LOW-Pegel aus, wenn einer oder beide Eingänge HIGH sind. Nur wenn beide Eingänge auf LOW-Pegel sind, schaltet der Ausgang auf HIGH.

Zum Test jedes einzelnen Gatters, setze also jeweils beide Eingänge auf HIGH und dann auf LOW. Am Ausgang muss dann im ersten Fall LOW, und dann HIGH-Pegel erscheinen.
Sollte dies nicht der Fall sein, dürfte das Gatter kaputt sein.

Die Gatter sind nicht dafür ausgelegt, eine handelsübliche LED mit 10mA bis 20mA Strombedarf anzusteuern. Bei 15V Betriebsspannung können maximal 8,8mA geliefert werden, bei 5V nur 0,88mA!

Schalte also einen Kleinsignal-MOSFET an den Ausgang des NOR-Gatters, z.B. den BSS138 (N-KANAL-MOSFET im SOT-23 Gehäuse, schafft 200mA, bei maximal 50V Drain-Source Spannung).
das GATE (Basis) des MOSFET schaltest Du direkt an den Gatter-Ausgang, an den Drain-Anschluss (Kollektor) des MOSFET schaltest Du die Kathode der LED, an die Anode der LED schaltest Du einen Vorwiderstand, und nach dem Vorwiderstand gehst Du an + Ub. Den Source (Emitter) Anschluss des MOSFET schaltest Du an GND, Minus oder Masse.

Die Größe des Vorwiderstandes berechnet sich anhand der Betriebsspannung, der LED-Durchflussspannung und dem erforderlichen LED-Strom.

Hier die Berechnung des Widerstandes:
Ansatz: Ohm´sches Gesetz: R = U/I
Formel für den Vorwiderstand: R = (Ub - ULed)/ILed

die Buchstaben in dieser Formel bedeuten folgendes:
R = gesuchter Vorwiderstand in OHM
Ub = Betriebsspannung der Gatter in Volt
ULed = Durchflussspannung der LED in Volt
ILed = Strom durch die LED in Ampere
Der Durchlasswiderstand des MOSFET wird bei dieser Berechnung nicht berücksichtigt, da er höchstens 3 Ohm beträgt und somit nicht in´s Gewicht fällt.

Beispiel:
Gegeben: Ub = 12V; ULed = 2,2Volt; ILed = 0,02A (= 20mA)
Lösung: R = (Ub - ULed)/ILed
Werte eingesetzt: R = (12V - 2,2V)/0,020A
R = (9,8V / 0,02A) = 490 Ohm
Ergebnis: Der Vorwiderstand beträgt 490 Ohm. Der nächstliegende Normwert beträgt 470 oder 510 Ohm. Es wird der 510 Ohm-Typ gewählt, da die LED auch bei etwas weniger als 20mA volle Helligkeit hat.

Gruß,
Hilarion

ich bin mir grad tierisch unsichher, ob ich nicht grad zwei IC
CMOS NOR Gatter geschrottet habe.

wie errechne ich den Wiederstand den ich
an dem Out bringen muss, dass mir der IC net durchbrennt aber
die LED noch leuchtet.

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Hallo DK

Du hast ein paar Probleme, welche zum Teil schon von meinem Vorredner angesprochen wurden.

  • CMOS Bausteine sind nicht in der Lage, an ihren Ausgängen eine LED (noch nicht mal eine Low Power LED) zu treiben. Du musst das Ausgangssignal also verstärken.

  • CMOS-Bausteine der 4000er Familie sind mit 3V Betriebsspannung schon an ihrer absoluten unteren Grenze. Wenn jetzt Deine Batterie durch Entladung noch ein bisschen nachlässt, ist Das Arbeiten mit diesen Bausteinen unsicher. Wenn Du aus irgend einem zwingenden Grund unbedingt mit 3V arbeiten musst, ist es besser, auf die CMOS-Logikfamilie 74HC… umzusteigen. Diese ICs arbeiten mit einer Betriebsspannung zwischen 2V und 6V. Dein Baustein wäre der 74HC02 (Achtung! Andere Pinbelegung beachten).

  • wenn Du mit einer Betriebssopannung von weniger als 5V arbeitest, so ist ein FET als Ausgangsverstärker ungünstig, da FETs zum Durchsteuern in der Regel einen Spannungshub von etwa 5V am Gate benötigen. Bei Betriebsspannungen ab 2V kannst Du einen NPN-Kleinsignaltransistor, z.B. den BC547B oder äquivqlent, verwenden. Dabei schaltest Du zwischen Basis des Transistors und Ausgang des ICs einen Widerstand, der Emitter kommt an Masse und die LED mit ihrer Kathode an den Kollektor. Die Anode der LED kommt über einen Strombegrenzungswiderstand an die positive Betriebsspannung.

Anhaltspunkte für die Dimensionierung der Widerstände:
Wenn wir davon ausgehen, dass der Transistor mindestens einen Stromverstärkungsfaktor von 100 hat (jeder Wald- und Wiesentransistor der BC107-Familie hat mehr) und wir die LED mit 10mA betreiben wollen, so muss der Basisvorwiderstand so ausgelegt werden, dass er bei [Betriebsspannung minus 0,7V] noch mindestens 100µA fließen lässt (Ohmsches Gesetz ist Dir bekannt?) und der Strombegrenzungswiderstand muss bei [Betriebsspannung minus 0,3V minus der Brennspannung der LED] noch 10mA fließen lassen. Die 0,3V sind die Collektor-Emitter-Spannung des Transistors im durchgesteuerten Zustand. Die Brennspannung der LED ist vom Material (der Farbe) der LED abhängig und muss notfalls gemessen werden.

Viel Erfolg
merimies