Als Beispiel hier ein Tongeber.
Mit nur einem von vier beinhalteten Gatterbeim Baustein 4093
(Vom Gatter spricht man wenn innerhalb eines IC's mehrer gleiche Bauteile
enthalten sind ,dann bezeichnet man jedes einzelne Bauteil als ein Gatter)
stellt man kostengünstig und schnell einen Taktgeber her .
Der Vorteil dieser Schaltung liegt im geringen Anschaffungspreis und in den wenigen Bauteilen und des sehr
geringen Stromverbrauches.
Nachteil:
Die Taktfrequenz verändert sich mit der Höhe der angelegten Betriebsspannung.
Diese "Cmos Schmitt Trigger" haben einen sehr hohen Eingangswiderstand und sind damit sehr empfindlich ,
bedingt durch den hohen Eingangswiderstand benötigen sie ein sehr kleinen Strom und schonen damit jede Batterie.
Um die Funktion zu verstehen betrachten wir als erstes die Funktion eines einzelnen Gatter.
So ein Gatter besitzt in unserem Fall
zwei Eingänge ( 1 und 2) und einenAusgang ( 3 ) , das Zeichen im Gatter stellt eine Schalthysterese dar
und Symbolisiert uns das es sich um einen Schmitt Trigger handelt.
Der kleine Punkt oder Kreis am Ausgang Symbolisiert
dass das Ausgangs Signal um 180° verdreht ,quasi Seitenverkehrt ist.
In der Fachsprache spricht man von Negiert oder Invertiert.
Zu allen Digitalen IC's , sei es die altbekannte 74 Reihe mit beispielsweise
SN7400 , SN 7402 ........usw. oder allen 40 er ICs z.B. 4011 , 4013 usw.
gibt es sogenannte Wahrheitstabellen anhand derer man die Funktion der einzelnen Gatter erkennnen kann
Jetzt mag der eine oder andere denken nun wird es ein wenig kompliziert, das ist keineswegs so, im Gegenteil ,
wenn man weiß was eine Wahrheitstabelle ist und wozu sie dient ist man in der Lage jedes einzelne Digital IC
an hand dieser Tabelle zu verstehen.
Betrachten wir die Wahrheitstabelle des CMOS 4093 so sehen wir die zwei Eingänge und den Ausgang.
Eine 1 bedeutet Plus liegt an und eine Null bedeutet Minus liegt an.
Man spricht von 0 und 1 oder Minus und Plus nur um die Sache zu vereinfachen und zu vereinheitlichen,
genau genommen ist eine Null der genau definierte Spannungsbereich im unteren Drittel der Betriebsspannung,
und eine Eins ist der Bereich des oberen Drittel der Betriebspannung .
Bei einer Betriebsspannung von 10 Volt würde somit alles im Bereich von 7 bis 10 Volt eine 1 bedeuten und alles im Bereich von 0 bis 3 Volt eine 0
Somit haben wir pro Eingang zwei Zustande die vorhanden sein können , insgesamt also 4 Zustände.
Den ersten Zustand sehen wir in Zeile 1
der Tabelle, da erkennen wir das an beiden Eingänge eine 1 anliegt.
Bei dieser Konstellation zeigt der Ausgang eine Null .
In der Zweiten Zeile werden die Eingänge beide auf 0 gelegt somit besitzt der Ausgang eine 1 usw........
Wahrheitstabelle
| Zeile |
Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang 3 |
| 1 |
1 | 1 | 0 |
| 2 |
0 | 0 | 1 |
| 3 |
1 | 0 | 1 |
| 4 |
0 | 1 | 1 |
Funktion der Schaltung
Schmitt Trigger und einen Kondensator mit Widerstand der als Zeit bestimmendes Glied fungiert.
Bei der unten abgebildeten Konstellation kommen wir in etwas auf einen Takt von 2 Hz,
ändern wir den Kondensator auf 0,47 uF ab so ändert sich die Frequenz auf ca 0,44 Hz
und bei einer Kapazität von 1 uF kommen wir auf 0,2 Hz.
Natürlich kann auch der Widerstand geändert werden um ganz andere Frequenzen zu erzeugen.
Am Anfang also direkt nach dem Einschalten der Betriebsspannung haben wir Plus am Pin 1 anliegen also ein Eingang des Gatters besitzt die Logik 1 ,
der andere Eingang ist über den Kondensator mit Minus verbunden und da dieser nicht aufgeladen ist haben wir am Pin 2 des IC's
also am anderen Gatter-Eingang eine 0 anliegen.
Nun sehen wir in der Wahrheitstabelle nach , so sieht man in Zeile 3 und auch in Zeile 4 das wenn jeweils eine Eins und auch eine Null anliegen
der Ausgang stehts 1 ist also Plus Pegel führt.
Wenn der Ausgang jetzt Pluspegel führt wird der Kondensator langsam über den Widerstand aufgeladen somit steigt die Spannung am Kondensator
und somit gleichzeitig am Eingang des Gatters bis auch an diesem ein 1 anliegt.
Sehen wir nun in der Tabelle was passiert wenn an beiden Gatter-Eingänge eine 1 anliegt stellen wir in Zeile 1 fest das dann der Ausgang gleich 0 ist,
somit entlädt sich der Kondensator bis der Eingang wieder Null führt und der Vorgang beginnt von neuen.
.
Ob es in diesem Fall einen Sinn macht ist völlig unwichtig, es geht nur darum aufzuzeigen welche Möglichkeiten
wir mit dem einen IC haben.
Bei den verwendeten Bautteilen haben wir bei wechselnder Betriebsspannung folgnede Frequenzen:
| Betriebsspannung |
Pin 3 |
Pin4 |
| 5V |
2,5Hz |
25Hz |
| 8V |
1,4Hz |
14 Hz |
| 12V |
1 Hz |
10Hz |
das reicht gerade um eine Led zu steuern, sollen aber größere Lastströme verarbeitet werden ,
schalten wir noch einen CMOS Transistor hinterher.
Hier wurde der Transistor IRF510 verwendet weil der gerade vorrätig war, es kann natürlich jeder baugleiche benutzt werden.
Somit sind ohne weiteres und ohne großen Aufwand Ströme bis zu mehreren Ampere schaltbar.
Hier wurde anstatt eines Lautsprecher eine Leuchtdiode am Ausgang angeschlossen.