erstellt  13.08.2012
Schmitt-Trigger mit CMOS 4093
Einfache Taktgeneratoren oder Impulsgeber stellt man mit wenigen Bauteilen mittels eines CMOS  4 Fach Schmitt Trigger her,als Beispiel hier ein Tongeber
Mit nur einem von vier  beinhalteten Gatter ( Vom Gatter spricht man wenn innerhalb eines IC's mehrer gleiche Bauteile enthalten sind ,dann bezeichnet man jedes einzelne Bauteil als 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 und einen Ausgang, das Zeichen im Gatter soll eine Schalthysterese darstellen und Symbolisiert uns das es sich um einen Schmitt Trigger handelt., und der kleine Punkt oder Kreis am Ausgang Symbolisiert das dass Ausgangs Signal um 180° verdreht ist 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 , jetzt 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 anhand 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 0 . In der Zweiten Zeile werden die Eingänge beide auf 0 gelegt somit besitzt der Ausgang eine 1 usw........



Wahrheitstabelle
Eingang 1
Eingang 2
Ausgang 3
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
Funktion der Schaltung
Unten  sehen wir nun den Aufbau des kompletten Taktgeber der nur aus drei Bauteile besteht einmal das Gatter des 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.

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Unten sehen wir einen zweiten Taktgeber wozu wir ein weiteres Gatter im IC benutzen und darunter  sehen wir die beiden Ausgangssignale mit einen Oszilloskop aufgezeichnet







Jetzt können wir mit dem Ausgang des ersten Taktgebers den Eingang des Zweiten Taktgeber steuern.Ob es in diesem Fall einen Sinn macht ist völlig unwichtig, es geht nur darum aufzuzeigen welche Möglichkeiten wir mit dem einen IC haben.



Der Ausgangsstrom an den meisten CMOS IC's beträgt etwa 10 mA , 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.





aktualisiert 30.07.2018
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