Taktgeber - Herzschrittmacher der Elektronik
Materialbedarf
Anz. | Bezeichnung | Datenblatt |
1 | Batterie/Spannungsquelle 9V | |
1 | CMOS-IC 4060 |
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1 | CMOS-IC 4069 |
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2 | Widerstand 470 Ohm | |
1 | Widerstand 10 kOhm | |
1 | Widerstand 47 kOhm | |
1 | Elektrolytkondensator 10 µF/16V | |
2 | Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm |
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Grundlagen
Bei größeren digitalen Schaltungen benötigt man sehr oft eine Schaltung, die einen gewissen Takt vorgibt. Bekanntestes Beispiel ist hier wohl wieder der heimische PC. Hier wird unter anderem ein Takt benötigt, damit der Prozessor arbeiten kann. Die Taktfrequenz dort befindet sich heutzutage gut im GHz-Bereich, also über 1 Milliarde Taktimpulse pro Sekunde.
Digitale Schaltungen benötigen in der Regel erheblich kleinere Frequenzen. Meist werden Taktquellen für Zähler o.ä. benötigt. Man denke da z.B. an eine Digitaluhr. Diese kommt schon mit 1 Hz aus.
Nun könnte man sich ja einfach eine astabile
Kippstufe zusammen bauen, wie sie in
Astabiler Multivibrator - Eine unruhige
Schaltung beschrieben ist. Diese Schaltung hat aber einen
entscheidenden Nachteil. Digitale Schaltungen benötigen Signale, die sehr
schnell von einen Zustand in den anderen wechseln. Astabile Multivibratoren
jedoch liefern eher 'fließende' Übergänge. Man müsste erst das Ausgangssignal
mit Hilfe weiterer Schaltungen für die Digitalschaltung aufbereiten. Dies wäre
ein ziemlicher Aufwand.
Besser geeignet sind da Taktgeber die auf einem
NE555 aufgebaut sind. Dieses IC
liefert ein sauberes Rechtecksignal und ist zudem noch sehr universell
einsetzbar (Siehe hierzu
NE555 - Der Herr der Zeiten).
Dies erfordert aber eben den Einsatz eines 'fremden' Bauteils in der
Digitalschaltung.
Ein Inverter schwingt
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Hier kann man sich leicht vorstellen, dass diese Schaltung unwahrscheinlich schnell schwingt. Unter Umständen hat man hier sogar einen kleinen Radiosender. Man muss also dafür sorgen, dass sich die Ausgangsänderung nicht sofort auf den Eingang zurückgeführt wird. Hierzu ergänzen wir nur einen Kondensator und ein Ladewiderstand. |
Die dritte Inverterstufe dient im Grunde nur als Verstärker für die Leuchtiode D1. Beim anlegen der Spannung blinkt hier die LED. Ändert man ein wenig die Werte von C1 oder R1, kann man andere Frequenzen erzeugen. |
Nun kann sich der Kondensator allmählich über den Widerstand R1 aufladen. Die Spannung am Kondensator steigt solange, bis die Schaltschwelle des 1. Inverters erreicht ist. |
Nun beginnt das ganze Spiel von vorne. |
Unterschiedliche Puls-/Pausenzeit
Mit der nebenstehenden Schaltung haben wir ein kleines Blitzlicht gestaltet. Anstelle von R2/R3 kann man auch einen (Trimm-)Potentiometer einsetzen. Damit lässt sich dann die Puls-/Pausenzeit des Taktgebers individuell variieren. |
Taktgeber kompakt
Eines dieser Schaltkreise ist der 4060. Hier befinden sich neben der uns schon bekannten Inverterstufen, noch eine Teilerkette, die den abgegeben Takt mehrfach teilt.
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Diese sorgt nun dafür, dass unsere Leuchtdiode nur bei jedem 8. Takt den Zustand wechselt. Der Ursprungstakt wird hier durch 3 FlipFlop-Stufen geteilt. Damit wir die LED trotzdem noch schnell genug blinken sehen, wurde hier der Widerstand erheblich verringert. Wer dies einmal überprüfen möchte, kann den eigentlichen Takt an Pin 9 (Ctc) abgreifen. Dieser muss dann aber noch verstärkt werden. |
Wer jetzt den Takt von D2 mitzählt, wird schnell feststellen, dass D1 bei jedem 8. Takt den Zustand wechselt. Aber, warum gerade 8? Der Takt wird hier durch 3 FlipFlop-Stufen geleitet. Die erste Stufe teilt den Takt durch 2. Dieser Takt wird durch die 2. Stufe nochmals durch 2 geteilt. Dies ergibt dann 4. Die dritte Stufe halbiert den Takt wiederum. Somit haben wir hier eine Teilung durch 8. |