Logikpgelwandler-Impulsgenerator – Elektronik-Kompendium.de

Dieser Elektronik-Minikurs zeigt einerseits was man tun kann, wenn man alte Digitaltechnik in TTL mit CMOS kombinieren will und anderseits gibt es dem heutigen Azubi und Studierenden im Bereich der Elektrotechnik einen gewissen Einblick in eine Digitaltechnik, die vor dem Aufkommen der CMOS-Technologie hochaktuell war. Es gibt aber noch weitere Vorteile…

In den Zeiten als man digitale Schaltungen mit TTL-ICs realisierte, hatte man für den Test einen Impulsgenerator mit ausreichend hoher einstellbaren maximalen Frequenz, sowie einstellbare Impulsamplitude und einstellbarem Tastgrad. Oder man hatte einen Funktionsgenerator, der dies auch kann und zusätzlich noch Sinus- und Dreieckspannungen erzeugte für Tests an analogen Schaltungen. Solche Geräte waren damals teuer und deshalb musste man sich gut überlegen, ob es sich nicht lohnt, für ein Test- oder Praktikumlabor, eigene kleine Impulsgeneratoren in einfacher Ausführung zu realisieren, die einzig dem Zweck dienen, TTL-Schaltungen zu testen oder zu demonstrieren. Es geht dabei um das Taktsignal, den Clock. Oft genügte eine maximale Frequenz von 1 MHz.

Oder es gab die Situation, dass man zum Testen analoger Schaltungen genügend Sinusgeneratoren hatte, jedoch gab es nur ein paar wenige Impulsgeneratoren, die es auf nur wenige 100 kHz brachten. Wollte man analog/digitale Mix-Schaltungen testen, genügte der Sinusgenerator, aber der Impulsgenerator nicht. Also war die Situation klar, man baute kleine TTL-Taktgeneratoren mit entsprechend geringem Aufwand.

Als 1980 das Jahrzehnt des CMOS begann (Proklamation von MOTOROLA) änderte sich allmählich die Szene. Es kamen digitale CMOS-Schaltkreise, je länger desto häufiger, zum Einsatz. Diese haben den immensen Vorteil sehr sparsam zu sein, weil CMOS-Schaltreise im taktfreien Zustand, je nach Beschaltung, praktisch keine Leistung benötigen. Die Leistung ist nur noch abhängig von der Taktfrequenz. Es entstanden auch analoge CMOS-Schalter, die von der digitalen CMOS-Logik gesteuert werden. Damit man für den Test solcher Schaltungen die selbst gebauten einfachen Impulsgeneratoren weiterhin benutzen konnte, baute man so genannte TTL-CMOS-Converter, welche den Pegel von TTL nach CMOS anpassen.

Mehr dazu in diesem neuen Elektronik-Minikurs, der zeigt, dass man solche Schaltungen auch für andere Pegelanpassungen und Projekte verwenden kann. Dazu kommt, dass im Falle einer diskreten Eingangsstufe mit Transistor (BJT) noch etwas zum Thema Miller-Effekt vermittelt wird. All dies sehr praxisbezogen. Man kann alles sofort auf einem Testboard nachvollziehen. Eine Testmethode mit sehr grossem Lern- und Erfahrungseffekt.

TTL-CMOS-Converter

Gruss Euer
ELKO-Thomas

Ein Logikpegelwandler wandelt die Spannung eines Logikpegels in einen Logikpegel mit einer anderen Spannung. Ein Beispiel wäre die Wandlung eines TTL-Signals, mit der typischen Betriebsspannung des TTL-IC von +5 VDC, zu einem CMOS-Logiksignal der IC-Familien MC14xxx bzw. CD4xxx, mit einer möglichen Betriebsspannung des IC von +12 VDC. Möglich, weil man diese CMOS-Familien zwischen +3 VDC und +15 VDC speisen kann. Oder auch das Umgekehrte ist möglich, naemlich, wie man aus einem bipolaren oder unipolaren Signal mit höherer Spannung ein unipolares Signal mit niederiger Spannung, z.B. TTL-Pegel oder 5 V für ein HCMOS/ACMOS-IC, erzeugt.

Was vermittelt links die symbolhafte Skizze? Sie deutet an worum es in diesem Elektronik-Minikurs geht. Nach einer kurzen allgemeinen Einführung, wird in drei Bildern mit Text gezeigt, wie man mit wenig schaltungstechnischem Aufwand diskrete Logikpegelwandler mit Transistoren realisieren kann. Es mag sich der eine oder andere fragen, ob das denn Sinn macht? Ja, hier im ELKO tut es das. Es geht ja auch immer wieder darum, dass u.a. dem Azubi vermittelt wird, wie man mit einzelnen Transistoren und ein paar passiven Teilen so etwas realisiert. Sich mit so etwas auseinander zu setzen lohnt sich auch dafür, wenn es bei einem Projekt angebracht ist, ein Teil des Innenlebens eines IC (Komparator, Opamp) zu studieren, weil man etwas ganz Bestimmtes verstehen will.

Danach nehmen wir, zur Realisierung von Logikpegelwandlerschaltungen, den altbekannten, preiswerten und relativ schnellen Komparator LM319 (Dual-Comparator) unter die Lupe. Es gibt noch einen andern Komparator, der ebenso altbekannt und preiswert, jedoch eher langsam ist, dafür aber sehr wenig elektrische Leistung verbraucht. Es ist der LM339 (Quad-Comparator). Dieser Komparator hat eine wichtige Besonderheit. Die Transistorstufe am Eingang des Komparator besteht aus PNP- und nicht aus NPN-Transistoren, wie beim LM319. Wozu das gut sein kann und bekannt sein sollte, erfährt man mit einer praktischen Schaltung.

Dieser Elektronik-Minikurs geht auch etwas abseits von den gewohnten Pfaden. Jeder der die sogenannten Analog-Switches, fachgerechte Bezeichnung MOSFET-Transmissions-Gates, kennt, weiss wozu es sie gibt. Eben, wie die Bezeichnung schon sagt, um analoge Signale zu schalten. Da es mit diesen ICs aber möglich ist, analoge AC-Signale und DC-Signale bis in den unteren MHz-Bereich zu schalten, ist es ebenso möglich eine Impulsendstufe mit variabel einstellbaren Amplituden, bis in diesen Frequenzbereich, zu realisieren. Wie das auf einfache Weise realisiert werden kann, wird hier gezeigt.

Ursprünglich baute ich so etwas für viele Kanäle zur Untersuchung von SC-Filterschaltungen, in einer Zeit als diese Bauteile auf dem Markt erst vereinzelt „auftauchten“. Die Schaltung hier ist ein Derivat davon, allerdings mit einem z.Z. modernen IC.

Vom Logikpegelwandler zum Impulsgenerator (Endstufe)