TRANSIENT-PULSE-CONVERTER

Ein TRANSIENT-PULSE-CONVERTER? Was kann das wohl sein? Es ist eine Schaltung, die mit Hilfe eines Rechteck-Signalgenerators dazu dient, mit Impulsen digitale Schaltungen zu testen. Aber beginnen wir damit, was eine Transiente ist. Es gibt unterschiedliche Erklärungen. Die häufigste Vorstellung ist die der steilen Flanke von einem Impuls, jedoch keinesfalls die langsame Auf- oder Entladung eines Kondensators. Aber wieso eigentlich nicht, weil transient hat einfach nur etwas mit Durchschreiten zu tun. Eine Spannung, beginnend von einem fixen Spannungswert (z.B. GND) zu einem andern (z.B. +5V) oder in umgekehrter Richtung, ist eine transiente Spannung. Die lateinische Sprache leitet den Begriff Transiente von transire ab, und dies bedeutet so viel wie durchqueren oder durchziehen. Dies trifft auch auf Bild 1 zu. Mit einer Zeitkonstante von 1s wird der Kondensator auf- und entladen. Die ansteigende und die fallende Flanke an Ua sind Transienten. Ebenso natürlich die steilen Flanken der Rechteckspannung an Ue. Der TRANSIENT-PULSE-CONVERTER ist prinzipiell nichts anderes, als aus einer ansteigenden oder fallenden Spannungsflanke (Transiente) einen Impuls zu erzeugen und dazu benötigt man z.B. ein Monoflop, wie dies Bild 2 zeigt. Der Impuls selbst besteht natürlich aus zwei Spannungsflanken (Transienten).

Bild 3 zeigt zwei Arten von Monoflops. Zum leichteren Verständnis sind diese beiden Monoflops quasidikret mit HCMOS-Gatter und HCMOS-Inverter realisiert und im Minikurs entsprechend erklärt. Es hat damit zu tun, dass die eine Schaltung als Monoflop und die andere als One-Shot bezeichnet wird, obwohl beide (fast) das selbe tun. Im übertragenen Sinne geben sie auf einen Knopfdruck (Trigger, Auslöser) einen Schuss (Impuls) ab. Trotzdem besteht zwischen den beiden Schaltungen ein funktioneller Unterschied, der je nach Anwendung eine wichtige Bedeutung haben kann.

Die Schaltung des TRANSIENT-PULSE-CONVERTER, mit einigen Zusatzfunktionen, ist das Produkt aus der Zeit, als die TTL-Logik von grosser Bedeutung war. Diese Schaltung ist beschrieben und nachbaubar. Die LS-TTL-ICs sind noch alle erhältlich, evaluiert in drei Elektronik-Distributoren. Bild 3 zeigt den One-Shot mit HCMOS-ICs. Der One-Shot in HCMOS eignet sich für den Ersatz des TTL-Monoflop 74LS221 mit dem Vorteil, dass die minimal einstellbare Impulszeit 20 ns statt 40 ns beträgt. Es liegt beim interessierten Leser anstelle einfach nur nachzubauen, selbst die ganze Schaltung in HCMOS zu modernisieren.

Bild 4 zeigt wie einfach eine Logik-Pegel-Wandlung sein kann vom ausgangsseitigen TTL- oder HCMOS-Logikpegel zur noch moderneren LVCMOS-Logik (+Ub = 3.3 VDC). Beim TTL-Ausgang geht’s sogar mit nur einem Widerstand (Teilbild 4.1). Diese innere TTL-Schaltung eines Inverters (7404) bietet dem modernen Azubi und Studenten einen kurzen Einblick in einen Teil des digitalen Elektronik-Alltag der 1970er-Jahre. Ab 1980 begann das Zeitalter des CMOS.

Viel Spass und Gruss vom
ELKO-Thomas


EXOR-Logik mit IC oder Transistoren (BJT) – Überwachung von Motorrad-Lampen

Auslöser dieses neuen Elektronik-Minikurses für die Rubrik „DIGITALE SCHALTUNGEN: GRUNDLAGEN, KLEINE ANWENDUNGEN“ war der Wunsch eines Motorradfahrers auf dem Anzeigeboard mit nur einer zusätzlichen LED zu erkennen, ob das Abblendlicht des Scheinwerfer oder/und die linke oder rechte Blinklampe aktiv ist. Das funktioniert recht einfach mit dem Einsatz einer Exklusive-Oder-Schaltung, auch EXOR oder einfach nur XOR genannt. Dies veranlasste mich zunächst die Eigenschaft des XOR-Gatter zu fokussieren und da fiel mir auf, dass es bei den intergrierten AND-, NAND-, OR- und NOR-Gatter solche ICs gibt mit mehreren Eingängen, jedoch nicht bei XOR- und XNOR-Gatter. Da gibt es nur Gatter mit zwei Eingängen. Der Grund ist der, dass ein XOR oder XNOR mit nur schon drei Eingängen nicht zu 100 % richtig arbeitet. In der Einleitung wird dies thematisiert.

Im nächsten Schritt befassen wir uns mit der gestellten Aufgabe und der XOR-Logik. Es wird kurz gezeigt, wie ein XOR-Gatter mit vier NAND-Gatter realisiert wird und wie ein XOR-Gatter auch als steuerbarer Inverter nützlich sein kann. In den folgenden Kapiteln werden zwei Schaltungsvarianten vorgestellt. Die eine Variante mit dem Einsatz eines CMOS-IC mit vier XOR-Gatter, von dem zwei verwendet werden. Die alternative Variante ist eine diskrete XOR-Schaltung mit vier Transistoren (BJT). Diese Schaltung ist vor allem für höhere Betriebsspannungen geeignet, wenn man nicht extra eine Spannungsstabilisierung einsetzen will.

Im Auto oder Motorrad gibt es signifikante Störungen die mit Überspannungen behaftet sind. Dazu untersuchen wir eine Test-Applicationnote von SGS-Thomson und verwenden diese als Referenz zur Realisierung einer Schutzumgebung für die beiden XOR-Schaltungen. Bei der CMOS-Variante ist natürlich der Latchup-Effekt ein Thema.

Ganz am Schluss folgt der Hinweis, dass es für den Selbstbau an Mopeds, Motorräder oder Autos gesetzliche Bestimmungen gibt, worüber man sich vorsichtshalber informieren sollte…

Gruss Euer
ELKO-Thomas