Schmitt-Trigger mit Transistoren

Bei dieser Schaltung handelt es sich um eine Transistor-Schaltung mit zwei Schaltschwellen. Gemeint ist, dass der Ausgang bei unterschiedlichen Eingangsspannungen umschaltet. Unter Elektronikern ist so eine Schaltung auch als Schmitt-Trigger oder Komparator mit Hysterese bekannt. Mit Hysterese ist gemeint, dass der Schmitt-Trigger unterschiedlich definierte Schaltschwelle hat, um in Abhängigkeit der Eingangsspannung die Ausgangsspannung umzuschalten.

• Schmitt-Trigger (mit OPV)

Normalerweise denkt man bei einem Schmitt-Trigger oder Komparator an eine Schaltung mit einem Operationsverstärker. Und auch mit einem NE555 oder CD4093 lässt sich ein Schmitt-Trigger als Schaltung bauen. Weniger bekannt ist, dass ein einfacher Schmitt-Trigger schon mit zwei Transistoren und ein paar Widerständen realisierbar ist. Es muss also nicht immer ein integrierter Schaltkreis (IC) sein.

Während ein Transistor als Schalter nur eine Schaltschwelle hat, bei der der Transistor leitend oder nicht leitend wird, hat der Schmitt-Trigger zwei definierte Schaltschwellen. Bei der einen Schaltschwelle schaltet die Ausgangsspannung erst dann um, wenn die Eingangsspannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Das erneute Umschalten erfolgt aber nicht an der selben Schwelle, sondern erst beim zweiten Schwellenwert. Dadurch wird ein ungewolltes Hin- und Herschalten verhindert, wenn die Eingangsspannung kleine Schwankungen aufweisen kann.

Ein Schmitt-Trigger wird oft verwendet, um aus einem verrauschten analogen Signal ein sauberes digitales Signal zu erzeugen. Ein Schmitt-Trigger eignet sich auch für die Signalaufbereitung und wird deshalb häufig als Eingangsstufe in digitalen Verarbeitungsschaltungen verwendet (z. B. CD4093, NAND mit Schmitt-Trigger-Eingängen).

Als Eingangsbeschaltung eignen sich verschiedene Spannungsteiler aus variablen Widerständen und Festwiderständen.
In dieser Schaltung wird ein Potentiometer als Spannungsteiler verwendet. Es dient nur dazu, um zwischen den Schaltschwellen manuell umschalten zu können.

Liste

• TRS1: Transistor, PN2222
• TRS2: Transistor, PN2222
• P1: Potentiometer 103, 10 kOhm
• R1: Metallfilm-Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot-Braun)
• R2: Metallfilm-Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun-Braun)
• R3: Metallfilm-Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot-Braun)
• R4: Metallfilm-Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot-Braun)
• R5: Metallfilm-Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun-Braun)
• LED1: Leuchtdiode, rot oder eine andere Farbe
• LED2: Leuchtdiode, grün oder eine andere Farbe

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Transistor
• Potentiometer (Poti)
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Leuchtdiode LED1

Die Leuchtdiode LED1 hat in dieser Schaltung keine Funktion. Man kann sie auch weglassen und den Widerstand R1 direkt mit VCC verbinden. Die Leuchtdiode LED1 ist nur deshalb interessant, weil man dabei sehen kann, wie sich der Transistor TRS1 im Vergleich zum Transistor TRS2 verhält.

Leuchtdiode LED2

Die Leuchtdiode LED2 mit dem Vorwiderstand R5 haben in dieser Schaltung keine wirkliche Funktion. Sie dienen nur zur Anzeige des Ausgangszustands der Schaltung. Man könnte auch einfach einen Spannungsmesser an MP2 anschließen.
Zu beachten ist, dass die LED2 umgekehrt zum Ausgangszustand der Schaltung leuchtet.

Widerstand R2

Mit dem Widerstand R2 stellt man die Schaltschwelle ein, die zum Einschalten der LED2 führt. Verkleinert man den Widerstand R2 auf einen Wert von zum Beispiel 1 kOhm, dann schaltet die LED2 bei einer kleineren Spannung ein. Gleichzeitig schaltet sich die LED2 auch bei einer kleineren Spannung wieder aus. Mit dem Widerstand R2 beeinflusst man also beide Schaltschwellen.

Potentiometer P1

In dieser Schaltung wird das Potentiometer P1 verwendet, um zwischen den Schaltschwellen manuell umschalten zu können. Dazu dreht man das Potentiometer mehrmals nach links und rechts und beobachtet die beiden Leuchtdioden. Die LED1 ist dabei grundsätzlich erstmal uninteressant.

Dreht man das Potentiometer, dann schaltet man damit die LED2 ein und aus. Dabei kann man feststellen, dass die Stellung des Potentiometers beim Ein- und Ausschalten der LED2 jeweils unterschiedlich ist. Es existieren zwei unterschiedliche Schaltschwellen. Das ist der Unterschied zu einem normalen Transistor als Schalter, der nur eine Schaltschwelle hat.

Die unterschiedlichen Schaltschwellen kann man mit einem Spannungsmesser an MP1 messen.