Einfacher Taktgenerator mit IC CD4093 (NAND)

Diese Schaltung ist ein einfacher LED-Blinker mit dem CMOS-IC CD4093. Das IC CD4093 enthält vier NAND-Gatter mit je zwei Schmitt-Trigger-Eingängen.
In dieser Schaltung wird ein Gatter des CD4093 mit einem Kondensator und einem Widerstand zu einem astabilen Multivibrator zusammengeschaltet, wodurch ein Wechselsignal am Ausgang entsteht und die Leuchtdiode blinkt.

Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 bestimmen die Frequenz des Signals. Der Kondensator C1 lädt und entlädt sich über den Widerstand R1. Über die Rückkopplung durch den Widerstand R1 vom Ausgang auf den Eingang lädt und entlädt sich der Kondensator in Abhängigkeit des Ausgangssignals. Auf diese Weise gibt der Ausgang abwechselnd ein HIGH- und LOW-Signal aus. Deshalb geht die Leuchtdiode abwechseln an und aus. Bei einem HIGH-Signal fließt ein Strom durch die Leuchtdiode. Bei einem LOW-Signal nicht.

Diese Schaltung funktioniert selbstverständlich auch ohne das zweite NAND-Gatter. Es wird hier verwendet, weil beim ersten Gatter die Beschaltung dessen Ausgangs auf den Eingang wirkt. Weil wir das Taktsignal in dieser Schaltung mit einer LED sichtbar machen, dient das zweite NAND-Gatter als Verstärker oder Treiber für das Ausgangssignals des ersten Gatters.

Liste

• IC1: CMOS-IC 4093 (z. B. CD4093)
• D1...8: LED-Leiste (oder LED mit Vorwiderstand)
• R1: Widerstand, 10 kOhm (4 Ringe: Braun-Schwarz-Orange-Gold)
• C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF

Zum Experimentieren:

• R1: Widerstand, 100 kOhm (4 Ringe: Braun-Schwarz-Gelb-Gold)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• CD4093
• LED-Leiste
• Widerstand
• Elektrolyt-Kondensator (Elko)
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Blickfrequenz ändern

Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 sind die Frequenz-bestimmenden Bauteile. Die Werte für den Widerstand R1 und Kondensator C1 können je nach gewünschter Blinkfrequenz angepasst werden. Hierzu kann man den Widerstand R1 einfach mal durch einen Widerstand mit 10 kOhm tauschen und sehen was passiert: Die LED blinkt schneller. Das ist deshalb so, weil sich der Kondensator C1 über den kleineren Widerstand schneller lädt und entlädt. Deshalb findet der Wechsel am Ausgang von HIGH nach LOW schneller statt. Denselben Effekt erreicht man auch durch einen kleineren Kondensator.

Hinweis: Der Kondensator C1 sollte nicht kleiner sein als 100 pF und der Widerstand R1 sollte nicht kleiner sein als 4,7 kOhm.

Offene Eingänge

Wenn du die Verbindung vom IC-Pin 1 von VCC löst (Kabel an Pin 1 gesteckt lassen) und wirst du vielleicht feststellen, dass die LED nicht mehr blinkt. Oder vielleicht doch. Das ist dann aber eher zufällig. Du kannst auch mal mit den Fingern an der offenen Seite des noch an Pin 1 gesteckten Verbindungskabels herumspielen und die LED beobachten. Du wirst feststellen, dass sie sich seltsam verhält. Mal blinkt es, mal ist sie an oder aus. Jedenfalls ist ihr Zustand alles andere als stabil.
Was bedeutet das? Grundsätzlich müssen Eingänge an CMOS-ICs beschaltet sein. Sie dürfen nicht offen bleiben. Das gilt in der Regel auch für nicht genutzte Gatter. Auf diese Weise vermeidet man Einflüsse von Störsignalen, die sich solche Eingänge einfangen können. Offene Kabelenden sind der funktionale Tod solcher Schaltungen. Deshalb verbindet man den Eingang A (Pin 1) mit VCC.

Eingang A als Steuereingang

Der Eingang A ist mit +VCC verbunden. Wenn man diesen Taktgenerator steuern möchte, dann kann man das mit diesem Eingang machen. Wenn dieser Eingang mit GND verbunden wird, dann blinkt der Taktgenerator nicht.
Man kann auch einen Schalter oder ein schaltendes Element am Eingang A vorschalten, um das Blinken ein- und auszuschalten. Dann wäre der Eingang A ein Steuereingang.

Hat dich diese Schaltung nicht ganz überzeugt? Tatsächlich missbraucht man den 4093er für etwas für das er nicht gemacht ist. Der 4093er als Taktgenerator ist jetzt nicht der typische Anwendungsfall. Es gibt Alternativen, die vielleicht besser funktionieren.

• Taktgenerator mit LMC555CN/TLC555CP