Sie befinden sich hier: Startseite » Anleitungen » MC14093B-Schmitt-Trigger: Taster entprellen, Blinker bauen
Ein Taster schaltet nicht sauber, und ein langsam aufgeladener Kondensator durchläuft den verbotenen Bereich zwischen LOW und HIGH. Der MC14093B löst beide Probleme mit vier NAND-Gattern, deren Eingänge eine Hysterese haben. Dieser Leitfaden erklärt das Prinzip und baut eine vollständige Schaltung: einen entprellten Taster, der einen LED-Blinker startet.
Ein NAND-Gatter hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Der Ausgang ist nur dann LOW, wenn beide Eingänge HIGH sind; in allen anderen Fällen ist er HIGH. Verbindet man beide Eingänge, wird das Gatter zum Inverter: HIGH am Eingang ergibt LOW am Ausgang und umgekehrt. Hält man einen Eingang auf HIGH, gelangt der andere invertiert zum Ausgang; liegt er auf LOW, bleibt der Ausgang fest auf HIGH. Diese letzte Eigenschaft macht einen NAND-Eingang zum Freigabe-Schalter, den wir unten nutzen. Wenn Logikgatter für Sie neu sind, beginnen Sie mit dem Leitfaden zum MC74HC08AN-AND-Gatter mit Schaltern und einer LED.
Ein gewöhnlicher CMOS-Eingang hat einen einzigen Schaltpunkt etwa bei der halben Versorgungsspannung. Kriecht die Eingangsspannung langsam durch diesen Punkt oder ist sie leicht verrauscht, kann der Ausgang mehrmals hin- und herkippen. Ein Schmitt-Trigger-Eingang hat stattdessen zwei Schwellen:
Der Abstand zwischen beiden ist die Hysterese (VH). Kleine Schwankungen innerhalb dieses Abstands werden ignoriert, sodass eine langsame oder verrauschte Flanke genau einen sauberen Ausgangswechsel erzeugt.
Das CMOS-Datenbuch von Motorola nennt für den MC14093B bei VDD = 5 V und 25 °C: VT+ 1,80–4,05 V (typisch 2,70 V), VT− 1,63–3,66 V (typisch 2,44 V) und eine Hysterese von 0,17–0,6 V (typisch 0,26 V). Beachten Sie die breiten Bereiche: Die Schwellen streuen von Chip zu Chip, also dimensionieren Sie nach Minimum und Maximum, nicht nach dem typischen Wert.
Der MC14093B gehört zur CMOS-Familie der 4000er-Serie (wie das MC14002-NOR-Gatter). Er arbeitet mit 3 bis 18 V und ist pinkompatibel zum CD4093 und zum gewöhnlichen NAND-Gatter MC14011B. Der vorrätige MC14093BCP ist die C-Serie (−40 bis +85 °C) im 14-poligen Kunststoff-DIP (Suffix P, Motorola Case 646) und passt damit direkt ins Steckbrett.
Drei Regeln für jedes CMOS-Gatter: Pin 14 (VDD) an +5 V und Pin 7 (VSS) an 0 V, mit einem 100-nF-Kondensator direkt am Chip; jeden unbenutzten Eingang an VDD oder VSS legen, weil ein offener CMOS-Eingang in den Schwellenbereich driften kann; unbenutzte Ausgänge offen lassen.
Aufbau auf dem Steckbrett an 5 V:
Der Kondensator bewegt sich nur zwischen VT− und VT+, daher hängt die Periodendauer von den Schwellen ab: T ≈ R·C·[ln((VDD−VT−)/(VDD−VT+)) + ln(VT+/VT−)]. Mit den typischen Werten bei 5 V ergibt das etwa 0,21 × R·C; 1 MΩ und 1 µF liefern also rund 0,2 s pro Periode, etwa 5 Hz. Da die Hysterese irgendwo zwischen 0,17 und 0,6 V liegen kann, blinkt ein anderes Exemplar vielleicht mit etwa 2 Hz oder 7 Hz. Nutzen Sie die Formel als Abschätzung und passen Sie R oder C an; für eine genaue Frequenz nehmen Sie einen Quarz oder einen eigenen Timer-Baustein.
Vorrätig ist der Motorola MC14093BCP: vier NAND-Schmitt-Trigger mit je zwei Eingängen im 14-poligen Kunststoff-DIP. Pinbelegung, Gehäuse, Schwellen und Zeiten in diesem Leitfaden stammen aus den MC14093B-Seiten des Motorola-Datenbuchs CMOS Logic Data von 1988; das aktuelle Datenblatt von onsemi beschreibt denselben Baustein.
Zur Produktseite des MC14093BCP · MC14093B-Datenblatt (onsemi) · Motorola CMOS Logic Data (1988)
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