Die Vorgeschichte

Der Conrad Elektronik-Adventkalender 2021 war der letzte in einer langen Serie, die Franzis gemacht hat. Im Mittelpunkt stand dieses CMOS-IC, ein sechsfacher Inverter mit Schmitt-Trigger-Eingängen. Alle Versuche aus dem Kalender findet man hier: https://www.elektronik-labor.de/Lernpakete/Kalender21/Conrad21.htm

Bei jedem neuen Kalender war die Spannung bei Franzis groß. Wird alles gut laufen, werden wir viele Fehlermeldungen bekommen, werden viele Bauteile kaputt gehen? Da war es üblich, dass Bauteile verschickt wurden, wenn etwas nicht funktioniert hat. Und deshalb gab es in diesem Jahr einen stattlichen Vorrat an CD40106 im DIL-Gehäuse, aber kaum einen Bedarf vonseiten der Anwender. Die Bauteile lagen dann lange herum und sind jetzt bei mir gelandet. Kann ja nicht schaden, dachte ich, wer weiß, was damit noch anzufangen ist. Und jetzt habe ich mir die Versuche aus dem Kalender nochmal angesehen und überlegt, was außerdem noch möglich ist.


Sechs Inverter sind schon gut einsetzbar. Und Schmitt-Trigger bieten eine besondere Chance. Man braucht nur einen Widerstand und einen Kondensator, um einen Rechteckgenerator zu bauen. Bis zu sechs Blinker, Tongeneratoren, Testgeneratoren in einem IC! Vgl. Tag 11 und 12 im Kalender.

Bei diesen Versuchen setze ich oft das TestLab ein, weil es zum minimalistischen Ansatz passt: Spannende Experimente mit geringstem Hardware-Aufwand. Alles geht auch mit ganz anderen Messgeräten oder auch ohne Messungen. Und auch der CD40106 ist ersetzbar. Vieles kann auch mit anderen ICs wie z.B. dem CD4093 probiert werden. Oder man übernimmt nur die Grundidee und realisiert sie ganz anders. Spielerisch Forschen, oft kommt dabei etwas ganz anderes heraus, als ursprünglich geplant.

Messungen mit dem TestLab


Zuerst wurde in einfacher Rechteckgenerator gebaut. Hier eine Zweikanalmessung an 1 und 2. Man kann erkennen, dass die Umschaltpunkte bei 35% und 65% der Betriebsspannung liegen. Am Kondensator entsteht ein Dreiecksignal, am invertierenden Ausgang ein Rechtecksignal. Das Rechteck ist oben und unten etwas angeschrägt. Daran erkennt man die Belastung durch den Ladewiderstand von 10 k. Die Innenwiderstände der Ausgangstransistoren sind also nicht sehr klein. Mit dem Ohmmeter konnte ich ca. 400 Ohm messen. Mit steigender Betriebsspannung wird der Ausgang niederohmiger.  


Wenn ich den ersten Ausgang (Punkt 2) mit einer grünen LED mit internem Widerstand von 1 k belaste, sinkt die Ausgangsspannung um ca. 1 V ein. Der Anstieg der Kondensatorspannung wird dadurch verlangsamt, und das Rechtecksignal ist nicht mehr symmetrisch.


Dagegen hilft ein Puffer, der aus zwei weiteren Invertern gebildet wird. Am Ausgang erhält man ein perfektes Rechtecksignal mit 0 V und 5 V. Unter Belastung sinkt die Ausgangsspannung auch hier ein, aber das Signal bleibt symmetrisch.