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Rechteckgenerator

Dieser Rechteckgenerator ist kein Modul in dem Sinne als er auf ein Steckboard gesteckt werden kann, aber er ist klein und kann mit einfachen Drähten oder Steckbrücken mit dem Steckboard verbunden werden.

Der Rechteckgenerator ist im wesentlichen ein kleines Fertiggerät, dass für DreiEuroFünfzig erworben werden kann. Seine Bezeichnung ist XY-LPWM.

Der Generator hat folgende Daten

  • Ausgang: Rechtecksignal zwischen 0V und Versorgungsspannung
  • Frequenzbereich 1Hz bis 150kHz
  • Tastgrad 0% bis 100%
  • Versorgungsspannung 3,3V bis 30V

Für unsere Zwecke als Taktgenerator ist er gut geeignet.

  • Er ist einfach zu bedienen,
  • hat einen weiten Frequenzbereich,
  • kann bei unserer Spannung von 5V betreiben werden,
  • ist gegen Verpolung der Versorgungsspannung gesichert und
  • liefert für unsere Zwecke als Taktgenerator hinreichend gute Impulse.

Aufbau

Der Generator XY-LPWM kann im Internet beschafft werden und kostet nur ein paar Euro.

Die Platine des XY-LPWM kann, wie sie geliefert ist, verwendet werden. Wir löten nur ein paar Buchsen ein. Vier 2mm Kunststoffschrauben dienen als Füße.

XY-LPWM.png
Bild 1: Rechteckgenerator mit Buchsen und Füßen

Die Beschriftung ist insofern irreführend, als VIN- und GND verbunden sind.

Schaltung

Wir betrachten nur den für uns interessanten Ausschnitt der Schaltung des Rechteckgenerators.

Modul-XY-LPWM.png
Bild 2: Schaltung des Rechteckgenerators

Der Rechteckgenerator wird intern mit 3,3V betrieben. Eine Schottky-Diode dient als Verpolungsschutz. Das von der internen Schaltung gelieferte digitale Signal wird über einen Transistor und einen 1kΩ Widerstand auf das Niveau der Versorgungsspannung gebracht.

Aufgrund dieser Schaltung ist der Ausgang bei 5V-Betrieb gegen falsche Anschlüsse sicher.

  • Der Ausgang kann gegen Masse kurzgeschlossen werden.
  • Wird der Ausgang an +5V angeschlossen fließen etwa 50mA. Dem Ausgangstransistor wird dann zwar warm ums HerTz, aber 250mW wird er überstehen. Außerdem können wir ihn zur Not auswechseln ;-)
  • Bei Spannungen über 5V kann der Ausgangstransistor zerstört werden.

Die einfache Schaltung am Ausgang hat einen Nachteil:

  • die Anstiegszeit liegt um 200ns und
  • die Abfallzeit um 50ns.

Die 200ns reichen soeben, um als Takt für schnelle CMOS-Schaltungen akzeptiert zu werden. Es werden maximal 400ns erwartet.

Es gibt noch drei weitere Anschlüsse, über die der Rechteckgenerator von einem Computer gesteuert werden kann. Wir benutzen diese Anschlüsse nicht.

Letztlich brauchen wir lediglich zwei zweipolige Federleisten auf das fertige Modul zu löten. Vier 2mm Kunststoffschrauben dienen als Füße.

Bedienung

Die Anzeige des Moduls zeigt die Frequenz oben und den Tastgrad unten. Die Frequenz umfasst 1Hz bis 150kHz. Die Einheiten werden nur mittelbar angezeigt. Der Tastgrad liegt zwischen 0% (immer LOW) und 100% (immer HIGH).

Anzeige Darstellung Frequenz Frequenzbereich Auflösung
ohne Dezimalpunkt XYZ in Hz 1Hz .. 999Hz 1Hz
ein Dezimalpunkt X.YZ in kHz 1.00kHz .. 9.99kHz 10Hz
" XY.Z in kHz 10.0kHz .. 99.9kHz 100Hz
zwei Dezimalpunkte X.Y.Z in kHz 100kHz .. 150kHz 1kHz

Tabelle 1: Anzeige der Frequenz

Damit ist klar, dass der Rechteckgenerator kein hochpräzises Gerät mit hoher Auflösung ist. Insbesondere bei Frequenzen unter 10Hz ist die Auflösung schlecht. Für unsere Zwecke ist der Generator dennoch gut geeignet, weil er Frequenzen für unsere Schaltungen liefert und diese sogar anzeigt. Frequenzen unter 100Hz mit besserer Auflösung können wir mit Frequenzteilern aus dem kHz-Bereich generieren.

Mit den Tasten + FREQ - kann die Frequenz eingestellt werden. Wenn eine Taste länger gedrückt wird, läuft die Frequenz durch.

Mit den Tasten + DUTY - kann der Tastgrad eingestellt werden.

  • Wird die Betriebsspannung entfernt, bleibt die letzte Einstellung erhalten.

Fazit

Der Rechteckgenerator

  • passt gut in unsere Sammlung von Modulen,
  • hat einen hinreichend großen Frequenzbereich,
  • hat leider eine schlechte Auflösung um 10Hz
  • eine Anzeige,
  • einfache Bedienung,
  • eine Genauigkeit von 2%,
  • ist robust,
  • liefert Signale, die von schnellen CMOS-Bausteinen als Takt akzeptiert werden.