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Taktgenerator-Modul

Dieser einfache Taktgenerator ist mit einen 555-Timer aufgebaut.

Timer-Modul_s.png
Bild 1: Schaltung des Taktgenerator-Moduls

Die Schaltung des Taktgenerators ist ziemlich einfach. Sie entspricht der Schaltung, die wir im Praktikum Timer 555 betrachtet haben. Die Frequenz kann allerdings durch einstellbare Widerstände und Kondensatoren verändert werden.

Das Potentiometer R1.1 erlaubt es, die Frequenz in einem weiten Bereich zu verändern. Der Widerstand R1.2 verhindert, dass der Widerstand R1 zu klein wird. Die Grundfrequenz wird über die Kondensatoren C1.1 bis C1.6 per Jumper eingestellt. Der Widerstand R2 bestimmt die Zeit t₀, die der Ausgang auf 0 liegt. Diese Zeit hängt auch von den Kondensatoren C1 ab.

Der Taktgenerator ist nicht besonders genau, aber für einfache Messungen und die meisten Schaltungen ausreichend. Er liefert nur Rechteckimpulse, wie wir sie für Digitalschaltungen benötigen.

Der Taktgenerator liefert Impulse, bei denen die 1-Zeit mit dem Potentiometer R1.1 variiert werden kann. Die Frequenz kann von etwa 0,5Hz bis 2MHz eingestellt werden.

C1 fmin fmax t₀
100pF 130kHz 1,4MHz 0.2µs
1nF 13kHz 140kHz 2µs
10nF 1,3kHz 14kHz 20µs
100nF 130Hz 1,4kHz 200µs
1µF 13Hz 140Hz 2ms
10µF 1,3Hz 14Hz 20ms

Tabelle 1: Frequenzbereiche des Taktgenerators

Die Werte in der Tabelle 1 sind Mittelwerte. Aufgrund der Ungenauigkeit der Kondensatoren und des Potentiometers R1 kann es zu Abweichungen über ±20% kommen.

Die Frequenz bei 100pF ist meistens geringer als berechnet. Das liegt an den Streukapazitäten des Aufbaus und dass der Timer LMC555 an seine Grenzen kommt. Der Aufbau des Prototypen ergab für C1 eine günstige Kapazität von 68pF.

Aufbau

Bauteilliste

Name Wert Beschreibung Preis/€
R1.1 100kΩ Potentiometer ALPS, stehend, mono 0.76
R1.2 3.3kΩ Typ 207 0.08
R2 3.3kΩ Typ 207 0.08
R3 470Ω Typ 207 0.08
C1.1 100pF Keramik 50V 0.05
C1.1' 68pF Keramik 50V 0.05
C1.2 1nF Keramik 50V 0.05
C1.3 10nF Keramik 50V 0.05
C1.4 100nF Keramik 50V 0.05
C1.6 1µF Tantal 35V 0.22
C1.6 10µF Tantal 16V 0.25
C2 220µF Elko 10V 0.22
C3 100nF Keramik 50V 0.05
C4 10µF Tantal 16V 0.25
T1 IRLML6402 P-MOSFET, SMD, SOT23 0.16
IC1 LMC555N Timer, CMOS, DIL8 0.99
C-C 6x2 Stift-Leiste ,2,54mm
U+, U-, U-, Takt 1x1 Stift-Leiste, 2,54mm 0.50
Summe 3.89

Tabelle 3: Bauelemente

Die Preise verstehen sich als Schätzung. Die Kosten für die Platine kommen hinzu. Der Taktgenerator kann für etwa 4 Euro aufgebaut werden. Der Kondensator C1' mit 68pF ist für den Aufbau nach Bild 2 am besten. Das Potentiometer R1 ist im Prinzip unkritisch. Für das Layout nach Bild 2 wird ein stehendes Potentiometer von ALP benötigt, z.B. Reichelt RK09K113-LIN100K.

Timer-Modul-brd_s.png
Bild 2: Aufbau des Taktgenerators

Der Aufbau auf einer Lochraster-Platine ist auch für Anfänger zu bewältigen. Der MOSFET Q1 hat ein SMD-Gehäuse. Er wird auf der Lötseite zwischen drei Lötpunkte gesetzt.

Taktgenerator-Modul-Aufbau.png
Bild 3: Prototyp des Taktgenerator-Moduls

Verwendung des Taktgenerators

Der Taktgenerator ist für Spannungen von 3V bis 6V ausgelegt. Durch den MOSFET Q1 ist er gegen Verpolung geschützt. Der Ausgang des Timers ist nicht hoch belastbar (CMOS).

Von links nach rechts.

Jumper Kapazität Frequenz
1 100pF 140kHz
2 1nF 14kHz
3 10nF 1,4kHz
4 100nF 140Hz
5 1µF 14Hz
6 10µF 1,4Hz

Tabelle 4: Jumper J-C und Frequenz

In Tabelle 4 wird den Jumpern in J-C die Größenordnung einer Frequenz zugeordnet. Mit dem Potentiometer R1 kann die Frequenz im Bereich 1:10 variiert werden.

Bei C=100pF wurden beim Prototypen Frequenzen von 87kHz bis 830kHz gemessen. Die Zeit t₀ beträgt 1µs.

Bei offenem Jumper J-C wurden beim Prototypen 373kHz bis 3.3MHz gemessen. Daraus ergibt sich eine Streukapazität von etwa 35pF. Wird der Kondensator C1.1 durch einen mit 68pF ersetzt, wird die Streukapazität kompensiert. Beim Prototypen wurden damit 140kHz bis 1,3MHz gemessen.