Schaltung des Taktgenerators
Dieser einfache Taktgenerator ist mit einen 555-Timer aufgebaut.
Die Schaltung 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 R1.1 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 C1.1 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 C1.1' mit 68pF ist für den Aufbau nach Bild 2 am besten. Das Potentiometer R1.1 ist im Prinzip unkritisch. Für das Layout nach Bild 2 wird ein stehendes Potentiometer von ALP benötigt, z.B. Reichelt RK09K113-LIN100K.
Layout
Lochrasterplatine
Dieses Projekt wird auf einer Lochrasterplatine mit durchkontaktierten Lötpunkten aufgebaut.
Wie es geht, beschreibt dieses Praktikum.
Der Aufbau des Taktgenerators auf einer durchkontaktierten Lochraster-Platine ist auch für Anfänger zu bewältigen.
Die Darstellung des Layout wird ausführlich in Darstellung in KiCAD beschrieben.
Bild 3 zeigt wie die Drahtbrücken auf der Oberseite eingebaut wird.
Der MOSFET Q1 hat ein SMD-Gehäuse und wird auf vier Lötpunkte gesetzt. Der einzelne Pin wird zwischen zwei benachbarten Lötinseln über einen Draht verlötet. Dieses ist in SOT-Gehäuse beschrieben.
Neben dem ICL555 ist die Drahtbrücke eingebaut.
Die Stifte werden von unten eingebaut, von oben verlötet und mit einem daneben liegenden Lötpunkt verbunden (rot). Die Verbindungen sind in der Draufsicht gut zu erkennen.
Die beiden Buchsen werden normal auf der Oberseite eingebaut. Damit kann der Taktgenerator auch über Drähte mit anderen Geräten oder Steckboards verbunden werden. Es ist nicht unbedingt notwendig, den Taktgenerator auf ein Steckboard zu setzen. Die Stifte dienen dann als Beine.
Die Stiftleiste für die Umschaltung des Frequenzbereichs, der Kondensatoren, wird selbstverständlich auf der Oberseite eingebaut.
Prototyp
Der Prototyp wurde auf einer einseitigen Lochrasterplatine aufgebaut. Deshalb sind die Stifte von oben eingebaut, der MOSFET auf Unterseite montiert. Eine weitere Drahtbrücke ist deshalb notwendig.
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 R1.1 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.