Da mir die Zeit fehlte, noch ein Bauteil für den Wettbewerb
auszusuchen, habe ich in die Bastelkiste gegriffen und den
CMOS-Zähler-Baustein
4040 gefunden. Ripple-Zähler ändern ihre
Ausgänge in sequentieller Reihenfolge [1]. Während der
Einstellzeit können sich
falsche Zählungen ergeben. Dies stört bei dieser Anwendung
aber nicht. Die Ausgangssignale des Binärzählers
liefern
an allen Ausgängen symmetrische Impulse (Impuls und Impulspause
sind gleich
lang).
Ein Zähler an den 555/556 zu hängen ist sicher nicht
besonders originell, aber man hat wenig
Aufwand damit und ist flexibler. Mit dem Zähler kann man nun
auch Töne und langsam blinkende
Leuchtdioden erzeugen. Da der
Zähler von 2 – 4096 teilen kann, ist es
sogar möglich, die Eingangsfrequenz des NE’ s
abzuschätzen.
Liefert der NE zum
Beispiel 1000 Hz, so würde die LED am Ausgang
A12 (Teiler mit 4096) ca. 4
Sekunden leuchten.
Damit die Schaltung (Bild 1) anspringt, wird über den 220K
Widerstand und 1 oder 2 parallel
geschalteten 100nF Kondensatoren ein Reset am Baustein IC 4040
erzeugt (High ca. Betriebsspannung). Das ist natürlich
nicht der Beste Reset, aber mit den Bauteilbeschränkungen
ein Kompromiss
und es geht zur Not auch ohne. Mit dem 2. NE im 556 könnte man
natürlich auch
ein Reset (Monoflop!) erzeugen. Der IC 4040 wird mit Logisch
„1“ zurückgesetzt,
der Monoflop muss im Ruhezustand also
„0“ haben. Ein Inverter kann mit
einem Transistor und dem 1-k-Widerstand erzeugt werden, wenn das
Potential nicht
passen sollte. Ich werde diesen Weg nach
dem Wettbewerb weiterverfolgen…
Im Schaltbild ist die rote LED mit einem 10 k (*) Widerstand
versehen worden, dies natürlich nur, um keine weiteren Bauteile zufügen zu
müssen.
Die LED’ s können beliebig auf die Ausgänge A1 –
A12 verteilt werden. Die Teiler-Verhältnisse sind
für A1
= 2; A2 = 4; A3 = 8; A4 = 16 bis
A12 = 4096 (*). Der Teiler-Wert wird also immer verdoppelt, die
Taktfrequenz entsprechende herunter geteilt.
Solange man die Kondensatoren im Nanofarad-Bereich verwendet,
kann man an den
niederen Ausgängen verschiedene Töne mit dem
Piezo-Minilautsprecher abgreifen.
Verwendet man den 10-µF-Elko, hat man mit dem Piezo nur
noch Knackgeräusche, dafür aber
unterschiedlich lange Ein- und Ausschaltzeiten der LEDs.
Über die Ausgänge am IC 4040 könnte man natürlich
auch Motoren etc.
mit den dafür entsprechenden Erweiterungen starten.
Aber
für mehr als ein echtes Elektronikbauteil ist
der Wettbewerb nicht ausgeschrieben.
Das folgende Bild zeigt den Schaltplan mit dem LED-Blinker
nach dem Conrad-Weihnachtskalender 2011
[2] und der IC Erweiterung mit dem
CMOS IC 4040 – Binärzähler.
Der Takt der Schaltung
wird im Prinzip mit dem Aufbau vom Tag
„7“ realisiert. Der Piezo wird aber je
nach Wunsch an einen der Ausgänge des 4040 angeschlossen.
Der Kondensatorwert
(100 n im kleinen Kreis) kann durch
Reihenschaltung oder Parallelschaltung (Kondensatorbeispiele im großen
Kreis) nach Wunsch realisiert werden.
Der langsamste Takt, erzeugt mit dem 10
Mikrofarad-Kondensator, ergibt dann aber
auch sehr lange Zeiten (Sekunden bis
Minuten) an den höherwertigen Ausgängen
von IC 4040. Bild 2 zeigt den Schaltungsaufbau
im Detail. Die Grüne LED rechts unten
ist wie am Kalendertag „7“ geschaltet (der 2,2 M Widerstand ist hier
gegen den 10 k getauscht!). Sie dient der optischen Kontrolle, kann aber mit
samt ihrem 1 k Widerstand als zusätzliche
LED an einen der Ausgänge von IC 4040
angeschlossen werden.
Der Piezo macht dann nur Knackgeräusche, was sich mit dem
Herausziehen des Elkos natürlich sofort ändert
(Voraussetzung der 100nF steckt schon drin!). Die Verbindung für den Takt am IC 4040 ist
der Draht, der sich zwischen dem Pin 5 des NE 556 nach PIN 10 von IC 4040
schlängelt. Der Widerstand über dem IC 4040 (links von NE 556) ist der 220K
Widerstand, der vom Minuspol (Masse/GND) nach PIN 11 von IC 4040 geht. Dort
geht es mit den zwei parallel geschalteten 100nF Kondensatoren weiter zum
Pluspol (VCC). Der lange Draht an
PIN 5 des IC 4040 ist der Ausgang A4 (Teiler durch 16).
Mit dem Draht kann man die angenehmsten Blinkraten finden. Bei Verwendung der
kleinen Kapazitäten empfiehlt es sich, die Ausgänge A12-A8 zu probieren. Die
Ausgänge A1-A7 eignen sich dann für den Piezo!
Schaltungsaufbau komplett
mit Batterie und
Piezo mit Kartonverstärker [3].
Zum Schluss noch einige Literaturhinweise: [1] Das CMOS – Kochbuch, Don Lancaster, S 2-49, IWT-Verlag
[2] Conrad-Weihnachtskalender-2011 Versuchsanleitung
[3] Tipp nach Jochen, DL4iE Kalender11.htm
Erweiterung um den gesteuerten Blinker 2
Nach
der ersten Variante mit dem IC 4040 war ich noch nicht zufrieden, da
noch ein großer Teil der Bauteile aus dem Kalender noch nicht
verwendet worden sind. Mit dieser Erweiterung wird nun der 2. Timer des
NE 556 verwendet. Im Beispiel die astabile Variante. Das Monflop
könnte man einsetzen wenn die LED nur für einige Zeit
leuchten soll.
Im
Beispiel habe ich den 100-nF-Kondensator (und den 10-k-Widerstand) im
unteren Timer dargestellt. Für diese Variante empfiehlt es sich
zum Test den 10-µF-Elko einzusetzen (Varianten findet man im
ersten Teil der Beschreibung oben!).
Der
zweite Timer wird mit einem 100 nF und 2,2 MOhm Widerstand beschaltet.
Zum Test ist die rechte obere rote LED an PIN 9 des NE556 eingesteckt.
Da die LED nach Masse geschaltet ist (siehe Schaltbild), blinkt diese
LED solange keine „0“ (0V, LOW-PEGEL) am RESET des 2. Timer
ansteht. Der RESET 2 des Timer 2 ist der PIN 10 am NE 556. Der RESET 2
wird mit einem der Ausgänge (A1-A12) des IC 4040 verdrahtet. Hier
wurde PIN 5 (A4) von IC 4040 verwendet. Bei der verwendeten Beschaltung
wird der Timer 2 für ca. 3s freigegeben. Auch hier kann durch
unterschiedliche Beschaltung variiert werden. Gibt man dem Timer 2 eine
höhere Frequenz, dann kann auch der Piezo als Meldung für das
Setzen/Rücksetzen eines Ausganges von IC 4040 verwendet werden. Wer
möchte, dass die LED‘ s an den Ausgängen die logische
„1“ anzeigen muss die LED‘ s gegen Masse schalten, so
wie im Versuch des Tages 7 gezeigt.
