Logiktester
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Ludwig Schüler, DG7YHR
Bei allen Experimenten in der Digitaltechnik leistet ein Logiktester gute Dienste. Der Schaltungspunkt, dessen Logikpegel ermittelt werden soll, wird mit der Messspitze berührt und die Leuchtdioden des Testers zeigen an, ob an dem Punkt „logisch 1“ oder „logisch 0“ anliegt. Die Schaltung nutzt alle vier NAND-Gattern des CMOS-ICs 4093 zur Realisierung eines einfachen Logiktesters. Da die Eingänge aller vier Gatter jeweils miteinander verbunden sind, werden die NANDs zu Invertern. Der Widerstand R = 4,7 Kiloohm legt den Eingang der Schaltung (Gatter 1) auf „logisch 1“ und verhindert so, dass der Eingang „in der Luft hängt“. Die nun am Ausgang (Pin 3) anliegende „0“ wird vom Gatter 2 invertiert und somit leuchtet die rote LED. Das gleiche Verhalten zeigt der Tester, wenn die Messspitze einen Schaltungspunkt mit dem Pegel „logisch 1“ berührt. Im oberen Zweig sind zwei Inverter hintereinander geschaltet. Der Ausgang von NAND 4 (Pin 10) liefert daher 0-Pegel und die grüne LED leuchtet nicht. Trifft die Messspitze auf einen Schaltungspunkt mit dem Pegel „logisch 0“, wird dieser Zustand durch das Leuchten der grünen LED angezeigt. Die rote LED bleibt dunkel. Die Versorgungsspannung (3 bis 15 Volt) wird der zu untersuchenden Schaltung entnommen. Bis 10 Volt werden für die Leuchtdioden keine Schutzwiderstände benötigt.
Um die Schaltschwellen zu untersuchen habe ich einen Spannungsteiler (Poti 5 Kiloohm) an den Schaltungseingang gelegt. Die Messungen wurden bei einer Betriebs-spannung von 9 Volt durchgeführt.
Erhöht man die Spannung am Messpunkt bei 0 Volt beginnend, so erlischt bei ca. 5,3 Volt die grüne LED und die rote leuchtet. Beim anschließenden Verringern der Spannung findet der umgekehrte Wechsel von „rot“ nach „grün“ erst bei 3,5 Volt statt. Die Differenz zwischen den beiden Umschaltpunkten, die so genannte Hysterese, beträgt also 1,8 Volt.
Im folgenden Schaltbild befindet sich zusätzlich ein Widerstand von 1 Kiloohm zwischen Schaltungseingang (Pin 1 / Pin 2) und Masse. Hierdurch kehren sich die Schaltverhältnisse um, denn ohne Eingangssignal an der Messspitze wird der Eingang nach Masse (logisch 0) gezogen und die grüne LED leuchtet. Gleiches gilt natürlich, wenn die Messspitze einen 0-Pegel berührt. Bei einem 1-Pegel am Schaltungseingang leuchtet die rote LED.
Die bisher vorgestellten Schaltungen haben den Nachteil, dass ein offener Eingang nicht vom 1-Pegel bzw. vom 0-Pegel unterschieden werden kann. Hier hilft die folgende Schaltung.
Der Spannungsteiler besteht gegenüber der ersten Version aus drei Widerständen. Bleibt der Eingang offen, so leuchtet keine LED, da der Eingang von NAND 1 auf „logisch 0“ und der Eingang von NAND 4 auf „logisch 1“ liegt. Eine „1“ an der Messspitze lässt die rote LED leuchten, eine „logische 0“ schaltet die grüne LED ein. Wird der Widerstand R2 durch einen Wert von 4,7 Kiloohm ersetzt, erhält die Schaltung Speicherfunktion. Nach kurzem Antippen eines Schaltungspunkts mit 0-Pegel oder 1-Pegel bleibt die zugehörige Leuchtdiode eingeschaltet, so wie man es von bistabilen Kippschaltungen kennt. Es ist zu empfehlen, die beiden Eingänge des nicht benötigten Gatters NAND 3 miteinander zu verbinden und gemeinsam an Masse oder UB zu legen. Offene Eingänge können sonst leicht zu Stö-rungen führen.
Die Schaltbilder wurden erstellt mit dem Programm sPlan von der Firma abacom: www.abacom-online.de
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