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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Toggle-Schaltung


Autor: Peter F. (toto)
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Ich habe mal obige Schaltung nachgebaut. Die ich, nebenbei gesagt, 
ziemlich genial finde. Ich habe sie mit einem SN7404 
Hex-Inverter(http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74s04.pdf) aufgebaut.

Nur funkionierte die Schaltung erst nachdem ich den 10k Widerstand 
entweder gebrückt habe, oder gegen einen mit höchstens 300 Ohm getauscht 
habe.

Nun frage ich mich warum. Das Timing sollte doch eigentlich keine Rolle 
spielen. Die Bausteine schalten im nS Bereich..
Die Funktion der Schaltung ist doch die, im Ausgangszustand liegen 0V am 
Eingang des ersten Invertes an, der gibt logisch 1 aus. Der zweite 
Inverter gib nun logisch 0 aus. Beim drücken des Tasters wird der 
Eingang des zweiten Invertes auf 0 gelegt. Der Ausgang gibt nun 1 durch 
die Rückkopplung auf den Eingang des ersten Invertes aus, der erste 
Inverter gibt nun 0 aus. Der zweite Inverter folglich 1. Der Kondensator 
lädt sich über den 1M Widerstand auf. Beim nächsten Tastendruck wird der 
Eingang des zweiten Invertes auf 1 gelegt.

Meine Frage, warum funktioniert die Schaltung nicht mit dem 10k 
Widerstand? Das Timing sollte doch eigentlich keine Rolle spielen. Die 
Bausteine schalten im nS Bereich.

Gruß

: Bearbeitet durch User
Autor: HildeK (Gast)
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Peter F. schrieb:
> Meine Frage, warum funktioniert die Schaltung nicht mit dem 10k
> Widerstand?

Die 10k sind zu hochohmig für  Standard-TTL. Bei LOW am Eingang muss 
relativ viel Strom fließen, dafür sind 10k viel zu viel. 300R, wie du 
feststellen konntest, passen wesentlich besser.
Die Originalschaltung hatte auch einen CMOS-Baustein genannt.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Und mit 4093 kann der 10K auch 100K und höher sein...

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Peter F. schrieb:
> Ich habe mal obige Schaltung nachgebaut. Die ich, nebenbei gesagt,
> ziemlich genial finde.

Die ist mindestens 30 Jahre alt. Ungefähr so alt, wie CMOS-IC.

> Ich habe sie mit einem SN7404 Hex-Inverter aufgebaut.

Aha.

> Nur funkionierte die Schaltung erst nachdem ich den 10k Widerstand
> entweder gebrückt habe, oder gegen einen mit höchstens 300 Ohm
> getauscht habe.

<Loriot> Ach!

> Nun frage ich mich warum.

Weil ein Standard-TTL Eingang vergleichsweise viel Strom zieht (bzw. bei 
L liefert). Aus einem Standard-TTL Eingang wie bei deinem 7404 fließen 
bis zu 1.6mA, wobei die Spannung nicht über 0.8V steigen darf. Rechne 
selber nach, wieviel Strom durch 10k paßt, wenn maximal 0.8V anliegen.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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In der Schaltung werden eindeutig Schmitt-Trigger Gatter benutzt, 
während du den 04er einsetzt. Nimm wenigstens den 74LS14 oder besser den 
74HC14, bei CMOS klappts auch mit 10k oder 100k oder 330k...

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas E. (picalic)
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Matthias S. schrieb:
> bei CMOS klappts auch mit 10k oder 100k oder 330k...

Irgendwann ist das "oder..." aber auch mal zu Ende - spätestens dann, 
wenn der Spannungsteiler aus den beiden Widerständen keinen eindeutigen 
Logikpegel mehr erzeugt. 1M und 330k sind da schon grenzwertig.

Zudem mögen manche Taster es auch nicht, wenn der Strom immer zu klein 
ist.
Ob Schmitt-Trigger oder nicht, ist hier praktisch egal.

: Bearbeitet durch User
Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Matthias S. schrieb:
> In der Schaltung werden eindeutig Schmitt-Trigger Gatter benutzt,
> während du den 04er einsetzt. Nimm wenigstens den 74LS14

Schmitt-Trigger sind nicht notwendig (schaden aber auch nicht). Die 
Schaltung hat über alles ja eine Mitkopplung. Sobald das zweite Gatter 
umschaltet, schaltet das erste auch und der Widerstand zieht den Eingang 
des zweiten Gatters auf den gleichen Pegel wie es der Kondensator gerade 
getan hat.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> Irgendwann ist das "oder..." aber auch mal zu Ende - spätestens dann,
> wenn der Spannungsteiler aus den beiden Widerständen keinen eindeutigen
> Logikpegel mehr erzeugt. 1M und 330k sind da schon grenzwertig.

Der High-Pegel wird durch den geladenen Kondensator vorgegeben,
der Low-Pegel ebenfalls durch den entladenen Kondensator...

Das hat mit Spannungsteiler nichts zu tun, und der 10K könnte dann
auch ein 470K oder auch 1M sein, aber nur mit 4093 oder ähnlichen...

Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> Das hat mit Spannungsteiler nichts zu tun, und der 10K könnte dann
> auch ein 470K oder auch 1M sein, aber nur mit 4093 oder ähnlichen...

Ach? Dann rechne doch mal aus, welcher Spannungswert sich mit R1 = R2 = 
1M bei gedrücktem Taster am Eingang des rechten Gatters ergibt!

Autor: HildeK (Gast)
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Thomas E. schrieb:
> Ach? Dann rechne doch mal aus, welcher Spannungswert sich mit R1 = R2 =
> 1M bei gedrücktem Taster am Eingang des rechten Gatters ergibt!

Du hast die Funktion noch nicht verstanden - oder zumindest den 
Kondensator übersehen.

Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> Das hat mit Spannungsteiler nichts zu tun, und der 10K könnte dann
> auch ein 470K oder auch 1M sein, aber nur mit 4093 oder ähnlichen...

Also wenn das mit Spannungsteiler nichts zu tun hat und nur der 
Kondensator für die Funktion wichtig ist, kann ich den linken Widerstand 
ja auch 2M groß machen, richtig? Oder beide Widerstände 1M und einen 
74HCT14-Baustein nehmen, oder? Würde nach Eurer Theorie auch problemlos 
funktionieren...

Autor: pegel (Gast)
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http://tinyurl.*com/ybuoyfa8

Ein bisschen Simulation gefällig?
Ich habe die Inverter/Schmitttrigger auf die Werte von 4093 eingestellt.
Die Zeitkonstante mit 1M/200n scheint mir etwas zu groß, deshalb habe 
ich den R auf 100k verkleinert.

Die Oszillogramme von oben nach unten:
Taster links
Taster rechts
Ausgang

*In der URL bitte Stern entfernen wegen Forum Spam Meldung.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> Also wenn das mit Spannungsteiler nichts zu tun hat und nur der
> Kondensator für die Funktion wichtig ist, kann ich den linken Widerstand
> ja auch 2M groß machen, richtig? Oder beide Widerstände 1M und einen
> 74HCT14-Baustein nehmen, oder? Würde nach Eurer Theorie auch problemlos
> funktionieren...

Genau!

Es kommt nur auf das Potential des Kondensators an, der über den
eingezeichneten 1M auf- oder entladen wird und somit die Voraussetzung
schafft, beim nächsten Druck auf den Taster den Zustand zu ändern...

Die Zeitspanne aus 1M/0µ22 muss natürlich beachtet werden, bis der
Zustand geändert werden kann (unterschiedliche Schwellenspannungen
des 4093 je nach Hersteller beachten)...

Autor: Theor (Gast)
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pegel schrieb:

> [...]
> *In der URL bitte Stern entfernen wegen Forum Spam Meldung.

Oder Du postest das Bild hier einfach als Anhang. Danke.

Autor: pegel (Gast)
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Das ist kein Bild, sondern eine Simulation mit
http://www.falstad.com/circuit/

Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> Genau!

Eben genau nicht!

Mani W. schrieb:
> beim nächsten Druck auf den Taster den Zustand zu ändern...

Du betrachtest nur, was unmittelbar beim Drücken des Tasters passiert.
Klar schaltet der Ausgang erstmal um, und wenn Du den Taster auch sofort 
wieder loslässt, bleibt es auch so. Aber wenn der Taster zu lange 
gedrückt wird, führt das bei einem zu großen Widerstand zwischen den 
Gates (=R1) zu instabilen Verhalten! Solange der Taster gedrückt bleibt, 
bilden die beiden Widerstände eben doch einen Spannungsteiler, der die 
Eingangsspannung am rechten Gate bestimmt!
So wird die Schaltung mit Schmitt-Trigger Gates (z.B. 74HC14) bei 
gedrückt gehaltenem Taster zum Rechteck-Oszillator, wenn R1 gegenüber 
dem Widerstand am Kondensator (=R2) zu groß ist.
Ohne Schmitt-Trigger (z.B. 74HC04) wird sich dann eher ein undefiniertes 
Rauschen um die halbe Ausgangsspannung einstellen.

Deshalb sollte R1 besser deutlich kleiner als R2 sein, dann bleibt der 
Ausgang auch bei beliebig langem Tastendruck stabil (übrigens auch ohne 
Schmitt-Trigger Gates).

Autor: Theor (Gast)
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pegel schrieb:
> Das ist kein Bild, sondern eine Simulation mit
> http://www.falstad.com/circuit/

Dennoch sehe ich keinen Grund, es nicht als Anhang zu posten.

Autor: pegel (Gast)
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@picalic

Das sieht die Simulation genau so:

http://tinyurl.*com/ycuepbbs

Ich habe die Werte noch mal geändert.
Einfach mal die Taste länger drücken.

* wieder aus dem link entfernen.

Autor: pegel (Gast)
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@ Theor

Auf Wunsch eines einzelnen Herrn: ;)

als link:
http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?cct=...

und als Anhang (gleicher Inhalt)

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> Du betrachtest nur, was unmittelbar beim Drücken des Tasters passiert.
> Klar schaltet der Ausgang erstmal um, und wenn Du den Taster auch sofort
> wieder loslässt, bleibt es auch so. Aber wenn der Taster zu lange
> gedrückt wird, führt das bei einem zu großen Widerstand zwischen den
> Gates (=R1) zu instabilen Verhalten!

Eben nicht im Falle des 4093, da ja noch der Kondensator da ist...
Gilt natürlich nur bei kurzem Tastendruck...

 Solange der Taster gedrückt bleibt,
> bilden die beiden Widerstände eben doch einen Spannungsteiler, der die
> Eingangsspannung am rechten Gate bestimmt!
> So wird die Schaltung mit Schmitt-Trigger Gates (z.B. 74HC14) bei
> gedrückt gehaltenem Taster zum Rechteck-Oszillator, wenn R1 gegenüber
> dem Widerstand am Kondensator (=R2) zu groß ist.

Ist schon klar, das kann man aber auch ausnutzen, um bei kurzem
Tastendruck den Ausgangszustand zu wechseln, bei Festhalten der
Taste dann aber eine langsame Frequenz auszugeben und bei Loslassen
der Taste dann Low oder High als Ausgangszustand festzunageln...

Bei R1 = R2 wird sich wohl kaum eine Schwingung einstellen, weil
die Schaltschwellen des jeweiligen 4093 nicht ständig 
über/unterschritten
werden, aber wenn R1 sagen wir mal 5 bis 10 mal größer ist als R2,
dann wird es funktionieren...

Und der 4093 ist seit zig Jahren schon mein Liebling...

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> Ist schon klar, das kann man aber auch ausnutzen, um bei kurzem
> Tastendruck den Ausgangszustand zu wechseln, bei Festhalten der
> Taste dann aber eine langsame Frequenz auszugeben und bei Loslassen
> der Taste dann Low oder High als Ausgangszustand festzunageln...

Ja, ja, it's not a bug, it's a feature!

Klar, wenn einem widersprochen wird, kann man natürlich immer 
nachträglich Spezifikationen (um)definieren oder allgemeingültige 
Grundschaltungen auf die Verwendung eines bestimmten Bauteils 
beschränken, um Recht zu behalten.

Mani W. schrieb:
>> gedrückt wird, führt das bei einem zu großen Widerstand zwischen den
>> Gates (=R1) zu instabilen Verhalten!
>
> Eben nicht im Falle des 4093, da ja noch der Kondensator da ist...
> Gilt natürlich nur bei kurzem Tastendruck...

Eben doch - ein einfacher Toggle-Switch, der beim Halten der Taste 
anfängt, hin- und herzuschalten IST als instabil zu bezeichnen. In der 
Regel möchte der Anwender dieser (Grund-)Schaltung das nicht haben, und 
wenn man selbst Dimensionierungsvorschläge macht, die dieses Verhalten 
provozieren, sollte man das wenigstens gleich klar erwähnen.
Dass die Taste plötzlich nur kurz gedrück werden darf oder die Schaltung 
ggf. schwingen darf, hast Du nachträglich definiert. Es würde mich nicht 
wundern, wenn Du selbst erst auf dieses "Feature" gekommen bist, nachdem 
ich es beschrieben hatte...

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> Dass die Taste plötzlich nur kurz gedrück werden darf oder die Schaltung
> ggf. schwingen darf, hast Du nachträglich definiert. Es würde mich nicht
> wundern, wenn Du selbst erst auf dieses "Feature" gekommen bist, nachdem
> ich es beschrieben hatte...

wenn Du hier jetzt provozieren und alles umdrehen willst, ist Deine
Sache...

Mir jetzt zu unterstellen, dass ich die Schaltung nicht kenne oder
mich heraus rede, kannst Du auch abschreiben...

Seit vielen, vielen Jahren (gut 40) benutze ich den 4093 in Schaltungen, 
die
Du Dir nicht mal vorstellen kannst und willst mir jetzt auf den Arsch 
gehen?

Mann, entspanne Dich und suche nicht Fehler bei Anderen!

: Bearbeitet durch User
Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> ein einfacher Toggle-Switch, der beim Halten der Taste
> anfängt, hin- und herzuschalten IST als instabil zu bezeichnen.

Instabil wäre, wenn der Ausgang wegen fehlendem Kondensator oder
offenen Eingang wild herum schwingt...

Im Fall unserer Schaltung ist das jedoch ein astabiler Multivibrator,
den kann man auch mittels R1 über eine Spannung auch steuern,
wobei R1 natürlich wesentlich hochohmiger als R2 sein sollte,
sonst steht die Mühle genau so fest wie im Bild des TO, und damit
gibt es kein astabiles Verhalten...


Kann hier jemand mir folgen, was ich meine?

Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> Instabil wäre, wenn der Ausgang wegen fehlendem Kondensator oder
> offenen Eingang wild herum schwingt...

Einen Audio-Verstärker, der ab einer gewissen Lautstärke-Einstellung 
anfängt zu schwingen, würde man wohl auch als "instabil" bezeichnen, 
selbst wenn die Schwingung kein chaotisches Rauschen, sondern eine 
saubere Sinusschwingung ist.

Mani W. schrieb:
> Im Fall unserer Schaltung ist das jedoch ein astabiler Multivibrator,

Bei "unserer" Schaltung hier geht es ursprünglich aber nicht um einen 
Multivibrator, sondern um einen Toggle-Switch, von dem 99,9% der Nutzer 
erwarten, daß er bei jedem Tastendruck, egal, wie kurz oder lang der 
ist, genau einmal zwischen "ein" und "aus" wechselt.
Wenn die Lampe wieder aus geht, bloß weil der Taster statt 100ms mal 
300ms gedrückt wird, bleibt der Schalter eben nicht "stabil" in seiner 
beabsichtigten Stellung.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Forget it!

Autor: Thomas E. (picalic)
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Mani W. schrieb:
> wenn Du hier jetzt provozieren und alles umdrehen willst, ist Deine
> Sache...
>
> Mir jetzt zu unterstellen, dass ich die Schaltung nicht kenne oder
> mich heraus rede, kannst Du auch abschreiben...

Jetzt bleib' bitte mal auf dem Teppich und guck Dir den 
Diskussionsverlauf nochmal ganz in Ruhe an! Nicht ich habe Dir ein 
fehlerhaftes Verständnis der Funktion unterstellt, sondern Du mir (wie 
auch HildeK, der hierbei offenbar mit Dir auf einer Wellenlänge 
schwingt)!

Mein Beitrag (Datum: 17.05.2018 10:38) bezog sich auf  Matthias S. 
Beitrag, der mit seinem "oder..." den Eindruck erweckte, man könne den 
Widerstand R1 beliebig groß machen.
Basis meines Einwurfs war der dort aktuelle Stand der Diskussion: 
Verwendung beliebiger CMOS-Inverter (u.U auch ohne Schmitt-Trigger) und 
die normale Toggle-Switch Funktion, ohne Auto-Repeat und Abhängigkeiten 
von der Dauer des Tastendrucks.

Deine Antwort "Das hat mit Spannungsteiler nichts zu tun..." suggeriert 
ebenfalls, daß man R1 beliebig groß machen kann und das Teilerverhältnis 
der Widerstände für die Funktion keine Rolle spielen würde (meinst Du 
das immer noch?).

Mit meinem offensichtlich funktionsunfähigen Vorschlag zur 
Bauteiledimensionierung (Beitrag: Datum: 17.05.2018 23:40) wollte ich 
eigentlich verdeutlichen, daß es eben doch auf das Teilerverhältnis der 
Widerstände ankommt, v.a. auch nach der Unterstellung von HildeK. Leider 
hast Du selbst mit Deinem "Genau!" zu dessen Funktionstüchtigkeit 
gezeigt, daß Du das Problem bei der Dimensionierung der Widerstände wohl 
eher nicht verstanden hast.

In meinem Beitrag (Datum: 18.05.2018 02:37) habe ich deshalb (wie ich 
meine) sachlich und ohne Unterstellungen von mangelndem 
Technikverständnis versucht zu erläutern, warum das Verhältnis der 
Widerstände eben doch eine Rolle spielt. Meine Bemerkung, daß Du 
offenbar nur den Moment des Tastendrucks selbst betrachtest und nicht 
das, was danach passiert, ist in meinen Augen ein harmloser Hinweis auf 
einen evtl. von Dir übersehenen Sachverhalt, im Vergleich zu HildeK's 
"Du hast die Funktion noch nicht verstanden" an mich.

Danach war für Dich plötzlich die Funktion als astabiler Multivibrator 
ein Feature und die Verwendung Deines heißgeliebten 4093 obligatorisch, 
damit Deine Widerstands-Dimensionierung passt.

Also bitte, wer hat hier wem etwas unterstellt und wer hat die Funktion 
der Schaltung umgedreht?

: Bearbeitet durch User
Autor: Zahnradnik (Gast)
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Nur noch Blah....

Dümmer geht ümmer.

Autor: pegel (Gast)
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Ich sehe auch den Sinn des Streites nicht, denn jedes Szenario lässt 
sich leicht und einfach mit dem Simulator (s.o.) nachprüfen.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Thomas E. schrieb:
> wollte ich
> eigentlich verdeutlichen, daß es eben doch auf das Teilerverhältnis der
> Widerstände ankommt, v.a. auch nach der Unterstellung von HildeK. Leider
> hast Du selbst mit Deinem "Genau!" zu dessen Funktionstüchtigkeit
> gezeigt, daß Du das Problem bei der Dimensionierung der Widerstände wohl
> eher nicht verstanden hast.

Wie schon geschrieben:

Forget It!

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