Logik zur Generierung eines Signals mit alternierenden Polarität

[Arthur C. (arthur_c)]

Hallo Zusammen,

ich möchte gerne eine Schaltung mit Logikbausteinen aufbauen, um ein 
Ein-Aus-Signal (+1...0...+1...0) in ein Signal mit alternierender 
Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln. Jeder 2.te Puls soll also eine 
neg. Polarität haben. Man müsste sich den letzten Schaltzustand merken 
und dann entscheiden, ob eine pos. oder negative Flanke ausgegeben wird. 
Hat jemand eine Idee?

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Wie soll Deine "-1" dargestellt werden? Als 0x11 gegenueber 0x01 fuer 
die '+1' und 0x00 fuer die Null?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Arthur C. schrieb:
>
> ich möchte gerne eine Schaltung mit Logikbausteinen aufbauen, um ein
> Ein-Aus-Signal (+1...0...+1...0) in ein Signal mit alternierender
> Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln.

Du meinst wohl: +1...0...-1...0...

> Man müsste sich den letzten Schaltzustand merken und dann
> entscheiden, ob eine pos. oder negative Flanke ausgegeben wird.
> Hat jemand eine Idee?

Schon vor Jahrzehnten wurde das Toggle-Flipflop erfunden. Damit geht 
das. Allerdings gibt es keine heute gebräuchliche Logikfamilie, die 
negative Spannungen ausgeben würde. Diesen Teil mußt du dazu erfinden.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Ich denke, er möchte wirklich ternäre Logik haben. Da das eher keine 
klassische Digitaltechnik ist (auch wenn bspw. ISDNs Uk0-Schnittstelle 
sowas gemacht hat), schiebe ich das mal ins Analogforum.

Man braucht wohl irgendwie einen OPV und ein Flipflop. Der Ausgang des 
Flipflops legt dann fest, ob der OPV negierend oder nicht arbeitet.

Ist der Pegel der Eingangsspannung den fest, oder kann der variieren und 
die Varianz soll auch im Ausgangssignal erhalten bleiben? (Dann wäre es 
ja komplett analog.)

[Bernhard S. (b_spitzer)]

Du brauchst mehr als ein Flipflop dafür. Das ist ein kleines Schaltwerk.
Mit einer H-Brücke erzeugst du die umgepolte Ausgangsspannung. Zur 
Ansteuerung muss dabei immer einer der Eingänge 1 sein, der andere 0. 
Wenn 0 ausgegeben werden soll, dann sind beide Eingänge 0.

Ausgang  ____|----|____      ____|----|____      ____
                       |----|              |----|
In1        0   1    0    0    0    1    0    0     0
In2        0   0    0    1    0    0    0    1     0

Mit 2 Flipflops (ein 74hct74) baust du dir einen asynchronen 
Rückwärtszähler 3-0:

      VCC
       +
       |
      .-.
      | |   .-----------'  .-----------'
      | |   |           |  |           |
      '-'   | .--o--.   |  |  .--o--.  |
       |     -|D S Q'-- |  '--|D S Q'--)------.
       |      |     | | |     |     |  |      |
       o------|>    | '-)-o---|>    |  |      |
       |      |  R Q'---' |   |  R Q'--'      |
       |      '--o--'     |   '--o--'         |
     Taster               |                   |
       |                  |                   |
       |                  |                   |
      GND
                         Q0                  Q1
(created by AACircuit v1.28.7 beta 10/23/16 www.tech-chat.de)

Der Zähler gibt dir 4 Zustände, die du in die beiden Signale In1 und In2 
umcodieren musst.
 Q1 Q0  | In1  In2
========|=========
 0   0  |  0    0
 0   1  |  0    1   => In2 = Q0 UND /Q1
 1   0  |  0    0
 1   1  |  1    0   => In1 = Q0 UND Q1

[Arthur C. (arthur_c)]

Prima, das ist genau das was ich gesucht habe! Man braucht also zwei 
Zustandsspeicher. Vielen herzlichen Dank! Gruß DL3AC

[Wolfgang (Gast)]

Bernhard S. schrieb:
> Mit einer H-Brücke erzeugst du die umgepolte Ausgangsspannung.

Eine H-Brücke liefert keine negative Spannung. Auch die kann die Pegel 
auf den beiden Ausgängen nur zwischen 0 und der Betriebsspannung 
schalten. Eine negative Spannung misst man nur zwischen den beiden 
Ausgängen, aber nicht gegen Schaltungsmasse.

[Bernhard S. (b_spitzer)]

Wolfgang schrieb:
> Eine H-Brücke liefert keine negative Spannung. Auch die kann die Pegel
> auf den beiden Ausgängen nur zwischen 0 und der Betriebsspannung
> schalten. Eine negative Spannung misst man nur zwischen den beiden
> Ausgängen, aber nicht gegen Schaltungsmasse.
ist mir beides bekannt.... Der OP hat noch nicht geschrieben, was für 
eine Last er betreiben will. Eine floatende Last (z.B. ein Übertrager) 
oder einen Motor kann damit betrieben werden.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Bernhard S. schrieb:
> Du brauchst mehr als ein Flipflop dafür.

Das ist falsch. Er braucht dazu nur 1 (ein) Flipflop.

Falls du damit gemeint haben solltest daß er außer dem Flipflop noch was 
braucht: das ist richtig. Er braucht noch zwei Gatter mit 2 Eingängen. 
Z.B. AND Gatter.

          .-----------.
          |  .-----.  |  .---.
          `--|D  /Q|--*--| & |---o Output1
             |     |   --|   |
Input o---*--|>    |  |  `---´
          |  |     |  |  .---. 
          |  |    Q|--)--| & |---o Output2
          |  '-----'  *--|   |
          |           |  `---´
          `-----------´

Das Impulsdiagramm dazu:

             __     __     __     __     __
Input    ___|  |___|  |___|  |___|  |___|  |_ 
             __            __            __
Output1  ___|  |__________|  |__________|  |_ 
                    __            __
Output2  __________|  |__________|  |________

Er muß jetzt nur noch dafür sorgen, daß z.B. Output2 zu einer negativen 
Ausgangsspannung führt.


PS: deine "Schaltung" mit dem Taster funktioniert so nicht, wenn das ein 
mechanischer Kontakt sein solte. Der muß erstmal entprellt werden.

[H. H. (Gast)]

Ringzähler mit CD4017.

Q0 = pos
Q2 = neg
Q4 = Reset

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

H. H. schrieb:
> Ringzähler mit CD4017.

Aber nur Q0, Q1 und Q2 verwenden und die beiden Ausgänge Q0 und Q1 mit 
je einem UND-Gatter verknüpfen. Mit Q2 wird nur zurückgesetzt.

[Günter Lenz (Gast)]

von Arthur C. schrieb:
>Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln. Jeder 2.te Puls soll also eine
>neg. Polarität haben.

Das sind 3 Zustände, also brauchst du einen Zähler der
0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 usw Zählt. Also brauchst du
auch 3 Impulse für einen Zählerdurchlauf. Die Zählerzustände
kann man nun so dekodieren, daß eine absteigende
Treppenspannung entsteht. Kann man alles mit Flip-Flops
und Logig-ICs machen, 7472 oder 74HC193. Die Treppenspannung
ist erstmal nur Positiv, kann dann mit Operationsverstärker
verschoben werden, siehe Summierverstärker.

https://www.elektroniktutor.de/digitaltechnik/teiler.html

[Günter Lenz (Gast)]

von Arthur C. schrieb:
>Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln.

Also +1 0 -1 +1 0 -1 +1
           _     
     | |_  | |_  | |_
         |_|   |_|

Oder soll das so aussehen?
             _       
     | |_   _| |_   _| |_   _
         |_|     |_|     |_|

[Günter Lenz (Gast)]

Die Forensoftware hat meine Striche etwas
durcheinander gebracht, aber vielleicht ist
doch zu erkennen was gemeint ist.

[Jörg R. (solar77)]

Arthur C. schrieb:
> ich möchte gerne eine Schaltung mit Logikbausteinen aufbauen, um ein
> Ein-Aus-Signal (+1...0...+1...0) in ein Signal mit alternierender
> Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln. Jeder 2.te Puls soll also eine
> neg. Polarität haben.
> Hat jemand eine Idee?

Ist das eine theoretische Frage, oder geht es tatsächlich um die 
Umsetzung in eine echte Schaltung?

Wenn echte Schaltung..

- welche Pegel sollen die Zustände haben?
  Vermutlich +5V bzw. -5V ?
- dürfen nur Logikbausteine verwendet werden?
  Ansonsten würde ich den Ansatz von Hinz aufgreifen, den 4017.
  Dahinter würde ich dann einen OPV setzen der mit einer symmetrischen
  Spannung versorgt wird. Der -Eingang liegt auf 2,5V, der +Eingang
  geht an Qx des 4017. Der Ausgang des OPV wechselt zwischen
  +5V und -5V, je nachdem ob Qx „1“ oder „0“ hat.

[H. H. (Gast)]

Michael M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Ringzähler mit CD4017.
>
> Aber nur Q0, Q1 und Q2 verwenden und die beiden Ausgänge Q0 und Q1 mit
> je einem UND-Gatter verknüpfen. Mit Q2 wird nur zurückgesetzt.

Du hast mal wieder nichts kapiert.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

H. H. schrieb:
> Du hast mal wieder nichts kapiert.

Naja, da muss ich dich leider enttäuschen, aber ich habe es diesmal 
Ausnahmsweise besser kapiert als du. Ich wundere mich selbst darüber.

Bei meiner Schaltung von oben...

https://www.mikrocontroller.net/attachment/565258/20220730_002406.jpg

...kann dann so eine Treiberstufe mit nur zwei Transistoren dahinter 
geschaltet werden. Versorgt wird die Treiberstufe mit einer Dual-Supply 
(+-5V). Beim Flankenwechsel können automatisch niemals kurzzeitig beide 
Transistoren leiten, weil ja immer eine Pausenzeit dazwischen ist 
(Prinzip Mutteruhrsteuerung).

Der CD4017 wird dann effektiv mit 10V versorgt. Der GND vom 4017 und dem 
Takteingang ist dann quasi minus 5V und darf natürlich nicht mit GND2 
verbunden werden.

[Andrew T. (marsufant)]

H. H. schrieb:
> Michael M. schrieb:
>
>> H. H. schrieb:
>>> Ringzähler mit CD4017.
>>
>> Aber nur Q0, Q1 und Q2 verwenden und die beiden Ausgänge Q0 und Q1 mit
>> je einem UND-Gatter verknüpfen. Mit Q2 wird nur zurückgesetzt.
>
> Du hast mal wieder nichts kapiert.

Ich mag die einfühlsame Art mit der Hinz das Thema immer so diplomatisch 
auf den Punkt bringt.

[Wolfgang (Gast)]

Arthur C. schrieb:
> Ein-Aus-Signal (+1...0...+1...0) in ein Signal mit alternierender
> Polarität (+1...0...-1...+1) umzuwandeln.

Kompliziert wird die Sache dadurch, dass der Ausgangszustand +1 einmal 
dem Eingangzustand +1 und beim nächsten Mal dem Eingangzustand 0 
zugeordnet ist.
Vielleicht verrätst du etwas genauer, was das werden soll - wenn möglich 
mit einem vernünftigen Pulsdiagramm, dass alle Fälle abdeckt.

[A. S. (Gast)]

Ein Zähler, 2 Bit. Der liefert nacheinander 00, 01, 10, 11.

Jetzt ein XOR der beiden Ausgänge: 0 1 1 0

Und nun ein Spannungsteiler zwischen den Ausgängen des höherwertigen 
Zählerbits und dem XOR.

Das liefert 0, 1/2, 1, 1/2.

[H. H. (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Naja, da muss ich dich leider enttäuschen,

Nur noch mehr.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

H. H. schrieb:
> Ringzähler mit CD4017.
>
> Q0 = pos
> Q2 = neg
> Q4 = Reset

Das hat das gleiche Problem wie Bernhards Lösung weiter oben. Es 
liefert:

In:   1  0  1  0  1  0  1  0  1  0  1  0 ...
Out:  1  1  0  0 -1 -1  0  0  1  1  0  0 ...

gewünscht war aber:

Out:  1  0 -1  0  1  0  -1  0  1  0 -1  0 ...

Günter Lenz schrieb:
> Das sind 3 Zustände, also brauchst du einen Zähler der
> 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 usw Zählt

Und das auch. Und du fällst außerdem noch auf einen Tippfelher herein:

Arthur C. schrieb:
> Ein-Aus-Signal (+1...0...+1...0) in ein Signal mit alternierender
> Polarität (+1...0...-1...+1)

Denn das ist keine alternierende Polarität. Er meint wohl:

+1...0...-1...0...+1...0...-1...

Ansonsten siehe oben.

[Christian M. (christian_m280)]

Der TO ist ja schon zufrieden!

Der Rest ist reine Spekulation was der TO genau will. Strom, Pegel, 
gegen GND oder Gegentakt, wissen wir alles nicht...

@TO: Das wird aber nicht etwa eine Tochteruhrsteuerung...?

Gruss Chregu

[H. H. (Gast)]

Axel S. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Ringzähler mit CD4017.
>>
>> Q0 = pos
>> Q2 = neg
>> Q4 = Reset
>
> Das hat das gleiche Problem wie Bernhards Lösung weiter oben. Es
> liefert:
> In:   1  0  1  0  1  0  1  0  1  0  1  0 ...
> Out:  1  1  0  0 -1 -1  0  0  1  1  0  0 ...

Nein.


> gewünscht war aber:
> Out:  1  0 -1  0  1  0  -1  0  1  0 -1  0 ...

Und so kommt das auch raus.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

H. H. schrieb:
> Und so kommt das auch raus.

Leider nicht. Bei deiner Schaltung hat sich die Periodendauer des 
Signals vervierfacht. Gefordert war aber nur eine Verdoppelung der 
Periodendauer:

Arthur C. schrieb:
> Jeder 2.te Puls soll also eine neg. Polarität haben.

[Günter Lenz (Gast)]

von Christian M. schrieb:
>Das wird aber nicht etwa eine Tochteruhrsteuerung...?

Das glaube ich jetzt auch.
Die laufen aber mit:

+24V 0V -24V 0V +24V 0V usw

oder die gibt es auch mit:

+60V 0V -60V 0V +60V 0V usw

Das würde mit zwei Monoflops mit Relais machen
und ein vorgeschalteten Frequenzteiler der die
zwei Monoflops abwechselnd anschubst.
Das eine Relais liefert den +Impuls und das
andere Relais den -Impuls.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Günter Lenz schrieb:
> Das eine Relais liefert den +Impuls und das
> andere Relais den -Impuls.

Bei 200 Stück (24V) Tochteruhren mit je 6mA sind das 1,2A und nach 4 
Jahren sind die 1Mio Schaltzyklen für jedes Relais bereits erreicht und 
evtl. die Zeit zum wechseln.

Transistoren sind für diesen Anwendungsfall schon die bessere Wahl. 🕛

[H. H. (Gast)]

Michael M. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Und so kommt das auch raus.
>
> Leider nicht. Bei deiner Schaltung hat sich die Periodendauer des
> Signals vervierfacht. Gefordert war aber nur eine Verdoppelung der
> Periodendauer:
>
> Arthur C. schrieb:
>> Jeder 2.te Puls soll also eine neg. Polarität haben.

Dann geht es noch viel einfacher: T-FF und Kondensator.

[Andrew T. (marsufant)]

Sofern es wirklich um Uhrensteuerung geht beim TE:

Integrierte H Brückentreiber erledigen das mit einem Baustein für den 
Leistungsteil.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

H. H. schrieb:
>> Das hat das gleiche Problem wie Bernhards Lösung weiter oben. Es
>> liefert:
>> In:   1  0  1  0  1  0  1  0  1  0  1  0 ...
>> Out:  1  1  0  0 -1 -1  0  0  1  1  0  0 ...
>
> Nein.

Doch.

>> gewünscht war aber:
>> Out:  1  0 -1  0  1  0  -1  0  1  0 -1  0 ...
>
> Und so kommt das auch raus.

Kommt es nicht. Wenn du spaßeshalber noch U(V1) dazu plottest,
sieht du es auch.

Ob das wesentlich ist? Keine Ahnung. So wie der TE das Problem 
formuliert hat, ja. Wenn es wirklich eine Uhrsteuerung ist, nein.

[Christian M. (christian_m280)]

Günter Lenz schrieb:
> +24V 0V -24V 0V +24V 0V usw

Ich hatte schon Eine die ging mit:

+24V -24V 0V +24V -24V 0V usw.

Gruss Chregu